PAR 9/2013 by Redakcja PAR

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

PAR miesięcznik naukowo-techniczny

9/2013 ISSN 1427-9126 Indeks 339512 Cena 10,00 zł w tym 8 % VAT

www.par.pl

HARTING Han –Yellock ® Najnowocześniejsze złącza przemysłowe

People | Power | Partnership

Temat Numeru

rozmowa par

rynek i technologie

Automatyka w przemyśle spożywczym

Krystyna Boczkowska, prezes Robert Bosch i Piotr Macerszmidt, dyrektor Bosch Rexroth

Przenośne urządzenia i systemy pomiarowe

Aplikacje ENERGETYKA

Spis treści

16 Temat numeru

Pomiar i monitoring parametrów wpływających na jakość produktów spożywczych

Certyfikowane produkty SCHUNK dla branży spożywczej

Aparatura pomiarowa i rozwiązania systemowe JUMO

Czujnik temperatury w procesach produkcyjnych

Szybkie i elastyczne – profesjonalne roboty KUKA dla przemysłu spożywczego

Automatyzacja transportu w produkcji spożywczej Przemysł spożywczy od wielu lat jest jedną z branż o największym zapotrzebowaniu na rozwiązania z dziedziny

Aplikacje

automatyki. Widoczna jest tendencja do wdrażania w tym

W bezpiecznych rękach

sektorze rozwiązań robotycznych, toteż wielu producentów

Sterowniki Saia PCD nadzorują produkcję serów

Stacja zlewni APS dla Oczyszczalni Ścieków w Białymstoku

Napędy Danfoss VLT do sterowania pracą dmuchaw

i integratorów systemów oraz urządzeń automatyki i robotyki dostosowuje lub wręcz projektuje swoje produkty pod wymagania tej branży.

Nowości 7

Nowe produkty

Odlewnictwo – technologia przyszłości

Zysk dzięki efektywności

Polskie Normy przemysłowe (PN) – przenumerowanie i aktualizacja

Modułowe złącza Multi-Contact w automatyce i robotyce

Wydarzenia 12

Aktualności

Temat numeru

Automatyka w przemyśle spożywczym 26

Robotyzacja przemysłu mięsnego

Więcej higieny w produkcji hamburgerów. Obudowy Hygienic Design w OSI Food Solutions w Günzburgu

Rozmowa PAR

Rozwój automatyzacji w przemyśle to konieczność

Wywiad z Krystyną Boczkowską, prezesem zarządu firmy Robert Bosch i reprezentantką Grupy Bosch w Polsce oraz Piotrem Macerszmidtem, dyrektorem generalnym Bosch Rexroth.

Rynek i technologie

Nowe opcje pirometrów z serii MI3 firmy Raytek

Pomiar warunków środowiskowych

Zdalna łączność z ręcznymi multimetrami cyfrowymi

Urządzenia pomiarowe firmy WObit

Rynek i technologie

Czym mierzyć parametry warunków środowiskowych?

Nauka 92

Proste metody sprawdzania dokładności precyzyjnych mostków termometrycznych (1). Rys historyczny, zasada działania i parametry mostków AC, niekonwencjonalna metoda kontroli zera mostka

doc. dr inż. Aleksander A. Mikhal*, doc. dr inż. Zygmunt L. Warsza**, *Instytut Elektrodynamiki Narodowej Akademii Nauk Ukrainy, Kijów **Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

Przegląd rynku mobilnych urządzeń pomiarowych Wraz z rozwojem techniki, a szczególnie elektroniki, rośnie zapotrzebowanie na coraz bardziej precyzyjne urządzenia pomiarowe. Jednocześnie następuje dynamiczny rozwój zarówno metod pomiarowych, jak i procesów wytwarzania wysokiej jakości przyrządów.

Robotyka

Symulator szybkich procesów dynamiki reaktora jądrowego wodnego ciśnieniowego

dr hab. inż. Kazimierz Duzinkiewicz, mgr inż. Arkadiusz Cimiński, mgr inż. Łukasz Michalczyk – Katedra Inżynierii Systemów Sterowania, Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Politechnika Gdańska

Manipulator Tripod EXPT

102

COMAU ROBOTICS – paletyzacja w pakiecie

Układ elektroniczny cyfrowej syntezy konduktancji

dr inż. Jacek Korytkowski, prof. PIAP – Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

108

Adaptacyjna regulacja temperatury w piecu do wypału płytek ceramicznych

mgr inż. Ryszard Janas – Politechnika Śląska

116

Indeks firm

118

Prenumerata

Automatyka 64

Układy pick&place firmy SCHUNK najszybsze na rynku! Czas trwania cyklu – od 0,54 sekundy

Technologia Power over Ethernet

Milion pomiarów elektrycznych rocznie. On-line i w czasie rzeczywistym

Pomiary 70

.steute – czujniki zbiegania taśmy przenośników

Oprogramowanie zarządzające testem firmy Orion Test Systems and Automation

Moduły pomiarowe DATA TRANSLATION

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

9/2013 ISSN 1427-9126 Indeks 339512 Cena 10,00 zł w tym 8 % VAT

www.par.pl

Rok 17 (2013) nr 9 (199) ISSN 1427-9126, Indeks 339512

HARTING Han –Yellock ® Najnowocześniejsze złącza przemysłowe

Na okładce: Złącze przemysłowe Han-Yellock firmy Harting

People | Power | Partnership

TEMAT NUMERU

ROZMOWA PAR

RYNEK I TECHNOLOGIE

Automatyka w przemyśle spożywczym

Krystyna Boczkowska, prezes Robert Bosch i Piotr Macerszmidt, dyrektor Bosch Rexroth

Przenośne urządzenia i systemy pomiarowe

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

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

Pobierz i uruchom bezpłatną aplikację PAR+

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

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

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

FACEBOOK

VIDEO

NOWE PRODUKTY Nowości

Uchwyt wielofunkcyjny ESC Firma Elesa+Ganter wprowadziła do oferty nowy uchwyt do zabudów maszyn i urządzeń o oznaczeniu ESC. Nowy produkt jest przeznaczony do montażu w drzwiach i może pełnić rolę zatrzasku oraz – opcjonalnie, w wykonaniu ESCK/ESCKU – również zamka. Uchwyt ESC umożliwia szybkie i stabilne zamknięcie drzwi, kompensując drobne niedokładności wykonania. Jest to możliwe dzięki wbudowanym prowadnicom, które pozycjonują drzwi

w momencie ich zamykania. Uchwyt wraz z całym mechanizmem zamykania jest mocowany na froncie obudowy, Uchwyty wielofunkcyjne ESC jego montaż nie wymaga Konstrukcja uchwytu więc nadmiernej pozwala na jego montaż ingerencji ani w drzwi, zarówno na pełnych obudoani w ramę. Uniwersalny wach stalowych, jak i zabusposób mocowania daje dowach z profili aluminiomożliwość zabezpieczenia wych od 25 mm do 40 mm przed niepożądaną ingerenszerokości. cją z zewnątrz.

Uchwyt ESC występuje standardowo w trzech wykonaniach: • ESC – bez zamka, • ESCK – z zamkiem (klucze o różnych kombinacjach), • ESCKU – z zamkiem (klucze o jednakowych kombinacjach). 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

Nowe standardowe twardości gumy dla wibroizolatorów

Fot. Elesa+Ganter

Elementy antywibracyjne DVA

W odpowiedzi na potrzeby klientów firma Elesa+Ganter zwiększyła zakres dostępnych wibroizolatorów DVA. Rozszerzenie to obejmuje dodanie dwóch standardów twardości gumy dla już istniejących wielkości elementów antywibracyjnych. Elementy antywibracyjne DVA były dotychczas oferowane w jednej standardowej twardości gumy (55 ±5 Shore A), w wyniku czego poszukiwaną sztywność miał element o określonych gabarytach (określonej wysokości i średnicy części gumowej). Stanowiło to

często utrudnienie, gdyż wibroizolator o wymaganych parametrach tłumienia nie zawsze pasował gabarytowo do danej aplikacji. Rozwiązaniem było wykonanie na specjalne zamówienie wibroizolatora o innej charakterystyce. W nowej ofercie wibroizolatorów Elesa+Ganter każdy tłumik drgań DVA w wykonaniu ze stali ocynkowanej jest dostępny w następujących twardościach gumy naturalnej NR: • 40 ±5 Shore A, • 55 ±5 Shore A, • 70 ±5 Shore A. Dzięki elementom DVA został też rozszerzony zakres częstotliwości drgań możliwych do wytłumienia. Elementy antywibracyjne serii DVA stanowią najprostsze, a zarazem bardzo efektywne rozwiązanie problemu izolacji drgań. Z powodzeniem używa się ich do tłumienia wibracji czy hałasu, stosując jako element pośredniczący w mocowaniu podzespołów takich urządzeń jak silniki,

wentylatory, pompy itp. Aby skutecznie wytłumić drgania, należy przede wszystkim dobrać wibroizolatory odpowiednie do parametrów pracy w danym zastosowaniu. Główną właściwością elementu antywibracyjnego, braną w tym przypadku pod uwagę, jest jego elastyczność. Jest ona wypadkową

gabarytów i twardości gumy tłumiącej drgania. 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

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Nowości Nowe produkty

Han Q 3/0 i Han Q 4/0 – najmniejsze złącza do wysokich prądów

HARTING rozszerzył ofertę złączy Han najmniejszego rozmiaru 3A o warianty Han Q 3/0 oraz Han Q 4/0. Obszar o powierzchni 42 mm² pozwala umieścić na złączu trzy kontakty + PE (Han Q 3/0) lub cztery kontakty mocy (Han Q 4/0). Obydwa złącza przenoszą najwyższe

wodu doprowadzonego do złącza. Obydwa złącza są stosowane w aplikacjach przemysłowych. Złącza Han Q 3/0 wraz z kontaktem PE są przeznaczone do zasilania trójfazowego, uziemionego np. w zasilaniu silników i napędów elektrycznych. Złącza te pasują do obudów rozmiaru 3A – zarówno wersji z tworzywa, jak i różnych wersji metalowych: EMC lub obudów serii HPR dedykowanych do pracy w najcięższych warunkach. Złącze Han Q 4/0 ma cztery kontakty mocy i jest przeznaczone do stosowania w takich aplikacjach

jak np. wentylatory i wiatraki. Należy podkreślić, że złącze Han Q 4/0 pozwala na osiągnięcie oszczędności, ponieważ umożliwia podłączenie dwóch urządzeń odbiorczych do jednego złącza. Złącze może być również stosowane z zasilaniem DC, jednak w tym przypadku należy stosować je jedynie w obudowach rozmiaru 3A wykonanych z tworzywa.

• stałe obciążenie pracą w zakresie –65...+260 °C, • odporność na stałe działanie promieni UV, • odporność na paliwa, oleje, kwasy, rozpuszczalniki, sole i inne chemikalia,

• hermetyczne uszczelnienie – duża rozciągliwość – do 300 % długości, • szczelność niezależna od zabrudzeń, zaolejenia oraz struktury łączonych powierzchni – może być użyta pod wodą, w oleju, • duża odporność na ciśnienie – 8 bar na przewodzie o średnicy 25 mm. ResQ-tape jest dopuszczona do kontaktu z wodą pitną. Chroni zabezpieczone nią elementy przed korozją.

Awaryjnie zastąpi pasek klinowy lub uszczelkę dowolnej średnicy. Bez trudu daje się usunąć, nie pozostawiając śladów. Certyfikaty: znak CE, dyrektywa UE RoHS, certyfikat UL rej. UL-E360836, certyfikat armii USA nr CID A-A-59163 Type I & II.

z myślą o zastosowaniu w laboratoriach firm przemysłu spożywczego i farmaceutycznego, jak również w instytucjach badawczych i na uczelniach. Opracowana przez szwajcarskiego producenta technologia jest oparta na pomiarze pojemnościowym w połączeniu z elektroniką AirChip3000. Sondy

pomiarowe proponowane są w trzech wersjach: sonda HC2-AW w zestawie z miernikiem laboratoryjnym HygroLab, przenośny zestaw z sondą HC2-AW i miernikiem ręcznym HP23-AW-A oraz wersja podłączana do portu USB komputera z dedykowanym oprogramowaniem HW4. Tryb AwQuick pozwala

na otrzymanie wyniku pomiaru po zaledwie kilku minutach. Są to urządzenia zapewniające najwyższą dokładność, popartą fabrycznym certyfikatem kalibracji, proste w obsłudze i ekonomiczne.

obciążenia w tej klasie produktów. Złącza dedykowane są dla wartości: Han 3/0: 400 V oraz 830 V dla Han Q 4/0. Obydwa złącza mają podobne wartości prądu: 40 A w temperaturze otoczenia 40 °C oraz przekrojów przewodów: 4 mm². Ponieważ złącza ze standardowymi kontaktami Han C mogą być stosowane z przewodami o przekrojach do 10 mm², możliwe jest również osiągnięcie prądów o wartości 80 A, ale w tym przypadku należy mieć na względzie całkowitą średnicę prze-

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

ResQ-tape – samowulkanizująca się taśma silikonowa ResQ-tape to innowacyjna, samowulkanizująca się taśma wykonana w 100 % z silikonu. Stosowana do zabezpieczania uszczelnień i połączeń pneumatycznych, hydraulicznych oraz elektrycznych; niezastąpiona w przemyśle, serwisach, warsztatach, podczas eksploatacji urządzeń. Charakteryzują ją wyjątkowe parametry techniczne: • duża odporność izolacyjna – napięcie przebicia min. 8 000 V,

MH PRODUKTY ul. J. Tuwima 37, 42-125 Kamyk tel. 601 525 602 e-mail: mhprodukty@wp.pl www.resqtape.pl

Firma Rotronic oferuje urządzenia do pomiaru aktywności wody

Promocja

B&L International Sp. z o.o. e-mail: info@bil.com.pl www.bil.com.pl

Fot. Harting, MH Produkty, B&L International

Mierniki aktywności wody

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

www.rspoland.com

PL_Supplier_205x295.indd 44

01/08/12 10.28

Nowości Nowe produkty

Zabezpieczenia przeciwprzepięciowe ISD-1100-T/1200-T

Firma Moxa wprowadziła do oferty dwa nowe urządzenia. Są to zabezpieczenia przeciwprzepięciowe ISD-1100-T i ISD-1200-T. Ich zadaniem jest ochrona przed dużymi, nagłymi

skokami napięcia na liniach danych interfejsów szeregowych. Serie ISD-1100 i 1200 różnią się pod względem poziomu napięcia, przed jakim mogą zabezpieczyć urządzenie szeregowe, a co za tym idzie – także miejscem zastosowania. ISD-1100 ma ochronę na poziomie 4 kV i jest oferowane w dwóch wersjach: dla RS-232 (ochrona siedmiu linii danych) oraz dla RS-422/485 (ochrona czterech linii). Główne miejsce stosowania serii ISD-1100 to

skrzynki rozdzielcze/sterownicze wewnątrz budynków, serwerownie i wszelkie miejsca, w których sprawność danego urządzenia jest najwyższym priorytetem. ISD-1200 to wyższa seria, która ma znacznie większą ochronę przeciw przepięciom: 20 kV. Ta seria również występuje w dwóch wersjach – dla RS-232 i dla RS-422/485. W obu przypadkach ochrona jest zapewniona dla czterech linii danych. Model ten stosuje się w miejscach zewnętrznych, np. w skrzynkach

rozdzielczych umiejscowionych na zewnątrz, w systemach wysokiego napięcia, jak również w miejscach, w których występuje podwyższone ryzyko uderzeń piorunów. Zabezpieczenia Moxy spełniają wymagania dwóch ważnych norm: ISD-1100-T wymagania normy EN 61000-4-5 poziom 4, a ISD-1200-T – normy IEC 61643-21 C2.

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

WOP-3000T – przemysłowe panele operatorskie z procesorem 600 MHz, systemem WinCE 6.0 i ekranem dotykowym 7² oraz 10,1² WOP-3000T to nowa seria paneli operatorskich firmy Advantech, tym razem wyposażona w szybszy procesor ARM Cortex A8 600 MHz oraz system Windows WinCE 6.0. Tak jak w poprzednich wersjach panele współpracują z dedykowanym, bezpłatnym oprogramowaniem narzędziowym do tworzenia aplikacji WebOP Designer 2.0. Ponadto producent dostarcza biblioteki z funkcjami do wbudowanego interfejsu CANOpen. WOP-3070T oraz

WOP-3100T mają solidną, aluminiową obudowę ze stopniem ochrony IP66 od frontu. Rezystancyjny ekran dotykowy LCD o przekątnej 7² oraz 10,1² umożliwia pracę w rozszerzonym zakresie temperatury: od –20 °C do +60 °C. Urządzenia mają wbudowany szereg interfejsów komunikacyjnych, takich jak RS-232/422/485, Ethernet, USB oraz CAN. Do archiwizacji danych może posłużyć wewnętrzna pamięć Flash 512 MB typu SLC lub dodatkowa,

w postaci karty Micro-SD czy nośnika USB. Dostępne oprogramowanie umożliwia współpracę z ponad 300 protokołami komunikacyjnymi, co rozszerza ich zakres zastosowań o różnego rodzaju sterowniki PLC, moduły I/O, czujniki, napędy itp. W celu poprawy bezpieczeństwa pracy panele wyposażono w podwójną ochronę ESD Level 4, zapewniającą bezpieczeństwo przy wyładowaniach elektrostatycz-

nych rzędu 15 kV w powietrzu oraz 8 kV przy dotyku. Ten poziom ochrony sprawia, że idealnie nadają się one do pracy w fabrykach półprzewodników, gdzie wymagany jest wysoki stopień ochrony ESD. Ponadto na portach COM2/COM3/CAN oraz zasilaniu umieszczono izolację zabezpieczającą układ przed trwałymi przepięciami – kolejno 3,75 kV oraz 1,5 kV. ELMARK Automatyka Sp. z o.o. www.elmark.com.pl

LCM-40, LCM60, LCM-40DA i LCM-60DA to nowe zasilacze przeznaczone do oświetlenia LED o mocy 40 W i 60 W, które umożliwiają ustawienie prądu wyjściowego przy pomocy przełącznika. Urządzenia serii LCM-40 i LCM-60 mają wbudowaną funkcję ściemniania

Promocja

(sygnałem 0 –10 V DC lub PWM), natomiast modele LCM-40DA oraz LCM-60DA – interfejs DALI oraz funkcję ściemniania wyzwalaną włącznikiem. Wbudowana aktywna funkcja korekcji mocy pozwala osiągnąć wysoki współczynnik mocy PF ≥ 0,98 przy zachowaniu sprawności dochodzącej do 90 proc. Wbudowane zabezpieczenia chronią przez zwarciem, przepięciem oraz przegrzaniem. Do chłodzenia zasilaczy wystarczy otwarty

obieg powietrza i nie jest wymagane zewnętrzne źródło chłodzenia. Mimo to wbudowane dodatkowe wyjście 12 V, 50 mA umożliwia np. podłączenie wentylatora. Urządzenia są zamknięte w szczelnej, izolowanej obudowie, mającej stopień ochrony IP20. W celu zwiększenia żywotności we wszystkich urządzeniach zastosowano funkcje kompensacji temperatury przy wykorzystaniu zewnętrznych termistorów typu NTC. Zasilacze

wyróżniają się bardzo niskim poborem mocy w stanie bez obciążenia: <1 W. Dzięki spełnieniu wymogów szeregu norm dotyczących oświetlenia zasilacze serii LCM-40DA oraz LCM-60DA świetnie nadają się do instalacji oświetleniowych LED. Wszystkie zasilacze wspomnianych serii mają możliwość synchronizacji do 10 jednostek oraz objęte są trzyletnią gwarancją. ELMARK Automatyka Sp. z o.o. www.elmark.com.pl

Fot. Elmark Automatyka, .steute, Termo-Precyzja

Zasilacze serii LCM z regulacją prądu i interfejsem DALI-T

Standard radiowy sWave – czujniki bezprzewodowe dla przemysłu

Podczas ostatnich targów w Hanowerze firma .steute zaprezentowała – oprócz znanych już bezprzewodowych wyłączników elektromechanicznych – także nową generację magnetycznych czujników bezprzewodowych opartych na opracowanym przez .steute protokole sWave. Czujnik RF RC 10, zabudowany w kompaktowej, prostokątnej obudowie wykonanej z tworzywa

termoplastycznego, może być łatwo zintegrowany z konstrukcją maszyn. Jest wyposażony w zestyki kontaktronowe, podczas gdy inne czujniki cylindryczne – RF GS M25 oraz RF GS M30 – wykrywają cel dzięki efektowi GMR. To duża zaleta w przypadku stosowania czujników w maszynach poddawanych silnym wibracjom – dzięki wykorzystaniu efektu GMR (zamiast kontaktronów) sensory .steute nawet w takich warunkach będą pracować prawidłowo. Dzięki temu zakres możliwych zastosowań czujników magnetycznych został znacznie rozszerzony. Technologia bezprzewodowa sWave umożliwia stosowanie wielu czujników w obrębie jednej strefy. Dwukierunkowa transmisja sygnałów stanowi jedną

z najważniejszych cech nowego protokołu: w określonym okienku czasowym odbiornik wysyła do czujnika potwierdzenie otrzymania sygnału sterującego. Żywotność czujników jest obliczana na więcej niż milion operacji, a maksymalna częstotliwość pracy to 12 tys. telegramów (wraz z potwierdzeniem) na godzinę. Urządzenia dostępne są w standardzie 868 MHz (Europa i Azja) i 915 MHz (Ameryka), dzięki czemu mogą być stosowane na całym świecie. Wszystkie trzy typy czujników są zasilane bateriami litowymi o długiej żywotności, które dzięki ekstremalnie niskiemu zapotrzebowaniu technologii sWave na energię elektryczną zapewniają nawet kilka lat pracy. Omówione czujniki bezprzewodowe zostały opraco-

wane z myślą o detekcji pozycji w środowisku przemysłowym, bez potrzeby doprowadzania przewodów sterujących i stosowania peszli bądź korytek kablowych. Całkowicie wyeliminowano konieczność stosowania okablowania; .steute oferuje więc inżynierom możliwość znacznie bardziej elastycznego stosowania czujników bezdotykowych niż dotychczas. Dzięki temu są one optymalnie przystosowane do integracji np. w zakładach projektowanych przy użyciu platform Industry 4.0 lub Smart Factory. .steute Polska al. Wilanowska 321 02-665 Warszawa tel. 22 843 08 20 fax 22 843 30 52 e-mail: info@steute.pl www.steute.pl

Fot. Elmark Automatyka, .steute, Termo-Precyzja

ScanIR3 – liniowy skaner do pomiaru temperatury Firm Ircon wprowadziła na rynek nowy system obrazowania pomiaru temperatury w serii skanerów liniowych o nazwie ScanIR3. Seria ScanIR3 zawiera osiem modeli, które zapewniają dokładne pomiary w czasie rzeczywistym, obrazowanie termiczne w różnorodnych zastosowaniach przemysłowych, w postaci ciągłego arkusza i procesów opartych na sieci Web. Połączenie skanera ScanIR3 z oprogramowaniem ScanView Pro umożliwia niezawodną i ciągłą pracę w trudnych warunkach przemysłowych. Jako standardowe wyposażenie solidna obudowa zawiera układ chłodzenia wodą i powietrzem, a także wbudowany celownik laserowy. Skaner liniowy ScanIR3 jest jednym z najszybszych.

W przeciwieństwie do czujników punktowych, które mierzą jeden punkt, skaner liniowy mierzy wiele punktów temperatury na linii skanowania. Skany zwierciadła z prędkością do 150 linii na sekundę umożliwiają szybkie wykrywanie niejednorodności temperatury oraz punktów anomalii temperatury. Optyka obrotowa zbiera promieniowanie podczerwone z 1024 punktów w 90-stopniowym polu widzenia. Wiodąca w branży rozdzielczość optyczna (do 200:1) w połączeniu z optyką pozwala na wykrycie najmniejszych anomalii temperaturowych. System ScanIR3 jest wyjątkowo łatwy do wdrożenia i zarządzania. Procesor obsługuje różne interfejsy przemysłowe, w tym Ethernetu, światłowodów (opcjonal-

nie) i analogowy/cyfrowy/ I/O. Ponadto wielofunkcyjny ScanView Pro umożliwia niestandardową konfigurację parametrów pracy ScanIR3 i wyświetlania obrazów termowizyjnych oraz profili temperatury na standardowym komputerze osobistym (PC). To pozwala w czasie rzeczywistym na obrazowanie termiczne niezbędne do: monitorowania temperatury czy analizę – użytkownicy mogą szybko wykryć hot spot lub nierównomierność, zanim staną się problemem. Oprogramowanie zawiera funkcje do podziału obrazów termicznych w wybranych sekwencjach. W każdej części obrazu termicznego temperatury mogą być przetwarzane na funkcje matematyczne, takie jak średnia, maksymalna i minimalna temperatura. Skaner

liniowy ScanIR3 jako opcję posiada moduł wysokiej temperatury wyposażony w specjalną obudowę chłodzącą, która może pracować nawet w temperaturze do 1994 °F (1090 °C).

TERMO-PRECYZJA sp. j. ul. Armii Ludowej 12 51-214 Wrocław tel. 71 78 27 400 71 78 27 600 e-mail: biuro@termo-precyzja.com.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Spotkanie Złotych Partnerów ASTOR

80 lat firmy Danfoss

W dniach 19–20 czerwca 2013 r. w siedzibie firmy ASTOR w Krakowie odbyło się spotkanie Złotych Partnerów – firm wyróżniających się najwyższymi kompetencjami i doświadczeniem na rynku automatyki, współpracujących z firmą ASTOR. W 2013 r., w związku z podniesieniem wymagań odnośnie corocznych wyników sprzedaży oraz wyłonieniem grupy firm charakteryzujących się partnerskim podejściem do wzajemnych relacji biznesowych, wytypowano prestiżowe grono 12 Złotych Partnerów. Program Partnerski ASTOR powstał w 2003 r. jako odpowiedź na rosnące wymagania rynku w zakresie kompetencji firm wdrażających systemy automatyki, informatyki przemysłowej oraz robotyki, korzystających z rozwiązań i produktów dostarczanych przez ASTOR. Do tej pory w programie wzięło udział ponad 200 Partnerów, którym ASTOR przekazał łącznie ponad 1000 projektów. Rekomendowanie firmy–partnera inwestorom poszukującym profesjonalnych integratorów przy zapewnieniu najwyższego priorytetu wsparcia technicznego ASTOR, jest główną zaletą przystąpienia do programu.

1 września minęło 80 lat od momentu, gdy Mads Clausen założył firmę Danfoss w wiejskim domu swoich rodziców w Nordborg w Danii. Dziś jest ona jednym z największych światowych dostawców energooszczędnych i innowacyjnych rozwiązań, zatrudniającym 23 tys. osób i realizującym sprzedaż w ponad 100 krajach. Zawdzięcza to wczesnemu zbudowaniu pozycji na rynkach wschodzących i koncentracji na innowacyjnych produktach. Firma rozpoczęła eksport do krajów europejskich już w 1939 r., a w 1949 r. utworzyła pierwszą zagraniczną spółkę handlową w Argentynie. W latach 50. Danfoss ugruntował swoją pozycję w USA i Niemczech. W latach 90., kiedy globalizacja zaczęła nabierać tempa, Danfoss miał już zakłady produkcyjne i spółki handlowe zarówno w Rosji, Chinach, jak i w Polsce. – W przyszłości będziemy nadal koncentrować się na naszych głównych rynkach i krajach BRIC, tj. Brazylii, Rosji, Indiach i Chinach, wkładając zarazem więcej wysiłków w nowe rozwojowe rynki, takie jak Turcja i Indonezja – mówi Niels B. Christiansen, prezes i dyrektor generalny Grupy Danfoss. W Polsce Danfoss rozpoczął działalność w 1991 r. otwierając zakład w Warszawie. Dziś firma ma w Polsce cztery zakłady produkcyjne zatrudniające ok. 1,4 tys. osób.

Lenze FAST – modularne sterowanie napędami

Nowy szef Fluke

Firma Lenze opracowała oprogramowanie pozwalające na tworzenie wydajnych modularnych systemów sterowania. Oprogramowanie Lenze FAST będzie można zobaczyć w przykładowych aplikacjach na targach FachPack w Norymberdze. Firma stworzyła oprogramowanie Lenze FAST, które – jak zapewniają przedstawiciele producenta – umożliwia napisanie 80-proc. algorytmu sterującego szeregiem napędów w pięciokrotnie krótszym czasie niż normalnie. Zaoszczędzony czas można poświęcić na dopracowanie aplikacji do specyficznych cech zastosowanych komponentów, co pozwala zwiększyć jej sumaryczną wydajność i sprawność, prowadząc tym samym do oszczędności energii.

Wes Pringle, były dyrektor działu Fluke Industrial został mianowany szefem całej korporacji. Na nowym stanowisku będzie odpowiadał m.in. za działania oddziałów zajmujących się kalibracją, urządzeniami biomedycznymi i automatyką. Wes Pringle dołączył do firmy Fluke w 2012 r., po odejściu z Whirlpool Corporation, w której był starszym wiceprezesem działu Integrated Business Unit. Wcześniej spędził ponad 10 lat w dużych firmach, takich jak Warner Lambert, Pfizer oraz Johnson & Johnson, w której pełnił rolę głównego menedżera produktów na rynku ochrony zdrowia w USA.

Schneider Electric kupuje Invensys Koncern Schneider Electric finalizuje transakcję zakupu firmy Invensys za kwotę 5,2 mld USD. JeanPascal Tricoire, prezes i dyrektor zarządzający Schneider Electric twierdzi, że Invensys umocni pozycję koncernu w strategicznych aspektach, co wpłynie na przyspieszenie rozwoju, zwłaszcza w zakresie systemów automatyki przemysłowej. Transakcja powinna zostać sfinalizowana w IV kwartale 2013 r. Schneider Electric ma bardzo silną pozycję na rynku elektrycznym, ale wyraźnie ustępuje liderom w dziedzinie automatyki przemysłowej. Oprogramowanie Wonderware i platforma ArchestrA firmy Invensys będą miały znaczny udział w ofercie systemów automatyki dla przemysłu, oferowanych przez Schneider Electric.

Fot. ASTOR, Lenze, Schneider Electric, Danfoss, Fluke, Universal Robots, Eaton

Wydarzenia AKTUALNOŚCI

Robot współpracuje z człowiekiem w fabryce Volkswagena

W niemieckim zakładzie firmy Volkswagen zainstalowano pierwszego robota współpracującego bezpośrednio z człowiekiem. Maszyna została zainstalowana w fabryce w Salzigitter, a dostarczyła ją duńska firma Universal Robots. Wybrany model to 6-osiowy UR5, który został umieszczony na linii produkującej sekcje głowic cylindrów. Maszyna odpowiada za montaż delikatnych świec żarowych, których umieszczenie wymagało dotąd od pracowników bardzo dużej precyzji, przy słabej widoczności i dostępności miejsca montażu. Dotychczas pracą na tym etapie budowy silników zajmowały się dwie osoby. Obecnie UR5 sam umieszcza świece w odpowiednim miejscu, a jeden pracownik tylko je dokręca i pilnuje, by wszystko postępowało zgodnie z planem. Zakład w Salzigitter to największa na świecie fabryka produkująca silniki i jednocześnie pierwszy na świecie zakład Volkswagena, w którym zastosowano robota współpracującego z człowiekiem.

Firma Eaton rozpoczęła budowę nowego budynku Centrum Innowacyjności w czeskim mieście Roztoky. Inwestycja oznacza rozbudowę dotychczasowej placówki firmy, otwartej w Roztoky w 2012 r. Obecna siedziba Centrum Innowacyjności mieści się w pobliżu placu budowy, w pomieszczeniach Czeskiego Uniwersytetu Technicznego. Budowa nowej siedziby ma zakończyć się w 2014 r., a pracownicy firmy Eaton mają się do niej przenieść na początku 2015 r. Eaton zamierza zatrudnić dodatkowych pracowników, dlatego poszukuje wysoko wykwalifikowanych inżynierów w Czechach i krajach ościennych. Obecne plany zakładają powiększenie zespołu inżynierskiego Europejskiego Centrum Innowacyjności z obecnych 25 osób do ponad 140 w 2016 r. Europejskie Centrum Innowacyjności firmy Eaton zajmuje się rozwojem rozwiązań zarządzania mocą, przeznaczonych na rynek europejski. Produkty znajdują zastosowanie w elektryce, hydraulice oraz w przemyśle aeronautycznym i w motoryzacji.

REKLAMA

Fot. ASTOR, Lenze, Schneider Electric, Danfoss, Fluke, Universal Robots, Eaton

Nowe Centrum Innowacyjności Eaton

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Wydarzenia aktualności

Chińscy producenci szturmują rynek pneumatyki Pneumatyka rozwija się w tempie zbliżonym do uśrednionego rozwoju rynku przemysłowego. Zapotrzebowanie na maszyny zazwyczaj generuje odpowiadające mu zapotrzebowanie na zawory i siłowniki pneumatyczne. Obecnie rynek ten jest zdominowany przez kilku dużych producentów, na czele których są: japońska firma SMC i niemieckie

Festo. W 2012 r. należało do nich 45 proc. z 8 mld USD przychodów na całym świecie. Ta pozornie stabilna sytuacja najprawdopodobniej zmieni się w najbliższym czasie – jak bowiem wynika z raportu firmy doradczej IMS Research, swoją działalność silnie rozwijają chińscy producenci pneumatyki, a wśród nich przede wszystkim firmy z miasta Ningbo, położonego na południe od Szanghaju. Chińscy producenci koncentrują się na standardowych zaworach i siłownikach pneumatycznych pasujących do dawnych instalacji, w której to dziedzinie są bardzo konkurencyjni cenowo. Coraz prężniej organizują też lokalnych dystrybutorów w Europie i w Ameryce Północnej. Aby utrzymać dominującą pozycję, firmy takie jak SMC i Festo skupiają się na najbardziej wyrafinowanych rozwiązaniach do zaawansowanych, nowoczesnych maszyn, których chińscy wytwórcy nie są w stanie dostarczyć. Wśród tych podzespołów, największą popularnością zaczynają się cieszyć zawory wyposażone w interfejsy komunikacyjne, które umożliwiają zaawansowane monitorowanie pracy instalacji pneumatycznych. IMS Research szacuje, że wzrost w obszarze tych produktów będzie w najbliższych pięciu latach trzykrotnie szybszy niż w przypadku ogółu komponentów pneumatycznych.

Transformatory dla Luksemburga od ABB Firma ABB będzie dostawcą 10 transformatorów mocy dla elektrowni szczytowo-pompowej w luksemburskim Vianden, jednej z największych w Europie. Produkcją zajmie się łódzka fabryka ABB. W ramach umowy ABB jest odpowiedzialna za dostawę nowych transformatorów o mocy 120 MVA, które będą zasilać bloki energetyczne, wymianę dotychczasowych transformatorów oraz ich złomowanie. Równocześnie wymieniane będą pompy i generatory, co wymaga dobrej koordynacji prac. W zorganizowanym przetargu ważna była cena transformatora oraz poziom jego niezawodności i strat, jakie generuje. Klient brał pod uwagę również koszty obsługi serwisowej, która w tym przypadku jest dość skomplikowana. Stare, ponad 50-letnie transformatory znajdują się w wydrążonym tunelu, w którym możliwość użycia sprzętu dźwigowego jest ograniczona. W efekcie będzie to jeden z bardziej złożonych projektów, w jakich łódzki zakład ABB brał udział. Całkowita zainstalowana moc elektrowni w Vianden po jej modernizacji wyniesie 1296 MW. Dla porównania – szczytowopompowa Elektrownia Wodna Solina ma cztery turbozespoły o mocy zainstalowanej 200 MW i produkcji rocznej 112 GWh. Wartość umowy wynosi kilkadziesiąt milionów złotych, a okres realizacji zamówienia potrwa od 2013 r. do 2021 r.

W obliczu stagnacji gospodarczej szefowie zakładów przemysłowych poszukują rezerw kosztowych m.in. w produkcji. Rozwiązaniem dla firm produkcyjnych może być implementacja systemu MES (ang. Manufacturing Execution System), który integruje zasoby informatyczne. Korzyści z wdrożenia systemu MES to: wzrost produktywności, skrócenie cyklu produkcyjnego, obniżenie kosztów produkcji nawet o 15 proc., poprawa jakości produktów i zwiększenie efektywności wykorzystania zdolności produkcyjnych. Na system MES zdecydowało się 16 proc. firm biorących udział w badaniu firmy ASTOR „Systemy Raportowania Wskaźnika OEE” z kwietnia 2013 r. – Na podstawie obserwacji rynku prowadzonych przez firmę ASTOR można powiedzieć, że głównym czynnikiem powstrzymującym polskie firmy przed implementacją systemu klasy MES jest brak pełnej świadomości o wszystkich możliwościach i sposobach jego pełnego wykorzystania. Źle przygotowane założenia i nieodpowiednio dostosowane do skali potrzeb rozwiązanie, powodują często niepotrzebny wzrost szacowanych kosztów wdrożenia, co również wstrzymuje uruchomienie projektu. Mimo iż projekty MES zwracają się średnio w okresie od roku do dwóch lat, znam firmy, w których wewnętrzne rozmowy o implementacji toczą się trzeci rok – mówi Grzegorz Fijałka, zastępca dyrektora ASTOR Consulting. Nowoczesne systemy dla produkcji stosuje m.in. branża spożywcza. Oprogramowanie MES wspomaga m.in. zarządzanie pakowaniem serków wiejskich w OSM Piątnica. Dzięki usprawnieniu procesu pakowania, firma zwiększyła wskaźnik OEE o 8 proc. Z kolei implementacja MES przez firmę Good Food, producenta zdrowej żywności, poprawiła wydajność produkcji o 10 proc.

Fot. sxc.hu, ABB, ASTOR, KUKA

Systemy MES – wsparcie efektywności produkcji

KUKA pokaże robota zintegrowanego z obrabiarką KUKA, producent robotów przemysłowych, zaprezentuje na hanowerskich targach EMO 2013, które odbędą się w dniach 16–21 września, wszechstronne rozwiązania w dziedzinie automatyzacji obrabiarek. Na ponad 400 m2 powierzchni, na stanowisku D32 w hali 25, firma zademonstruje produkty przeznaczone do integracji robotów z obrabiarkami. Tego typu aplikacje mają sens ze względu na zapotrzebowanie na coraz dłuższe okresy użytkowania obrabiarek. Ich automatyzacja za pomocą robotów zwiększa produktywność i obniża koszty jednostkowe. Integracja robota z obrabiarką amortyzuje się w wielu przypadkach już w ciągu roku. Inżynierowie z Augsburga zademonstrują model obrabiarki, który został zintegrowany z robotem KUKA typu KR AGILUS. Robot wykonuje załadunek i rozładunek obrabiarki. Robot z serii KR QUANTEC umożliwia wykonywanie kolejnych czynności w procesie obróbki. KR AGILUS będzie miał także premierę w wersji wodoodpornej, która ze względu na wysoki stopień ochrony, IP67, jest zabezpieczona przed przedostawaniem się pyłu i wody, a tym samym spełnia najważniejsze kryteria integracji z obrabiarką.

Czujniki optyczne “O6 wetline” o dużej wydajności

Nowy raport firmy badawczej ARC Advisory Group wskazuje na spowolnienie na azjatyckim rynku systemów sterowania ruchem. Odpowiada za nie przede wszystkim mniejsza liczba nowych inwestycji przemysłowych w 2012 r. Europejscy nabywcy obawiają się kolejnego kryzysu finansowego, a azjatycka gospodarka zaczęła również odczuwać skutki międzynarodowych problemów. Największe spadki zarejestrowano w Chinach i w Japonii, a faktyczny rozwój rynku odnotowano głównie w Ameryce Północnej i Południowej. Najbardziej poszkodowani okazali się wiodący japońscy dostawcy, których przychody spadły średnio o 12–20 proc. Raport ARC wskazuje, że była to konsekwencja tsunami, które nawiedziło ten kraj oraz zbyt silnej pozycji jena. Na spadku przychodów w firmach japońskich skorzystali mniejsi dostawcy z Chin. Odnotowano też zwiększoną liczbę przejęć firm na rynku napędów. Dawniej fuzje były powodowane przede wszystkim chęcią poszerzenia oferty produktowej. Obecnie duże firmy z bogatą ofertą kupują małych, wyspecjalizowanych producentów, traktując ich jako stałe, przewidywalne źródło niewielkiego dochodu.

Dział powstaje we współpracy z portalem

 Obudowa ze stali kwasoodpornej o stopniu ochrony IP68/IP69K  Łatwe ustawianie za pomocą potencjometru  Optyczne czujniki dyfuzyjne z niezawodnym tłumieniem tła  Kolor obiektu nie ma wpływu na zasięg działania  Dostępne również jako bramka lub czujnik refleksyjny

REKLAMA

Fot. sxc.hu, ABB, ASTOR, KUKA

Gorsze wyniki na azjatyckim rynku napędów

ifm electronic sp. z o.o. ul. Kościuszki 175, 40-524 Katowice tel.: +48 32 608 74 54 faks: +48 32 608 74 55 Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013 15 e-mail: info.pl@ifm.com www: www.ifm.com/pl

Temat numeru AUTOMATYKA W PRZEMYŚLE SPOŻYWCZYM

Automatyzacja transportu w produkcji spożywczej Przemysł spożywczy od wielu lat jest jedną z branż o największym zapotrzebowaniu na rozwiązania z dziedziny automatyki. Widoczna jest tendencja do wdrażania w tym sektorze rozwiązań robotycznych, toteż wielu producentów i integratorów systemów oraz urządzeń automatyki i robotyki dostosowuje lub wręcz projektuje swoje produkty pod wymagania tej branży.

Robot firmy Kuka paletyzujący kartony z napojami

ne do badania produktów pod kątem spełnienia wymagań odpowiednich dla nich norm. Oprócz systemów pomiarowych, wykorzystywana jest również bardzo szeroka grupa urządzeń i systemów o konstrukcjach i zasadzie działania zbliżonych do rozwiązań konwencjonalnych, stosowanych także w innych branżach przemysłu. Wymienić tu można systemy nadzoru i sterowania bazujące na integracji PLC i SCADA. Szybki rozwój przemysłu spożywczego jest związany z rosnącym zapotrzebowaniem na jego produkty. Nie tylko

sam produkt, ale także jakość i estetyka opakowań mają znaczenie dla konsumenta. Na usprawnienie łańcucha dostaw istotny wpływ mają stosowane opakowania zbiorcze, które powinny zapewniać bezproblemowy transport i chronić produkty w czasie ich dystrybucji. Zanim jednak dojdzie do procesu pakowania, surowce spożywcze muszą zostać poddane innym czynnościom. Produkty pochodzenia zwierzęcego poddawane są wstępnej obróbce polegającej na oddzieleniu mięsa od skóry, tłuszczu, a także kości, natomiast produkty pochodzenia roślinnego są po-

Fot. KUKA

Wymagania przemysłu spożywczego są zwykle specyficzne i bardzo spersonalizowane. Wszystkie rozwiązania muszą uwzględniać wymagania norm branżowych i dyrektywy dla urządzeń używanych w przemyśle spożywczym. Regulacje te wymuszają, aby konstrukcje zapewniały bezpieczeństwo zarówno obsługi maszyn, jak i produkowanej czy przetwarzanej żywności. Przykładowo: normy dotyczące maszyn dla przemysłu spożywczego definiują pojęcia podstawowe i wymagania z zakresu higieny (PN-EN 1672-2:2009P), wyposażenia elektrycznego maszyn (PN-EN 60204-1:2010P) czy ochrony pracy, gdzie opisywane są maszyny i urządzenia oraz stanowiska pracy (np. w przemyśle ziemniaczanym) oraz stawiane im wymagania bezpieczeństwa pracy i ergonomii (PN-A-55602:1990 – wycofana). Większość maszyn stosowanych na nowoczesnych liniach produkcyjnych w branży spożywczej to maszyny wykonane na specjalne zamówienie, przewidziane do nietypowych zastosowań. Powoduje to, iż w odróżnieniu od projektów maszyn standardowych, takich jak np. tokarki, projekt maszyny powinien spełniać nie tylko wymagania norm ogólnych. W wymaganiach odpowiednich norm ujęte są również reżimy produkcji i właściwości produktów przemysłu spożywczego. Odpowiedzią na te wymagania jest szczególna grupa rozwiązań branżowych – automatyczne układy pomiarowe i analizatory cech wytwarzanych produktów spożywczych, stosowa-

zbawiane korzeni bądź liści, myte i w razie konieczności obierane ze skórki. Niezależnie od pochodzenia, produkty są też segregowane, cięte, krojone, szatkowane lub poddawane innym specyficznym czynnościom (mieszanie, suszenie, mrożenie, smażenie). Na każdym etapie konieczny jest transport surowców, półproduktów, produktów końcowych. Mając na uwadze zapewnienie większej szybkości produkcji przy uzyskiwaniu wysokiej jakości produktów, dąży się do jak największej automatyzacji, a tam gdzie jest to możliwe, zrobotyzowania transportu. Rurociągi, pompy i zawory są elementami systemów transportu produktów płynnych lub półpłynnych. Produkty stałe, w zależności od ich masy i formy, przemieszczane są po linii produkcyjnej za pomocą przenośników taśmowych, rolkowych lub pionowych. Osobną kwestię stanowi przenoszenie produktów zapakowanych i ich umieszczanie w opakowaniach zbiorczych. Tu znaczącą rolę odgrywają roboty przemysłowe.

Fot. KUKA

Transport produktów Transport produktów to newralgiczny element ciągu produkcyjnego. Od jego sprawności zależy szybkość produkcji. Wszelkie przestoje w dostarczaniu surowców na linii oraz problemy w sprawnym przemieszczaniu produktów między kolejnymi sekcjami przekładają się na opóźnienia w produkcji i mniejszą efektywność prowadzonego procesu, a w efekcie obniżenie zysku firmy. Dlatego w tej branży oczekuje się niezawodnych rozwiązań, skutecznie działających w zaplanowanym czasie. Powinna je cechować elastyczność w zakresie modyfikacji wprowadzanych w cyklu produkcyjnym. Ważną cechą urządzeń transportujących żywność jest przystosowanie ich do okresowych czynności czyszczących – urządzenia muszą być wykonane w taki sposób, żeby stykająca się z nimi żywność nie miała szkodliwego wpływu na konstrukcję i działanie. Jednocześnie konstrukcja i materiały, z jakich wykonano urządzenia, nie mogą stanowić zagrożenia dla produktów spożywczych. Zalecenia konstrukcyjne opisane w załączniku 1 w części 1 dyrektywy 2006/42/WE precyzują wymagania związane z bezpieczeństwem obsługi maszyn, natomiast zapisy w załączniku 1 w czę-

ści 2.1. dyrektywy maszynowej oraz w rozporządzeniach i normach regulują aspekty budowy maszyn z punktu widzenia zachowania odpowiedniej higieny. Zapewnienie higieny wiąże się z takim zaprojektowaniem i wykonaniem maszyny, aby zarówno ją całą, jak i jej elementy można było odpowiednio czyścić i dezynfekować przed użyciem (mogą być stosowane elementy jednorazowego użytku). Ponadto zwraca się uwagę na to, aby powierzchnie elementów maszyny mające kontakt z żywnością były gładkie (w celu eliminacji ryzyka gromadzenia się pozostałości w szczelinach lub przy wypukłościach). Niezmiernie ważne jest także, aby żadne substancje niebezpieczne dla zdrowia (np. smary), konieczne ze względu na zapewnienie odpowiednich warunków pracy, nie wchodziły w kontakt z żywnością. Materiały, z których wykonywane są elementy maszyn stykające się z żywnością, powinny być odporne na działanie korozji, wykazywać zerową toksyczność i cechować się brakiem chłonności. Wszystkie wymagania są sprecyzowane w normie PN-EN 1672-2, w dyrektywach i rozporządzeniach.

Transport instalacjami rurowymi Do zakładów produkcyjnych trafiają surowce spożywcze (np. mleko), których transport odbywa się za pomocą cystern. Taki surowiec jest wprowadzany na linię produkcyjną za pomocą pomp specjalnymi rurociągami z osprzętem (zaworami). Podobne rozwiązania stosowane są w transporcie zup i napojów produkowanych na bazie wody. Inne wymagania stawiane są urządzeniom do transportu produktów półpłynnych, jak czekolada, ciasto, zmielone mięso, a jeszcze inne urządzeniom do transportu produktów sypkich. Urządzenia i osprzęt wchodzące w skład instalacji transportującej muszą być starannie dobrane do rodzaju, konsystencji, gęstości i lepkości transportowanych produktów. Niewłaściwie dobrane pompy mogą pracować nieskutecznie, a w przypadku źle dobranego przekroju rur i materiału, z jakiego są wykonane, może dochodzić do zapychania się i klinowania systemów rurowych. Podobnie jest w przypadku zaworów. Oprócz standardowych wymagań stawianych wszystkim urządzeniom

stosowanym w przemyśle spożywczym, występują jeszcze dodatkowe, odnoszące się do pomp: • zapewnienie delikatnego transportu produktów, których struktura nie może być zniszczona, • zdolność do pracy w wahającej się temperaturze procesu, • zdolność do samozasysania cieczy o zwiększonej gęstości, lepkości i z zawartością dużych wtrąceń, • duża odporność chemiczna z uwagi na zróżnicowanie przenoszonych produktów oraz chemikaliów używanych podczas mycia. Typy stosowanych w przemyśle spożywczym pomp: 1. Krzywkowe – z rodziny rotacyjnych pomp wyporowych. Zasada działania bazuje na obracających się przeciwstawnie krzywkach (każda na osobnym wale) w części ssawnej pompy, co przy oddalaniu się od siebie krzywek powoduje tworzenie się zwiększającej się pustej przestrzeni, wypełniającej się pompowaną cieczą, która następnie jest zabierana przez krzywki wzdłuż ściany obudowy pompy. Zbliżające się do siebie krzywki zmniejszają przestrzeń, wypierając ciecz na zewnątrz. Konstrukcja cechuje się brakiem tarcia krzywek o siebie i inne części pompy, co zapewnia delikatny proces pompowania oraz trwałość pompy. To rozwiązanie jest najczęściej stosowane w aplikacjach do transportu m.in. cukrów, glukozy, skrobi, czekolady, oleju jadalnego, mleka, śmietany. 2. Membranowe – zasilane sprężonym powietrzem. Wykonane w wersji sanitarnej mogą być stosowane w przemyśle spożywczym. Umożliwiają transport materiałów agresywnych chemicznie, charakteryzujących się ściernością lub dużą gęstością. Najczęściej stosowane w aplikacjach do transportu zup i sosów, kawałków mięsa, krojonych warzyw i owoców, dressingów, oleju jadalnego, owoców morza, syropów i koncentratów, wina, słodyczy. 3. Śrubowe – rotacyjne pompy wyporowe, w których przepływ przez pompę wywołany jest wyparciem cieczy z pompy przez obracający się rotor względem nieruchomego statora. Cechują się bardzo dobrymi właściwościami samozasysania

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Temat numeru AUTOMATYKA W PRZEMYŚLE SPOŻYWCZYM

i gładkim przepływem produktu. Można je stosować do przenoszenia produktu o bardzo dużej lepkości i gęstości, bez obawy o zniszczenie struktury produktu. Najczęściej stosowane w aplikacjach do transportu mleka, jogurtu, śmietany, serów, oleju, mielonego mięsa, pasztetów, pulp owocowych i warzywnych, dżemów i konfitur, półproduktów cukierniczych, ciasta, czekolady, nadzienia, sosów i przypraw, masy lodowej, chrzanu, musztardy, ketchupu, przecierów oraz zacieru, syropu glukozowego, brzeczki drożdżowej w browarach i gorzelniach. 4. Zębate – zapewniają bardzo korzystne warunki przepływu cieczy, realizują samozasysanie i łagodne przepompowywanie, bez zaburzeń strumienia cieczy, a także pompowania cieczy o bardzo dużych współczynnikach lepkości. Są łatwe w obsłudze, mają solidną i nieskomplikowaną konstrukcję. Stosowane są w aplikacjach do transportu oleju, tłuszczów roślinnych i zwierzęcych, czekolady, kuwertury czekoladowej, polew, syropów, esencji, syropów cukrowych, melas, glukozy, żelatyny, drożdży, zup, miodów, majonezu, musztardy, oliwy, soków, napoi bezalkoholowych, octów. 5. Perystaltyczne – przeznaczone do transportu mediów trudnych do pompowania. Umożliwiają pracę na sucho z samozasysaniem oraz transport mediów bardzo lepkich, gęstych, bardzo ściernych, z zawartością dużych fragmentów stałych. Cechuje je odporność chemiczna, prostota działania, konstrukcji i naprawy. Umożliwiają delikatny transport wrażliwych cieczy oraz możli-

Pompa zębata firmy Victor Pumps, model R65

wość dozowania. Są stosowane w aplikacjach do transportu oleju i tłuszczów. 6. Magnetyczne – napęd z silnika do sekcji pompy jest przenoszony przez sprzęgło magnetyczne. Między pompą a silnikiem nie występuje mechaniczne połączenie, nie jest wymagane uszczelnianie osi. Hermetyczna konstrukcja sprzyja eksploatacji w reżimie pracy ciągłej. Mogą być stosowane do transportu cieczy krystalizujących w zetknięciu z powietrzem.

Pompy krzywkowe Rotary Tanker Pump (RTP) firmy Johnson Pump/Wright Flow – oferowana przez firmę All-Pumps specjalizującą się w doborze i dostawie pomp przemysłowych [www.all-pumps.pl] – to pompa krzywkowa opracowana specjalnie do rozładunku cystern.

Ma aluminiowy korpus (dla zmniejszenia masy), szeroką gamę uszczelnień oraz głowicę wykonaną ze stali kwasoodpornej 316L, co umożliwia stosowanie jej w aplikacjach higienicznych i spożywczych. Wydajność jednostkowa pompy wynosi 1,0 l/obr. (RTP20) lub 1,28 l/obr.

Pompa RTP firmy Johnson Pump/Wright Flow

(RTP30), a maksymalne ciśnienie tłoczenia odpowiednio 10 bar lub 12 bar. Maksymalna prędkość obrotowa pomp nie zależy od modelu i wynosi 1000 obr./min, co pozwala na uzyskanie wydajności do 77 m3/h. Przepływ cieczy odbywa się bez redukcji średnicy (2”, 3” lub 4”, w zależności od modelu) od przyłącza do rotora pompy, co zapewnia szybkie pompowanie cieczy lepkich i szybki rozładunek cysterny. Pompa ta może być łączona z napędem i przyłączami w dowolnej orientacji i może – opcjonalnie – mieć zawór bezpieczeństwa, zabezpieczający przed nadciśnieniem spowodowanym zestaleniem medium. Możliwe jest podgrzewanie pompy zapobiegające zestaleniu się medium wewnątrz pompy. All-Pomps oferuje podobne rozwiązanie firmy UniBlock, model PD. Napęd tej pompy może być elektryczny lub hydrauliczny, a jej wydajność to (zależnie od typu) od 40 m3/h do 57 m3/h przy ciśnieniu 13 bar lub 17 bar. Ważną cechą jest możliwość zastosowania rotorów trójramiennych (koniczynka) i dwuramiennych (kłykciowych) bez zmiany korpusu i po-

Pompa śrubowa Mono W firmy AxFlow

Fot. Alfa Laval, Victor Pumps, Johnson Pump, AxFlow

Pompa serii SRU firmy Alfa Laval

NOWOŚĆ

krywy czołowej. Innymi przykładami pomp krzywkowych stosowanych w przemyśle spożywczym są konstrukcje firm Waukesha i Alfa Laval. Międzynarodowa firma AxFlow proponuje dwa typy pomp krzywkowych firmy Waukesha [www.axflow. com/pl/pl]. Są to serie Universal I i II. Obie mogą być stosowane w przemyśle spożywczym. Ich wydajność, w zależności od modelu, sięga od 1,3 m3/h do 102 m3/h przy maksymalnym ciśnieniu sięgającym 35 bar, a zakres temperaturowy pracy wynosi –40…220 °C. Szerszą ofertę proponuje firma Alfa Laval [http://local.alfalaval.com/pl-pl/Pages/ default.aspx] – pompy krzywkowe serii OptiLobe o wydajności od 9 m3/h do 48 m3/h, pracujące maksymalnie przy ciśnieniu 8 bar, serii SRU o wydajności od 3,2 m3/h do 128 m3/h – ciśnienie do 20 bar i serii SX o wydajności od 3,6 m3/h do 114 m3/h – ciśnienie do 15 bar. Firma Wright Flow proponuje także pompy serii Classic+ do zastosowań w przemyśle spożywczym [www.verder.pl], których wydajność wynosi od 3,9 m3/h do 205 m3/h. Pracują one, w zależności od modelu, przy ciśnieniu do 12 bar. Pompy te ma w ofercie firma Verder, która proponuje także inne pompy tego producenta: Concept SQ o wydajności od 2,4 m3/h do 109 m3/h (pracujące – zależnie od modelu – maksymalnie przy ciśnieniu 15 bar) czy Revolution. Ta ostatnia seria charakteryzuje się wydajnością do 190 m3/h i ciśnieniem sięgającym 31 bar. Ponadto, jak podaje dystrybutor, uszczelnienia mechaniczne we wszystkich modelach wymieniane są od przodu głowicy, co oznacza brak konieczności demontażu głowicy pompowej. Zastosowanie odpowiednich materiałów w przekładni pompy i użycie przekładni walcowych zamiast heliakalnych pozwala producentowi na udzielanie dożywotniej gwarancji na przekładnie. Co więcej, w tym rozwiązaniu zmieniono konstrukcję głowicy pompowej, pozbywając się wielu niepożądanych przestrzeni, dzięki czemu uzyskano wyższy standard higieny i lepsze dostosowanie pompy do procedury mycia i dezynfekcji linii technologicznej z wykorzystaniem stacji mycia w obiegu zamkniętym CIP (ang. Cleaning In Place). Jedną z istotnych cech jest to, że pompy mają konstrukcję hybrydową. Oznacza to, iż mając pompy krzywkowe i pompy z wirującym tłokiem, można przełożyć krzywki lub tłoki z jednej jednostki do drugiej, bez jakichkolwiek dodatkowych zmian. Firma All-Pomps oferuje pompę firmy UniBlock, model PD, która, po przebudowie polegającej na zastosowaniu rotorów wyporowych z nową pokrywą czołową pompy krzywkowej, pozwala na otrzymanie pompy wyporowej z rotującymi tłokami.

Ochrona przed niebezpiecznym ruchem maszyn Blokada elektromagnetyczna AZM 300 n nastawiana siła przytrzymania aktywatora n może służyć jako ogranicznik ruchu osłony n indywidualne kodowanie aktywatora, z użyciem technologii RFID n wysoka tolerancja niedopasowania osłon n konstrukcja odpowiednia dla aplikacji higienicznych: odporność na działanie środków czyszczących n stopień ochrony IP69K

Pompy membranowe Zastosowanie w przemyśle spożywczym znajdują pompy z serii T produkowane przez Wright Flow Technologies, z wydajnością sterowaną w zakresie od 0 m3/h do 56 m3/h. Innym przedstawicielem tego typu pomp jest, charakteryzująca się systemem szybkiego opróżniania,

REKLAMA

Fot. Alfa Laval, Victor Pumps, Johnson Pump, AxFlow

www.schmersal.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Temat numeru AUTOMATYKA W PRZEMYŚLE SPOŻYWCZYM

które mogą zostać poddane procesowi fluidyzacji.

Pompy śrubowe

pompa Saniboxer o wydajności 7,2 m3/h włoskiej firmy Debem, będąca w ofercie firmy Luthmar [http://luthmar.com]. Do zastosowań w przemyśle spożywczym przeznaczone są pompy tej samej firmy z linii Foodboxer. W zależności od modelu pompy te mają wydajność od 1,8 m3/h do 54 m3/h. W ofercie Valmark są m.in. pompy membranowe firmy DEPA [www.valmark.pl]. Szczególnie seria L pomp tego producenta przewidziana jest do zastosowań w przemyśle spożywczym: ich maksymalna wydajność to 46 m3/h przy ciśnieniu 7 bar. Pompy tej serii przeznaczone są do zastosowań o wysokich wymogach higienicznych. Konstrukcja z polerowanej stali nierdzewnej umożliwia mycie i sterylizację instalacji zgodnie z procedurami CIP i SIP (sterylizacja parą w miejscu pracy) oraz łatwe czyszczenie ręczne. Nie ma konieczności smarowania, a to oznacza, że suche, nienaoliwione powietrze eliminuje ryzyko skażenia produktów spożywczych. Pompy serii L Food Line są przeznaczone do transportu cieczy lepkich, wrażliwych na ścinanie, produktów zawierających cząstki stałe, a także mediów ściernych. Dzięki pracy wyporowej umożliwiają transport delikatnych produktów, kawałków owoców, warzyw lub mięsa bez uszkodzenia produktu, a także bez zmiany struktury transportowanego medium. Pompy serii DP firmy DEPA umożliwiają transport proszków,

Pompy perystaltyczne W przemyśle spożywczym, w zależności od aplikacji, często wymagane są: delikatny sposób przetłaczania, izolacja od zanieczyszczeń zewnętrznych, a także dokładne dozowanie. Szerokie zastosowanie znajdują tu pompy perystaltyczne. W pompach tego rodzaju nie występują żadne zawory i uszczelnienia, co sprawia, że tylko wewnętrzna powierzchnia przewodu pompy ma kontakt z medium. Elementami tłoczącymi pompy są dwie rolki na obwodzie wirnika, które obracając się naprzemiennie uciskają na grubościenny wąż, powodując jego zamykanie. Przesuwając się po obwodzie węża rolki wyciskają jego zawartość od strony ssącej do tłocznej. Wąż powracający po przejściu rolki do pierwotnego kształtu wytwarza na stronie ssącej podciśnienie. Przykładem jest pompa firmy Relax serii APY oferowana przez firmę AxFlow, polecana tam, gdzie wymagane jest dozowanie dodatków, produktów mlecznych, produktów piekarniczych, napojów, soków, enzymów i syropów. Również dystrybutor pomp Valmar proponuje pompy perystaltyczne serii IP firmy Elro/Crane, umożliwia-

Pompy zębate Firma Luthmar oferuje na polskim rynku pompy firmy Varisco serii V oraz J [http://luthmar.com]. Pompy serii V nie mogą być stosowane do tłoczenia ciał stałych, ale pozwalają na transport medium zawierającego cząsteczki ścierne. W przemyśle spożywczym mogą być stosowane tam, gdzie transportowana jest czekolada, miód, masło kakaowe, pasze zwierzęce, olej roślinny i inne tłuszcze. Pompy tego typu działają na zasadzie wypo-

Urządzenia sterująco-wskazujące ThinkTop z oferty firmy Alfa Laval

Fot. Alfa Laval, Geppert-Band

Zawór Mixproof z oferty firmy Alfa Laval

Konstrukcja obrotowej wyporowej pompy śrubowej jest odpowiednia do transportu cieczy abrazyjnych, lepkich oraz zawierających części stałe. W przemyśle spożywczym takie pompy są stosowane do transportu czekolady, sosów, ciasta. Pompy te występują w wersji jedno- lub dwuśrubowej. Spożywcza pompa firmy Nova Rotors serii X (oferowana na polskim rynku przez firmę All-Pomps) to konstrukcja jednośrubowa, cechująca się brakiem przestrzeni, w których mogłoby dochodzić do gromadzenia się złogów medium. Jej wydajność sięga 120 m3/h przy ciśnieniu 24 bar. W przypadku wymaganych małych wydajności proponowane są pompy serii R, których przepływ (w zależności od modelu) wynosi 2,2 m3/h (R20) lub 4 m3/h (R40). W ofercie jest też rozwiązanie dwuśrubowe – pompa HYGHSPIN niemieckiej firmy Jung Process Systems. Pompy te cechują się wydajnością od 30 m3/h do 200 m3/h, przy ciśnieniu sięgającym 25 bar. W ofercie firmy AxFlow są m.in. przeznaczone do zastosowań w przemyśle spożywczym pompy śrubowe serii Epsilon o wydajności od 1 m3/h do 420 m3/h, przy ciśnieniu tłoczenia 24 bar oraz serii Helios o takim samym ciśnieniu tłoczenia i wydajności do 180 m3/h. Dla pewnych zastosowań (transport mięsa, odpadów drobiowych lub ziemniaczanych, mediów cechujących się osadami o dużej zawartości suchej masy) warto rozważyć użycie pompy o szerokim wlocie. W ofercie firmy AxFlow dostępna jest pompa szerokogardzielowa Mono W o wydajności 215 m3/h, przy ciśnieniu różnicowym 48 bar.

ru. Przetłaczana ciecz jest zasysana w wolne przestrzenie między zębami kół zębatych. Pompy mają wydajność od 0,2 m3/h do 250 m3/h, przy ciśnieniu dochodzącym do 70 bar. Firma All-Pomps ma w ofercie pompy serii Global Gear firmy Tuthill Pump Group, o wydajności do 125 m3/h. Wydajność od 1,2 m3/h do 350 m3/h cechuje pompy zębate serii Z firmy Victor Pumps, których ofertę można znaleźć na oficjalnej stronie tego włoskiego producenta [www.victorpumps.pl].

Fot. Alfa Laval, Geppert-Band

Przenośnik taśmowy GKES-80

jące pracę na sucho i samozasysanie na sucho do wysokości 9,5 m. W zależności od modelu mają one wydajność od 0,1 m3/h do 28 m3/h. Na życzenie klienta mogą być wyposażone w opatentowany, zintegrowany system wytwarzania podciśnienia oraz system wczesnego ostrzegania o zużyciu węża. Poza pompami, które umożliwiają transport, istnieje wiele dodatkowych elementów niezbędnych do sprawnego funkcjonowania układu, jak media, rury lub węże do transportu produktów oraz uszczelnienia. Jednym z producentów węży jest firma Semperit oferująca różne typy węży przeznaczonych do przemysłu spożywczego. Dostawcą produktów na polski rynek jest np. firma DPRS Poland [http://dprs.pl/ pl]. Wielu producentów i dystrybutorów proponuje również uszczelnienia do pomp. Ważne są elementy pomp, które mogą podlegać wymianie, jak np. mieszki pomp membranowych czy krzywki pomp krzywkowych. Wielu dystrybutorów pomp prowadzi działalność projektową i doradczą, służąc inwestorowi doświadczeniem w zakresie instalacji do przepompowywania medium. Wskazówki mogą być szczególnie pomocne w przypadku implementowania w pełni automatycznych systemów, często integrujących różne maszyny i urządzenia. Konieczne jest wówczas dobranie in-

Przenośnik taśmowy GES-80 ZW

nych elementów układu, jak układy pomiarowe, systemy sterowania i elementy nastawcze.

Elementy układu automatycznego sterowania Do precyzyjnego sterowania każdym układem potrzebna jest informacja o wartościach sygnałów pomiarowych, sprawne i efektywne układy nastawcze oraz odpowiednio zaprogramowane układy sterowania. W przemyśle spożywczym wykonuje się wiele pomiarów, najczęściej temperatury, masy, przepływu i poziomu. Na temat sterowania w branży spożywczej można dowiedzieć się więcej z książki Marka Ludwickiego „Sterowanie procesami w przemyśle spożywczym” wydanej w 2002 r. przez Polskie Towarzystwo Technologów Żywności Oddział Łódzki, w której opisano metody pomiarowe oraz sposoby regulacji podstawowych parametrów procesów występujących w przemyśle spożywczym. Sterowanie przepływem medium odbywa się najczęściej za pomocą odpowiednio dobranych zaworów regulacyjnych. W ofercie firmy Alfa Laval są wymienione nie tylko pompy, ale także szeroki wachlarz zaworów. Proponowane zawory serii Unique Mixproof zapewniają dużą elastyczność i bezpieczeństwo procesów hi-

gienicznych, umożliwiając sterowanie przepływem dwóch cieczy bez ryzyka ich wymieszania. Dzięki zastosowaniu w tej konstrukcji dwóch niezależnych grzybów i uszczelek pojedynczy zawór może zastąpić co najmniej dwa zawory innych typów. Cenną funkcją tych zaworów jest wykrywanie wycieków, zwiększające bezpieczeństwo prowadzenia procesu. Prócz zaworów uniwersalnych w ofercie są także specjalizowane zawory regulacyjne oraz rozdzielcze i odcinające. Do sterowania zaworami proponowane są zintegrowane urządzenia sterująco-wskazujące. Seria urządzeń ThinkTop montowana jest na szczycie zaworów i pozwala na sterowanie zaworami za pomocą wszelkich dostępnych obecnie interfejsów, od sygnału cyfrowego, do AS-Inerface i DeviceNet, albo ich kombinacji. Urządzenia te przekazują także sygnały zwrotne, dzięki którym operator może w pełni nadzorować przebieg procesu, łącząc wszystkie zalety zautomatyzowanego systemu sterowania zaworami. Dostarczają także dane o stanie zaworów, co umożliwia śledzenie każdej partii produkcyjnej [http://local.alfalaval.com/pl -pl/Pages/default.aspx]. Możliwe jest także wykorzystanie innych, niededykowanych rozwiązań firm – liderów z branży przemysłowej.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Temat numeru AUTOMATYKA W PRZEMYŚLE SPOŻYWCZYM

Do pomiaru i rejestracji zmiennych procesowych można stosować systemy takich specjalistów w branży pomiarowej, jak Lumel, Introl, Przedsiębiorstwo Automatyzacji i Pomiarów, SICK, Apek czy Process Sensors Polska.

Robot IRB360 firmy ABB

W takim przypadku pomocne będą systemy transportu pionowego lub pod kątem. Aby dobrze wykorzystać przestrzeń na jednym poziomie, konieczne może być zastosowanie łukowych systemów transportu.

Przenośniki taśmowe Transport przenośnikowy Transport produktów stałych o różnej postaci jest często realizowany za pomocą różnego rodzaju przenośników. W zależności od potrzeb systemy te zapewniają zarówno pionowy, jak i poziomy, w tym łukowy transport produktów. Od rodzaju przenoszonych produktów zależy dobór powierzchni nośnej. Wyróżnia się m.in. przenośniki taśmowe, łańcuchowe, paskowe i rolkowe. O wyborze typu powierzchni nośnej przenośnika decydują cechy produktu – jego wymiary, waga, temperatura, stabilność struktury, rodzaj opakowania itp. Ważne jest zaplanowanie ich ustawienia i współpracy, aby zapewnić optymalne wykorzystanie przestrzeni. Szczególnie istotne jest zapewnienie obsłudze bezpieczeństwa i komfortu pracy. Systemy transportu powinny pracować cicho oraz chronić przed przypadkowym wciągnięciem części ubrania pracownika lub włożeniem kończyny w niebezpieczne miejsce. Biorąc pod uwagę wykorzystanie przestrzeni zakładu, często korzystne jest rozłożenie faz produkcji na różnych poziomach.

Tego typu rozwiązania bazują na prostej konstrukcji składającej się z ramy i podpór oraz blatu, dwóch rolek głównych, z których jedna jest napędzana oraz rolek podpierających i taśmy. W zależności od masy transportowanych produktów oraz długości taśmociągu dobierana jest konstrukcja ramy i podpór, liczba rolek podpierających oraz odstęp między nimi. Masa produktów transportowanych ma również kluczowe znaczenie przy doborze napędu. Najczęściej jest to napęd elektryczny z przekładnią, zapewniający odpowiednią prędkość transportowanych produktów. Przenośniki taśmowe umożliwiają transport w poziomie lub pod kątem. Do transportu pod kątem mogą być stosowane specjalne prowadnice boczne oraz taśmy modułowe. Zmiana kierunku transportu produktów może być realizowana za pomocą obrotnic. Odpowiednio dobrane moduły systemu transportu taśmowego ułatwiają rekonfigurację linii oraz wymianę zużytej lub uszkodzonej taśmy. Dostawcami systemów transportu taśmowego do przemysłu spożywcze-

go są na polskim rynku m.in. firmy Bosch Rexroth, Atlantis (przedstawiciel niemieckiej firmy Geppert-Band GmbH) oraz Europa System – polski producent urządzeń i systemów transportu. Atlantis oferuje taśmowe przenośniki poziome do transportu pod kątem oraz typu Z. Na szczególną uwagę zasługuje przeznaczony do transportu poziomego płaski przenośnik taśmowy GES-25-UA, w którym zastosowano opatentowany system CleanTec, umożliwiający spełnienie wymaganych w przemyśle spożywczym standardów higienicznych [www.atlatech. pl]. W tym systemie wszystkie części ruchome i otwarte gwinty części regulacyjnych są ukryte wewnątrz ramy przenośnika, dzięki czemu nie gromadzą się na nich zanieczyszczenia. Proponowane są wersje tego przenośnika ze stałymi (ok. 4 ,0/7,3/11,0/ 14,7/22,0 lub 31,4 m /min) oraz regulowanymi (ok. 1 ,6 –5,6/2,9 –10,3/ 4,4 –15,4/5,9 –20,5/8,8 –30,8 lub 12,6 –44,0 m /min) prędkościami taśmy, o szerokości 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350 lub 400 m m. Taśmociąg może mieć długość od 500 mm do 6000 mm. Silnik z przekładnią może być obracany wokół kołnierza co 90° i montowany w dowolnym miejscu wzdłuż ramy taśmociągu. Również płaskie przenośniki taśmowe GES-50 i GES-80 wyposażone są w system CleanTec. Dla ułatwienia ich czyszczenia zwalniana jest rolka po-

Fot. Uniroltech, ABB, FANUC

Napędzany przenośnik rolkowy z oferty Uniroltech

wrotna, co powoduje luzowanie taśmy i umożliwia wyczyszczenie powierzchni przenośnika pod taśmą. Transport taśmowy pod kątem może być zrealizowany za pomocą nachylonego przenośnika taśmowego GKES-80, wyposażonego w zasobnik odbiorczy i poprzeczki na taśmie wzdłuż taśmy. Wzdłuż przenośnika umieszczone są prowadnice prowadzące transportowane towary. Maszyna może przenosić dowolne materiały, luźne i pakowane, na żądaną wysokość. Również do przenoszenia produktów na wysokość może służyć przenośnik GES-80 ZW mający poziomą część u dołu i góry ramy, dzięki czemu może transportować produkty, tak jak przenośnik płaski, przed i po pokonaniu różnicy wysokości między taśmami. Nachylenie części pochyłej może być regulowane w zakresie od 40° do 60° względem podłoża. Zastosowana taśma ma aprobatę FDA. Wysokość fałdowanych krawędzi i poprzeczek, a także odległość między poprzeczkami, mogą być dostosowane do sposobu wykorzystania przenośnika. Podnośnik o takim kształcie występuje także w wersji o mniejszych wymiarach – to model GES-50 ZW. Niezależnie od konstrukcji taśmociągu, w zależności od specyfiki procesu, dobierane są odpowiednie rodzaje taśm. W przypadku, gdy transportowane wyroby muszą być gromadzone na końcu przenośnika, stosuje się taśmę akumulującą, której wierzchnia strona wykonana jest z tworzywa charakteryzującego się dobrymi właściwościami ślizgowymi, dzięki czemu ani taśma, ani wyroby nie ulegają uszkodzeniu w czasie ich gromadzenia się na końcu przenośnika. W przenośnikach pochyłych stosuje się taśmę wyposażoną w poprzeczki na górnej powierzchni, które mają wysokość odpowiednio dobraną do transportowanych materiałów. Do transportu gorących lub zimnych produktów stosuje się specjalne rodzaje taśm.

Przenośniki paskowe są stosowane w przypadku towarów o mniejszej masie, natomiast przenośniki łańcuchowe do transportu towarów cięższych, umieszczonych w skrzyniach lub na paletach. Konstrukcja takiego przenośnika składa się ze sztywnej ramy stabilnie osadzonej na podłożu. Na ramie znajdują się profile ślizgowe, wykonane np. z tworzywa sztucznego o dużej odporności na ścieranie. Po tym profilu przemieszczają się – w zależności od typu przenośnika – pasy lub łańcuchy stanowiące cięgna, po których przesuwają się transportowane elementy. Stała i odpowiednio dobrana do procesu prędkość każdego cięgna jest zapewniona dzięki odpowiedniemu przeniesieniu napędu. W ofercie firmy AMSORT Conveying Technology są płytkowe

łańcuchowe przenośniki szwedzkiej firmy Caryline o szerokości od 24 mm do 220 mm [www.amsort.pl/index. html]. Natomiast Bosch Rexroth oferuje kompleksowe rozwiązania do automatyzacji linii produkcyjnych w przemyśle spożywczym, m.in. serię urządzeń VarioFlow, charakteryzującą się płynnie regulowaną prędkością transportu.

Przenośniki rolkowe Przenośniki paskowe i łańcuchowe bardzo często współpracują z przenośnikami rolkowymi. Tego typu przenośniki stosowane są tam, gdzie kształt transportowanych elementów pozwala na transport po rolkach np. palet, kartonów, skrzynek, pojemników. Mogą występować w odmianie z napędem lub bez. Te drugie znajdują zastosowanie w transporcie ręcznym

Roboty LR Mate 200iB firmy FANUC w przedsiębiorstwie El Duzle

Fot. Uniroltech, ABB, FANUC

Przenośniki paskowe i łańcuchowe Tego typu przenośniki są stosowane tam, gdzie transportowane elementy mają duże gabaryty. W przemyśle spożywczym używa się ich do transportu produktów już zapakowanych w kartony lub opakowania zbiorcze, jak plastikowe skrzynki (w przemyśle mięsnym w fazie przekazywania gotowych produktów do magazynów). Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Temat numeru AUTOMATYKA W PRZEMYŚLE SPOŻYWCZYM

Silnik skokowy Festo EMMS-ST wraz z modułem obrotowym ERMB

Robot firmy Stäubli

tów płynnych, takich jak soki, woda czy inne napoje. Tego typu rozwiązań dostarczają firmy Bosch Rexroth oraz ABB.

Przenoszenie, pakowanie, paletyzacja Często do przenoszenia elementów w różnych gałęziach przemysłu, w tym w branży spożywczej, stosuje się na coraz szerszą skalę roboty przemysłowe. Te stosowane w przemyśle spożywczym cechują się specjalnym wykonaniem, z uwagi na konieczność spełnienia warunków higienicznych. Jednak duża część stosowanych na liniach produkcyjnych przemysłu spożywczego robotów bierze udział w ostatniej fazie produkcji, kiedy produkty żywnościowe są już odpowiednio zapakowane i nie grozi im skażenie przez kontakt z maszynami. Pozwala to na stosowanie konstrukcji standardowych, używanych także w innych gałęziach przemysłu lub jedynie nieznacznie zmodyfikowanych na potrzeby indywidualnego dostosowania do wykonywanych czynności. Do typowych zadań robotów przemysłowych na liniach produkcyjnych żywności należy przenoszenie połączone z sortowaniem lub konfekcjonowaniem. Często taka konieczność występuje na liniach produkcji wyrobów cukierniczych, gdzie robot może pakować praliny w blistry. Do takich zadań predysponowane są bardzo szybkie konstrukcje współpracujące z systemami sterowania wykorzystującymi rozpoznawanie obrazów.

Do tego typu zastosowań firma ABB proponuje roboty modelu IRB 360, dostępne w wersjach clean room oraz w wykonaniu ze stali kwasoodpornej do zmywania wodą, które zgodnie z certyfikatem mogą być czyszczone metodami przemysłowymi [www. abb.com]. Do mniej wymagających zadań może być zastosowany robot ABB IRB 140 o klasycznej szeregowej strukturze kinematycznej. Mitsubishi Electric Europe proponuje dla branży przemysłu spożywczego swoje konstrukcje robotów MELFA typu SCARA z serii RH-F [www.mitsubishi-automation.pl]. Interesujące wdrożenie zostało zastosowane przy wykorzystaniu robotów LR Mate 200iB firmy FANUC w hiszpańskim przedsiębiorstwie El Duzle, w którym roboty są odpowiedzialne za układanie sałaty [www.FANUCrobotics.pl/pl]. Do pozostałych czynności związanych z przygotowaniem sałaty firma FANUC wdrożyła inne konstrukcje, np. R-2000iB. Z kolei w jednym z norweskich przedsiębiorstw, specjalizujących się w produkcji mięsnej, do wspomagania procesu sortowania produktów zastosowano roboty firmy KUKA, model KR 180 PA [www.kuka-robotics.com/ poland/pl]. Innymi zadaniami wykonywanymi przez roboty w przemyśle spożywczym są czynności związane z typowym pakowaniem. Robot do tego typu zastosowań powinien cechować się dużą prędkością, a system jego sterowania musi zapewniać rozpoznawanie

Fot. Festo, Stäubli

lub grawitacyjnym i idealnie nadają się do współpracy z innymi rodzajami przenośników, takimi jak rolkowe z napędem, paskowe lub łańcuchowe. Przenośniki te mogą być dodatkowo wyposażane w prowadnice boczne, zderzaki końcowe, pneumatyczne blokady. Przykładowo, firma Europa System proponuje swoim klientom przenośniki rolkowe nienapędzane typu LTR o długości 2 m lub 3 m [www.europasystems.pl], a Uniroltech napędzane przenośniki rokowe o szerokości roboczej od 300 mm do 900 mm i prędkości liniowej 10, 15, 20, 25, 30, 35 lub 40 m/min [www.uniroltech.pl]. W konstrukcjach rolkowych stosowane są też obrotnice. Dodatkowo układy z przenośnikami rolkowymi mogą zawierać windy do pionowego transportu elementów. Konstrukcje przenośników mogą zostać wykonane na specjalne życzenie klienta i dostosowane do indywidualnych potrzeb. Często napęd taśmociągu jest realizowany za pomocą wybranego przez klienta układu napędowego. Można wówczas skorzystać z bogatej oferty firm specjalizujących się w produkcji silników i systemów ich sterowania, takich jak np. Lenze Polska, Omron Electronics, Festo czy SEW-Eurodrive Polska. Osobną grupę stanowią rozwiązania przeznaczone do przemieszczania, podawania i pozycjonowania opakowań do produk-

Fot. Festo, Stäubli

położenia przedmiotów. Do najczęstszych operacji można zaliczyć pakowanie małych pudełek do większych opakowań lub pobranie całej warstwy produktu i umieszczanie jej w opakowaniu. Często występuje konieczność szybkiego i sprawnego pakowania plasterkowanych produktów przemysłu mleczarskiego (sery) oraz wędliniarskiego (kiełbasy). Przykładem robota zapewniającego inteligentne pakowanie produktów w plasterkach jest model FlexPicker IRB 340 firmy ABB. Roboty takie znakomicie realizują stawiane im zadania, np. w zakładach grupy Charkman, szwedzkiego dostawcy żywności w plastrach. Z kolei FANUC dostarczył swoje roboty na linie pakujące ser w zakładach Friesland Foods Cheese, jednego z najstarszych producentów sera w Holandii. Ser dostarczany jest do ośrodka pakującego na tacach mieszczących po 35 sztuk, umieszczonych na regałach transportowych. Kiedy ser osiągnie określone stadium dojrzewania, robot FANUC R-2000iB podnosi pełną tacę z regału i ustawia na postumencie, a następnie, za pomocą siedmiu chwytaków podciśnieniowych, precyzyjnie umieszcza sery na przenośniku taśmowym, na którym każdy ser ma wydzielone miejsce. Puste tace są odkładane na półki i cały proces rozpoczyna się od

nowa. Podobne rozwiązania robotów do zadań związanych z pakowaniem proponują także inni producenci robotyki, np. Stäubli [www.staubli.pl/pl]. Firma ta ma w swoim portfolio wdrożenia do cięcia twarogu, pakowania kiełbas i tartego sera. Paletyzacja służy do grupowania produktów. Obejmuje przenoszenie niewielkich detali, jak i całej warstwy zapakowanego towaru. Do tych czynności wykorzystywane są zarówno konstrukcje typowe, jak i dedykowane. Firma Okura Yusoki specjalizuje się w produkcji robotów do paletyzacji, a wytwarzany przez nią model A1800 jest najszybszym na świecie robotem paletyzującym, którego maksymalna wydajność sięga 1800 cykli/h [www.okurayusoki.co.jp/eng]. Robot ten może paletyzować/depaletyzować worki, kartony, skrzynki, wiaderka itp. Z kolei firma ABB poleca do paletyzacji swoje roboty serii IRB, modele 460, 660 i 760, zależnie od wymaganych prędkości i planowanych do przenoszenia mas. W firmie Hauser, produkującej bazujące na winie produkty w opakowaniach kartonowych, zastosowano robota firmy KUKA, model KR 160 PA Long Range. W obszarze robotyki, poza samymi konstrukcjami robotów oraz systemami ich sterowania, niezmiernie

ważną rolę odgrywają końcówki robocze manipulatorów. Są one dobierane zależnie od czynności wykonywanej przez robota i decydują w dużej mierze o jego sprawności i poprawności działania.

Podsumowanie Z powyższego opisu – choć nie porusza on wszystkich możliwych obszarów zastosowań i rozwiązań stosowanych w szeroko rozumianym transporcie w branży spożywczej – widać, jak wiele różnych urządzeń jest potrzebnych do zapewnienia szybkiej i zautomatyzowanej produkcji. Wszystkie stosowane w tym sektorze przemysłu rozwiązania mają konstrukcję zapewniającą bezpieczeństwo obsługi i sanitarne bezpieczeństwo produkowanych wyrobów. Inwestorzy mają do dyspozycji szeroki wachlarz rozwiązań, które można zastosować na budowanej czy modernizowanej linii produkcyjnej. W zależności od konsystencji oraz cech transportowanych produktów, można oprzeć systemy transportowe na użyciu pomp, przenośników lub robotów przemysłowych.

Krzysztof Jaroszewski Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie Wydział Elektryczny

REKLAMA

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Temat numeru AUTOMATYKA W PRZEMYŚLE SPOŻYWCZYM

Robotyzacja przemysłu mięsnego Dla przemysłu mięsnego robotyzacja oznacza możliwości zwiększenia produkcji, poprawienia efektywności i powtarzalności metod obróbki. Robotycy zainteresowani są ogromnym rynkiem mięsnym, mimo występujących tu, niespotykanych w dotychczas robotyzowanych gałęziach przemysłu, problemów, które utrudniają wdrażanie robotów. Są to w szczególności specyficzne właściwości produktu oraz wymagania dotyczące higieny warunków pracy.

powinien być zgodny z oczekiwaniami klienta. Wiele problemów jest związanych z przebiegiem procesów produkcyjnych w przemyśle mięsnym. Efekty wdrożenia zależą od analizy procesu, szczegółowego określania zadań (np. sposobu dostarczania i unieruchamiania produktu na stanowisku), dokonania niezbędnych zmian, spełnienia wszystkich wymagań przepisów bezpieczeństwa. Pierwsze roboty w przemyśle mięsnym znajdowały zastosowanie w prostych zadaniach transportowych, podobnych do zadań realizowanych w innych gałęziach przemysłu. Najczęściej roboty instalowano na końcu linii pakującej, gdzie opakowane produkty wkładane są do pojemników lub na paletę. Bardzo ciekawy przykład zastosowania robota na końcowym etapie produkcji mięsa wdrożyła firma ABB w nowoczesnym, zautomatyzowanym zakładzie do pakowania mięsa w Szwecji (fot. 3). Na obrzeżu stanowiska umieszczone są pojemniki z różnego rodzaju mięsem a zlokalizowany centralnie robot, zależnie od wielkości zamówienia, formuje stos pojemników w ustalonym miejscu. Kilkuletnia eksploatacja potwierdziła najważniejsze zalety zrobotyzowanego pakowania: wyeliminowanie wysiłku fizycznego związanego z przenoszeniem pojemników, odsunięcie pracowników od pracy w niskiej temperaturze, zachowanie odpowiedniej jakości produktów oraz szybkie reagowanie na indywidualne zamówienia klientów. Obecnie główne zainteresowanie robotyzacją ze strony przemysłu mięsnego dotyczy rozbioru tusz – to poważne wyzwanie dla robotyków.

Sprawa higieny Dyrektywa UE 98/37WE wymaga, aby dostawcy maszyn spełniali podstawowe wymagania higieny postępowania z żywnością. Przepisy opracowują też komitety techniczne działające w ramach organizacji standaryzujących. Przykładowo, CEN/TC 153 (realizujący działania w temacie „Maszyny dla przemysłu spożywczego – Specyfikacje bezpieczeństwa i higieny”) przygotował ogólną normę dotyczącą higieny EN 1672-2: Maszyny dla przemysłu spożywczego. Pojęcia podstawowe. Część 2: Wymagania z zakresu higieny. Norma ta określa wymagania dotyczące zagrożeń dla higieny wynikających z użytkowania maszyn. W Polsce wymagania dotyczące higieny dla maszyn stosowanych w przemyśle spożywczym określono w normie PN-EN 1672-2:2009, gdzie szczególną uwagę zwraca się na stan powierzchni elementów maszyny, które bezpośrednio stykają się z żywnością. Higieniczne warunki pracy zrobotyzowanego stanowiska wymagają mycia zimną (40 °C) i ciepłą (82 °C) wodą ze środkami czyszczącymi i dezynfekującymi. W wielu przypadkach należy rozważyć, w jakim zakresie ma być przeprowadzona sterylizacja i jak często narzędzia muszą być sterylizowane. Niewiele współczesnych robotów przemysłowych, także tych wykonanych ze stali nierdzewnej, jest w stanie spełnić wymagania higieniczne w przemyśle mięsnym. Roboty przeznaczone do zastosowań w rzeźni muszą być wodoszczelne, mieć gładkie powierzchnie, łatwe do czyszczenia, do zmywania wodą i środkami chemicznymi, odporne na korozję

Fot. http://www.mps-group.nl

Praca w rzeźni jest trudna, monotonna, nieatrakcyjna oraz ryzykowna i niebezpieczna, wymaga też odpowiednich predyspozycji psychofizycznych. Występuje ciągły niedobór oraz wysoka rotacja pracowników. Coraz trudniej pozyskuje się młodych pracowników do pracy przy uboju zwierząt a siła robocza się starzeje – przykładowo w Szkocji około 1000 przedsiębiorstw zatrudnia bezpośrednio przy przetwórstwie mięsa 10,5 tys. pracowników, ze średnią wieku 45 lat. Podkreśla się również, że rosną koszty szkód wyrządzanych przez niedoświadczonych pracowników. W niemieckich zakładach przemysłu mięsnego zatrudniani są rzeźnicy z Polski, Rumunii i innych krajów. Trzeba zapewnić higieniczne warunki, chronić zdrowie i bezpieczeństwo pracowników, nie zapominając o zdrowiu i bezpieczeństwie konsumentów. W żadnej gałęzi przemysłu nie występuje tak ogromna, tak różnorodna oferta produktów – jest to jedna z przyczyn utrudniających robotyzację. Ponadto, w przeciwieństwie do produktów przemysłowych, mięso jest niejednorodne zarówno pod względem wielkości, jak i kształtu. Specyficzne właściwości produktu (różne kształty i rozmiary tusz zwierzęcych, różnorodne struktury kości i mięsa, miękkie produkty, niestabilność formy itp.) powodują, że trudno jest go chwytać i przenosić, a ponadto dla każdego produktu trzeba stosować systemy rozpoznawania i odpowiednie narzędzia lub chwytaki. W systemie zrobotyzowanym niezbędne jest pozyskanie informacji na temat tuszy. Trzeba też brać pod uwagę jakość produktu – końcowy wyrób

i nie mogą wprowadzać zanieczyszczeń. Często na stanowiskach zrobotyzowanych w przemyśle mięsnym spotyka się roboty w powłokach ochronnych.

Fot. http://www.mps-group.nl

Jakie roboty? Współczesne roboty przemysłowe dysponują kinematyką, udźwigami i osiągami dynamicznymi (czas reakcji, komunikacja, dokładność położenia), spełniającymi z nadmiarem wymagania przemysłu mięsnego. Do zastosowań w przemyśle mięsnym nie jest potrzebna tak duża powtarzalność osiąganego położenia, jak np. w procesach montażowych – w pełni wystarczająca jest typowa dokładność robota. W zrobotyzowanych stanowiskach rozbioru tuszy osiąga się dokładność cięcia ±5 mm, o wiele większą niż dokładność pracownika, która wynosi ±20 mm. Natomiast niezbędna jest duża szybkość działania robota ze względu na współpracę z systemem wizyjnym i urządzeniami sensorycznymi (przetworzona informacja wpływa na zmianę parametrów ruchu robota). Nietypowe wymagania dotyczą również narzędzi montowanych na robocie – nie zawsze typowe narzędzia używane w rzeźniach mogą być zastosowane w robotach. Czasem inne spojrzenie robotyków na technologię procesu owocuje nietypowymi rozwiązaniami – przykładem jest nóż o podwójnym ostrzu. Współczesne układy sterowania robotów przemysłowych spełniają wszystkie wymagania związane z zastosowaniem robotów w przemyśle mięsnym. Warto zauważyć, że układ sterowania powinien równocześnie realizować wiele zadań, np. pobierać i przetwarzać informacje z urządzeń sensorycznych, wykorzystywać je w instrukcjach programu wprowadzonego przez operatora, wyliczać i planować trajektorię, a jednocześnie realizować bieżące instrukcje ruchu. Urządzenia sensoryczne (stosowane mogą być systemy wizyjne oraz różnego typu sensory dotykowe) są niezbędne w systemach zrobotyzowanych ze względu na konieczność analizowania w czasie rzeczywistym produktów dostarczanych na stanowisko, np. do określenia kształtu, wymiaru i orientacji tuszy. Współczesne systemy wizyjne i technologia laserowa zapewniają trójwymiarowy pomiar, umożliwiając precyzyjne przetwarzanie produktów o bardzo zróżnicowanej geometrii.

Często od robotów przeznaczonych dla przemysłu mięsnego wymaga się odporności na niskie temperatury, np. gdy muszą pracować w chłodniach. Obrabiane mięso jest twardsze, ale jednocześnie jest oszronione, a warstwa szronu na powierzchni znacząco zmienia warunki chwytania. Rosnąca liczba zastosowań robotów w chłodniach, także przy dzieleniu mięsa, świadczy o ich bezbłędnej i szybkiej pracy w niekorzystnych dla człowieka warunkach pracy.

rozmiarów, kształtów i masy: jagniąt, owiec i baranów. Projekt zakończył się sukcesem i pierwszy w świecie komercyjnie działający, zautomatyzowany system Robochop uruchomiono w 1997 r. Wyniki użytkowania robota w pełni potwierdziły główne zalety: zwiększenie wydajności, elastyczności oraz dokładności patroszenia i rozbioru, a także zmniejszenie kosztów pracy, zanieczyszczeń i zużycia energii. W 1993 r. przyznano pierwszy patent europejski dotyczący robotyzacji pracy w rzeźni [2], a w następnych latach publikowano, zarówno w materiałach konferencyjnych, jak i w prasie fachowej, wyniki pierwszych prób stosowania robotów w przemyśle mięsnym [3, 4]. Kilka projektów badawczo-rozwojowych, dotyczących zastosowań robotów w rzeźni, finansowała Unia Europejska – przykładowo jeden z uniwersytetów w Wielkiej Brytanii realizował w latach 1991–2001 trzy projekty, z których jeden wykazał, że zastosowanie robota umożliwia osiąganie wyższej dokładności cięcia, szybszego działania i ma inne zalety w porównaniu z pracą rzeźnika [5]. Od 1998 r. Duński Instytut Badawczy Mięsa (DMRI) koordynował program prac nad automatyzacją procesów uboju, rozbioru i przetwórstwa świń na kwotę ponad 40 mln EUR. Program obejmował 30 projektów i zakładał, że w niedalekiej przyszłości nastąpi pełna automatyzacja uboju trzody chlewnej, a czysta linia ubojowa będzie obsługiwana tylko przez 10 osób [6]. Zbudowano m.in. stanowisko do automatycznego cięcia tuszy na trzy części: przodek, środkowa część i tylna noga. Urządzenie składa się z przenośnika, stacji pomiarowych oraz stanowiska z robotem.

Badania, próby i pierwsze wdrożenia Przyczyn szybszego rozwoju robotyzacji w innych niż przemysł mięsny gałęziach przemysłu jest kilka, ale najważniejszą jest to, że w innych branżach roboty pracują w ściśle zdefiniowanym środowisku – chwytają obiekty o twardej strukturze, wykonane ze zdefiniowaną tolerancją i przemieszczają je z określonego miejsca na inne miejsce (np. z pojemnika do maszyny i odwrotnie) lub posługując się narzędziami (np. zgrzewadło, palnik do cięcia) prowadzą je dokładnie po zaprogramowanej trajektorii. Robotyzacja takich procesów jest po prostu łatwiejsza! Od kilkunastu lat badane są możliwości zastosowań robotów w przemyśle mięsnym. Pierwsze prace nad zbudowaniem maszyny do automatycznego strzyżenia i rozbioru owiec rozpoczęto w 1991 r. w Nowej Zelandii [1], gdzie każdego roku usuwa się skóry z kilku milionów zwierząt. Ten ręcznie realizowany proces wymaga nadzwyczajnej koncentracji i umiejętności. Zagraża nie tylko zdrowiu człowieka, lecz powoduje także wymierne straty w produkcji mięsa. Największe problemy robotyzacji procesów strzyżenia, uwolnienia od skóry oraz rozbioru tuszy związane były z różnorodnością

b) a)

Fot. 1 i 2. Zrobotyzowane stanowiska na linii MPS

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Temat numeru AUTOMATYKA W PRZEMYŚLE SPOŻYWCZYM

Zrobotyzowana linia ubojowa trzody Trwające od wielu lat próby zastąpienia rzeźnika przez robota realizującego poszczególne czynności w procesie rozbioru trzody chlewnej umożliwiły budowę zrobotyzowanej linii produkcyjnej w przemyśle mięsnym. Dostępne są stacje do pomiaru wielkości tuszy oraz stanowiska do obcinania przednich racic, do obcinania łba, do usuwania odbytu, do wstępnego rozcinania, do otwarcia brzucha i wypatroszenia, do rozcięcia tuszy na połówki, do cięcia półtuszy na trzy części, do usuwania kości, do dzielenia na porcje i szereg innych specjalizowanych stanowisk oferowanych przez różne firmy. Holenderska firma MPS oferuje linie zautomatyzowane F-line i zrobotyzowane M-line do uboju, na których tusza jest najpierw wstępnie nacinana narzędziem przypominającym tasak i przecinana jest kość biodrowa. Na linii do uboju M-line automatyczne maszyny i roboty wyposażone są w podwójne narzędzia – podczas pracy jednego narzędzia drugie jest sterylizowane. Na fot. 1 i fot. 2 przedstawiono dwa wybrane stanowiska z linii uboju. Do usuwania odbytnicy zastosowano specjalne narzędzie zapewniające separację odbytnicy i tuszy. Po dokonaniu indywidualnego pomiaru dla każdej tuszy narzędzie zostaje precyzyjnie wprowadzone, a po dokonaniu operacji jest czyszczone. Do otwarcia jamy brzusznej i przecięcia mostka na dwie części robot używa noża tarczowego.

Zastosowany w Australii robot IRB 4600 firmy ABB wykorzystuje zaawansowany system pomiarowy, aby zapewnić dokładne i niezawodne cięcie mostka tuszy. Piła tarczowa do cięcia z mikroostrzami i prowadnicami centrującymi zapewnia czyste cięcie na środku klatki piersiowej. To radykalnie poprawia jakość, a jednocześnie zmniejsza liczbę przypadków przebijania wnętrza i uszkodzenia innych narządów. Po każdym cięciu narzędzie jest sterylizowane. Firma KJ Industries z Danii opracowała zrobotyzowane stanowisko do wycinania kości kręgosłupa z odcinka tuszy. Na przenośniku taśmowym przemieszczają się kawałki tuszy o różnych kształtach i wymiarach. Tor optymalnego cięcia wyznaczany jest na podstawie analizy indywidualnego obrazu każdej porcji tuszy. Podczas obróbki robot odcina wierzchołki żeber i oddziela schab, pracując nie tylko wydajnie, ale i optymalnie, gdyż cięcie jest bardzo dokładne. Po wdrożeniu pracownicy byli zdumieni, że narzędzie wydaje dźwięki tylko wtedy, gdy tusza jest cięta – przy pracy ręcznej z reguły cały czas słychać hałaśliwą piłę (okrągły nóż). Stanowisko to z powodzeniem wdrożono w wielu rzeźniach duńskich i w innych krajach [8]. Firma KJ Industries automatyzowała również linie ubojowe w Polsce, m.in. w Łukowie i Ostrołęce. Firma Fanuc oferuje stanowisko z robotem przemysłowym M-710iB

w powłoce ochronnej, służące do obcinania żeber. Robot wyposażony jest w unikalny system noża o dwóch ostrzach – możliwe jest cięcie w dwóch kierunkach, podczas gdy tradycyjnie pracownik trzymając oburącz nóż ciągnie go do siebie. Stanowisko wyposażone jest w system wizyjny 3DL Sensor, umożliwiający precyzyjne określenie pozycji i orientacji kawałka mięsa. W niemieckich rzeźniach do rozcięcia tuszy stosowane są roboty KUKA o udźwigach 30 kg i 60 kg, współpracujące z systemem wizyjnym i laserowym, które umożliwiają pomiar 3D. Obliczone współrzędne przesyłane są do sterownika robota, który generuje indywidualną trajektorię dla każdej tuszy. Robot KR 30, najczęściej zawieszony pod sufitem, usuwa odbytnicę za pomocą specjalnego noża. Takie same roboty stosowane są do odcinania przednich nóżek tuszy. Roboty KR 60 wyposażone w tasak rozcinają kości miednicy (fot. 4), zaś wyposażone w okrągły nóż otwierają brzuch i klatkę piersiową tuszy, którą przecinają dokładnie przez środek. Współpracujące z systemem wizyjnym roboty KR 125, ze specjalnym okrągłym nożem, stosowane są w operacjach cięcia półtusz. Narzędzia robotów KUKA są dezynfekowane w wodzie ogrzanej do 82 °C po każdym etapie procesu [10]. Na targach IFFA 2013 we Frankfurcie prezentowano kilka zrobotyzowanych stanowisk do zastosowań

Fot. ABB, KUKA

Fot. 4. Stanowisko firmy KUKA dla przemysłu mięsnego: rozcinanie tuszy

Fot. 3. Robot firmy ABB

w przemyśle mięsnym – w skład jednego z ciekawszych wchodził skaner laserowy 3D oraz robot do cięcia kawałków mięsa na kotlety. Ponieważ plastry mięsa z rozbioru różnią się masą i kształtem, to trudno jest wyciąć kotlety o takiej samej wadze. Oprogramowanie na podstawie dostarczonych danych oblicza grubość każdego wycinka – ze względu na różną zawartość mięsa, tłuszczu i kości wycięte plastry nie są jednak identyczne.

Podsumowanie Maszyny do automatyzacji i robotyzacji uboju świń są już dostępne i mogą zapewnić przewagę konkurencyjną, lepsze środowisko pracy, higienę i bezpieczeństwo żywności, jak również większą wydajność. Ich pomyślna implementacja wymaga starannego planowania wdrożenia oraz wprowadzenia zmian organizacyjnych i jest dużym wyzwaniem technologicznym. Zrobotyzowana technologia wymaga zmian koncepcji zarządzania, zmian w sposobie realizacji wielu zadań, a także rygorystycznej kontroli jakości. Użytkownicy systemów zrobotyzowanych w przemyśle mięsnym podkreślają, że oprócz typowych także dla innych gałęzi przemysłu korzyści, takich jak: zmniejszenie kosztów pracy, zwiększenie produkcji i poprawa jej elastyczności, poprawa bezpieczeństwa i higieny pracy, uzyskano też lepszy wygląd mięsa (dzięki optymalnemu wykończeniu powierzchni cięcia) oraz większą powtarzalność i dokładność, co niewątpliwie poprawia konkurencyjność i wzbudza zaufanie klientów.

dr inż. Jan Barczyk

Bibliografia 1. Meat New Zealand, R&D Brief No. 26, December 1998. 2. Butchery process. European Patent Application No. 3309736.3, 1993. 3. Wadie I. i in., Robots for the meat industry, “Industrial Robot”, 5/1995, 22–24. 4. Guire G. i in., Robotic cell for beef carcass primal cutting and pork ham boning in meat industry, “Industrial Robot”, 6/2010, 532–541. 5. Purnell G., Robotic automations for pork primal cutting, “Food Technology International”, University of Bristol. 6. Madsen K.B., Nielsen J.U., Automation – the meat factory of the future, Danish Meat Association, ICoMST, 2006. 7. Meat Processing System MPS www.mps-group.nl. 8. KJ Industries www.kjindustries.com. 9. FANUC www.fanucrobotics.com. 10. KUKA www.kuka-robotics.com.

REKLAMA

Fot. ABB, KUKA

PAR

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Temat numeru AUTOMATYKA W PRZEMYŚLE SPOŻYWCZYM

Więcej higieny w produkcji hamburgerów Obudowy Hygienic Design w OSI Food Solutions w Günzburgu

najnowocześniejszej na świecie linii produkcyjnej wytwarza codziennie 5,5 miliona hamburgerów, przeznaczonych przede wszystkim dla ogromnej sieci filii McDonald’s w Niemczech.

Firma OSI stale poszukuje innowacyjnych rozwiązań, aby zoptymalizować produkcję pod kątem wymagań higienicznych. Od lat standardem jest stosowanie obudów Hygienic Design (HD) firmy Rittal. Szafy kompaktowe i skrzynki zaciskowe serii HD niezawodnie zabezpieczają na całej linii produkcyjnej wrażliwą technikę sterowania przed wodą i środkami czystości, zapewniając skuteczną ochronę przed mikroorganizmami i niebezpieczną krzyżową kontaminacją. Mieszczące się w bawarskim Günzburgu zakłady mięsne, produkujące ze

świeżej wołowiny i wieprzowiny mrożone hamburgery, są częścią globalnej grupy OSI. Jej działalność zaczęła się od zaopatrzenia pierwszej restauracji McDonald’s w Chicago w połowie lat 50. Obecnie ten światowy lider przetwórstwa mięsnego zatrudnia ok. 20 tys. pracowników w ponad 50 zakładach w 18 krajach. W samej tylko Europie grupa OSI ma 10 zakładów produkcyjnych. Planowane jest otwarcie zakładu w Polsce. Od 1971 r. pierwsza niemiecka restauracja McDonald’s zaczęła otrzymywać zaopatrzenie z Günzburga. W 1978 r.

W Günzburgu codziennie produkuje się 5,5 miliona hamburgerów

wybudowano nową linię produkcyjną, która od tego czasu jest konsekwentnie utrzymywana na poziomie najnowszych osiągnięć techniki. Pod koniec 2010 r. do sieci dołączyła New Concept-Line – najnowocześniejsza na świecie linia produkcyjna hamburgerów, co znacznie przyczyniło się do zwiększenia produkcji zakładów w Günzburgu: do 250 ton dziennie. Ten imponujący wynik dziennej produkcji – w przybliżeniu 5,5 miliona hamburgerów – jest zasługą 300 pracowników, a także supernowoczesnego parku maszynowego. Produkcja odbywa się w trybie dwuzmianowym przy 10 °C we w pełni klimatyzowanych pomieszczeniach, do których można wejść tylko w odzieży ochronnej i przez śluzy higieniczne. Co noc linia jest myta i dezynfekowana. Prace są wykonywane we własnym zakresie, a nie przez firmy zewnętrzne. – Świadomie zdecydowaliśmy się na własną załogę po to, aby

Fot. Rittal

Czysta higiena – to motto firmy OSI Food Solutions Germany, która na

REKLAMA

Rozdział mocy od S do XXL. ENCLOSURES ENCLOSURES

sv_poln_420x108_2-seitig.indd 1

POWER POWER DISTRIBUTION DISTRIBUTION

CLIMATE CLIMATE CONTROL CONTROL

26.01.2012 09:17:04 sv_poln_420x1

i w tym zakresie uzyskać najlepszy wynik czyszczenia w najdrobniejszych szczegółach – mówi Thomas Schnitzler, dyrektor ds. technicznych w Günzburgu. Inną cechą szczególną jest to, że do mycia używa się gorącej wody pod wysokim ciśnieniem (70 bar) o temperaturze 55 °C. – Przy wyższych temperaturach białko przykleja się do maszyn. Dzięki wysokiemu ciśnieniu redukujemy zużycie wody, uzyskując w ten sposób lepszy bilans ekologiczny – wyjaśnia Thomas Schnitzler. Produkcja dzieli się na trzy etapy. Kilka linii mielenia w formacie XXL rozdrabnia mięso. Następnie jest ono układane i dostarczane zgodnie z wymaganiami jakościowymi OSI. Zagwarantowana jest 100-proc. identyfikowalność. Około 90 proc. przetwarzanego mięsa pochodzi z Niemiec, a pozostałe 10 proc. jest importowane z Austrii i Holandii. Automatyczne linie formujące tworzą z mielonki dokładnie uformowane i podzielone hamburgery, które następnie zostają głęboko zamrożone na dwóch wielkich liniach zamrażania. Sama tylko nowa zamrażarka spiralna, która jest częścią New Concept-Line, może „obsłużyć” 7,4 ton hamburgerów na godzinę.

Fot. Rittal

Bezpieczeństwo i higiena najwyższym priorytetem – Ten, kto chce się utrzymać w naszym biznesie, musi być na szczycie – i to pod każdym względem – podkreśla Wolfgang von Vegesack, Engineering Support Officer Europe, który w Günzburgu dba o wyposażenie techniczne i optymalizację

TROL CONTROL

01.2012 09:17:04 sv_poln_420x108_2-seitig.indd 2

wszystkich europejskich zakładów OSI. – Jakość, bezpieczeństwo produktu i procesów oraz higiena mają najwyższy priorytet. Imponująca jest lista uzyskanych przez firmę certyfikatów i dopuszczeń: od ISO 9001, poprzez QS (jakość i bezpieczeństwo), po IFS (International Food Standard) i BRC (British Retail Consortium). – Aby kompleksowo wywiązywać się z obowiązku dochowania staranności, intensywnie pracujemy nad dostosowaniem wszystkich maszyn i urządzeń naszej produkcji do wymagań higienicznych. Nasz park maszynowy musi umożliwiać skuteczne i bezresztkowe czyszczenie. Dlatego już od dawna stawiamy na nachylone i zaokrąglone powierzchnie. Takie parametry konstrukcyjne zapisaliśmy w naszych specyfikacjach i wymaganiach dla dostawców urządzeń – podkreśla Wolfgang von Vegesack. Wdrażane są wszystkie ważne i prawnie obowiązujące wymagania higieniczne, dotyczące projektowania maszyn i urządzeń do produkcji spożywczej – przede wszystkim ścisłe wytyczne European Hygienic Engineering & Design Group (EHEDG) i wymagania higieniczne nowej europejskiej Dyrektywy Maszynowej. Aby jeszcze bardziej podwyższyć standardy dotyczące zoptymalizowanej pod względem higieny konstrukcji nowych maszyn do przetwarzania mięsa, firma OSI w ostatnich latach systematycznie zlecała prowadzenie badań naukowych. Najnowszym przykładem jest praca dyplomowa, której przedmiotem było szczegółowe zbadanie, przy jakich innowacyjnych materiałach

IT INFRASTRUCTURE IT INFRASTRUCTURE

Skrzynki zaciskowe z serii HD są w wielu miejscach na linii produkcyjnej

i rozwiązaniach konstrukcyjnych jest możliwe jeszcze większe podwyższenie standardów higieny. Wyniki tego opracowania nie trafiły do szuflady, lecz są aktywnie wykorzystywane do instruktażu producentów maszyn. – Działania, w których wchodzimy w rolę wyznaczającego trendy, doskonale się sprawdziły. Wolimy uprzedzić odpowiednio wcześnie i powiedzieć otwarcie, zamiast później krytykować przy odbiorze urządzeń oraz dokonywać długich i kosztownych korekt – kontynuuje Wolfgang von Vegesack.

HD w specyfikacji wymagań Już od lat OSI w planowaniu produkcji zgodnie z wymaganiami higienicznymi stawia na obudowy ochronne serii Hygienic Design (HD), uruchomionej przez Rittal w 2007 r. Od A do Z została ona dopasowana do potrzeb branży spożywczej. Dopracowane higienicznie

SOFTWARE SOFTWARE & SERVICES & SERVICES www.rittal.pl

26.01.2012 09:17:05

Temat numeru AUTOMATYKA W PRZEMYŚLE SPOŻYWCZYM

nasze zaciekawienie i zainspirowały do testów w praktyce. Byliśmy pod wrażeniem szczelności oraz właściwości mycia obudów HD zainstalowanych na linii produkcyjnej. Zawsze, gdy planujemy nowe maszyny i urządzenia, automatycznie specyfikacja obejmuje szafy kompaktowe lub skrzynki zaciskowe z systemu Hygienic Design – mówi Thomas Schnitzler.

Praca na szerokim froncie

obudowy HD zyskują szczególnie w procesach otwartych, a więc tam, gdzie przetwarzana jest niezapakowana jeszcze żywność, np. surowe mięso, ryby lub produkty mięsne. Wyprodukowane ze stali nierdzewnej obudowy ochronne, już na pierwszy rzut oka różniące się od „normalnych“ skośnymi dachami, można myć bez pozostawiania resztek. Wyeliminowano szczeliny, zewnętrzne zawiasy lub niedostępne martwe przestrzenie, w których mogłyby się osadzać mikroorganizmy. Celem takiego projektowania jest zapobieganie krzyżowej kontaminacji. Znakiem firmowym HD jest umieszczona na zewnątrz niebieska silikonowa uszczelka. Zapewnia ona ochronę zainstalowanej wewnątrz obudowy elektroniki przed wodą i pełzającą wilgocią podczas mycia. Silikon jest odporny na większość środków czyszczących, a wykonaną z jednego kawałka uszczelkę można wymienić w mgnieniu oka. W przeciwieństwie do produktów sprzedawanych na metry zespolone uszczelki HD nie pozwalają na naciąganie sznura uszczelki przy montażu, co później powoduje powstawanie szczelin na końcach. Modułowy system HD, składający się z produkowanych seryjnie szaf kompaktowych oraz skrzynek zaciskowych Hygienic Design, dopełniają specjalne, zoptymalizowane pod względem higieny akcesoria. Obejmują one szerokie spektrum, zaczynając od systemu zamykania o zaokrąglonych powierzchniach, a kończąc na specjalnych nóżkach poziomujących i dławikach kablowych, w przypadku których wszystkie gwinty celowo przesunięto do wewnątrz. – Już pierwsze szafy kompaktowe HD, które zobaczyliśmy na targach w Hanowerze w 2007 r., wzbudziły

Promocja

Pełnogabarytowa szafa HD w produkcji seryjnej – Im więcej wariantów i rozmiarów Rittal oferuje w standardzie, tym łatwiej i lepiej my i nasi konstruktorzy możemy pracować z obudowami HD przy projektowaniu naszych maszyn. Rittal jest liderem rynku, od którego oczekuje się wyprzedzania trendów i nowych inicjatyw – kontynuuje Thomas Schnitzler. To, że Rittal wsłuchuje się w rynek, pokazała podjęta pod koniec 2012 r. decyzja o wprowadzeniu w przyszłości do asortymentu HD również obudów pełnogabarytowych. Dokładnie na przełomie roku obszernym szafom HD o szerokościach 60 cm i 80 cm nadane zostały numery katalogowe. Oferowane seryjnie szafy systemowe z możliwością szeregowania oparte zostały na wytycznych EHEDG. Mają typowe cechy designu sprawdzonego systemu Hygienic Design: od wewnętrznych zawiasów, przez niebieską uszczelkę, po nasadkę dachową o skosie 30°. Do zabudowy wnętrza można wykorzystać sprawdzone w milionach egzemplarzy wyposażenie montażowe i instalacyjne systemu TS 8, światowego bestsellera w programie Rittal. To zaleta, którą – ze względu na oszczędność czasu i ograniczenie kosztów – bardzo doceniają również konstruktorzy szaf sterowniczych. RITTAL Sp. z o.o. ul. Domaniewska 49, 02-672 Warszawa tel. 22 310 06 12, fax 22 310 06 16 www.rittal.pl

Kompaktowe szafy sterownicze i skrzynki zaciskowe znalazły zastosowanie w New Concept-Line, najnowocześniejszej na świecie linii produkcyjnej hamburgerów

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

Fot. Rittal

Kompletny układ sterowania nowej maszyny pakującej umieszczony w pełnogabarytowej szafie HD

W Günzburgu obudowy HD mają liczną reprezentację: wszędzie w produkcji są stosowane skrzynki zaciskowe i szafy kompaktowe z programu Rittal, o najróżniejszych rozmiarach i do różnych zastosowań. Obok mniejszych skrzynek zaciskowych, klasycznie wykorzystywanych do łączenia okablowania, większe egzemplarze zapewniają ochronę inteligentnym blokom magistral. Jeszcze bardziej wszechstronne jest zastosowanie szaf kompaktowych HD, które są dostępne w ośmiu różnych rozmiarach. W mniejszych szafach są zainstalowane np. układy sterowania pojedynczych silników. Dodatkowo często są one wyposażone w przyciski zatrzymania awaryjnego i różne przełączniki. Większe obudowy HD służą jako podrozdzielnie do różnych części urządzeń. Typowym wyposażeniem są w tym przypadku przetwornice, moduły zabezpieczające i różne węzły magistralowe. W niektórych obudowach HD wbudowane są wyświetlacze pomocne w razie problemów z urządzeniami i w diagnostyce błędów. W OSI znajdują zastosowanie również specjalne obudowy HD. Przykładem jest kilka egzemplarzy wyprodukowanych przez Rittal pełnogabarytowych szaf HD. Dwudrzwiowa szafa, pokazana na Anuga Foodtech 2012, ma szerokość 120 cm. Bazuje na dwóch szafach pojedynczych

połączonych ramą szeregową. Przy wysokości 180 cm i głębokości 50 cm gwarantuje wystarczającą ilość miejsca na kompletną elektronikę układów sterowania skomplikowanymi urządzeniami. Szafę tę zaprojektowano i zbudowano do automatycznej maszyny pakującej z rękawa, której cztery egzemplarze pracują w OSI od kilku miesięcy. Pracujące w pionie urządzenie w szybkim tempie pakuje zważone wcześniej na wielogłowicowych dozownikach wagowych hamburgery w niebieskie worki z rękawa, które następnie są szczelnie zgrzewane. To pracujące na bardzo małej przestrzeni urządzenie korzysta z najnowocześniejszej techniki serwomechanizmów. Cała kompleksowo zabezpieczona technika sterowania jest umieszczona w nowych, pełnogabarytowych szafach HD.

Pomiar i monitoring parametrów wpływających na jakość produktów spożywczych W przemyśle spożywczym o jakości i trwałości produktu finalnego decyduje szereg czynników występujących w trakcie całego cyklu: od jego produkcji, przetwarzania, transportu, przechowywania, aż po zakup przez konsumenta.

Podstawowym sposobem kontroli wspomnianych parametrów jest dobór właściwych narzędzi pomiarowych, które dostarczą informacji o rzeczywistych wartościach krytycznych, mających wpływ na produkt. Poniżej omówiono, w jaki sposób i jakie parametry należy kontrolować.

Fot. Rittal, Testo

Pomiar temperatury Temperatura to jeden z najważniejszych czynników decydujących o jakości i trwałości produktów spożywczych we wszystkich fazach ich wytwarzania i dystrybucji. Jej niewłaściwa wartość odpowiada za przebieg procesów powodujących psucie się produktów i pogorszenie ich jakości. Z tego względu tak istotną kwestią jest dobór właściwego przyrządu pomiarowego. Do określania temperatury wewnątrz produktów spożywczych z reguły są stosowane mierniki z sondą zanurzeniowo-penetracyjną. Firma Testo oferuje termometry zintegrowane z tego typu sondami, np. testo 106 lub mierniki z możliwością dowolnego doboru i wymieniania sond przez użytkownika, Promocja

w zależności od rodzaju pomiaru, np. testo 105, testo 926, testo 110. Do takich termometrów można podłączyć sondy zanurzeniowo-penetracyjne, sondy temperatury powietrza, a także powierzchniowe. Należy zwrócić uwagę, że w przypadku pomiaru produktów spożywczych głęboko zamrożonych najwłaściwszym wyborem jest specjalna, wzmocniona sonda o konstrukcji korkociągu. Umożliwia ona pomiar temperatury wszelkiego rodzaju mrożonek, bez konieczności wcześniejszego nawiercania w nich otworów. Wspomniane wyżej modele testo 926 i testo 110 mają również zastosowanie m.in. w dużych kuchniach przemysłowych, hotelach i restauracjach. Termometry zapamiętują wartość maksymalną i minimalną, umożliwiają też wydruk, co pozwala na prowadzenie pełnej archiwizacji przeprowadzonych pomiarów. Na uwagę zasługuje fakt, iż omawiane termometry współpracują nie tylko ze standardowymi sondami kablowymi, ale także z czujnikami radiowymi. Nowością na rynku jest termometr testo 108. Spełnia on wszystkie

wymagania dotyczące systemu HACCP i PN-EN 13485 oraz wymagania związane z zachowaniem higieny produktu, toteż może być stosowany we wszystkich aplikacjach pomiarowych w procesie produkcji i dystrybucji żywności. Urządzenie jest bardzo proste w obsłudze (zaledwie dwa przyciski), odporne na uszkodzenia mechaniczne (dodatkowe etui ochronne) i może być myte pod bieżącą wodą (stopień ochrony IP67). Duży, czytelny i podświetlany wyświetlacz LCD umożliwia odczyt wartości pomiarowych w każdych warunkach. W przypadku konieczności przeprowadzenia szybkich pomiarów – na półkach, w ladach chłodniczych lub przy kontroli jakości dostaw – można zastosować pirometry, czyli termometry bezkontaktowe (na podczerwień). Należy jednak pamiętać, że taki system pomiaru informuje wyłącznie o temperaturze na powierzchni produktu, a nie w jego wnętrzu. Firma Testo oferuje szeroką gamę tego typu urządzeń. Na szczególną uwagę zasługuje pirometr testo 831, z dwupunktowym celownikiem laserowym i zakresem pomiarowym –30…+400 °C. Opcja alarmu optycznego, a także wysokiej jakości optyka pomiarowa (30:1), czynią z niego bardzo wszechstronne urządzenie pomiarowe. Testo ma w ofercie również urządzenia dwufunkcyjne, łączące obydwa

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Temat numeru AUTOMATYKA W PRZEMYŚLE SPOŻYWCZYM

użytkownika interwałach czasowych (od 2 sekund do 24 godzin – dostępny krok pomiarowy różni się w zależności od modelu urządzenia), a pojemna pamięć wewnętrzna pozwala na długotrwałą pracę urządzeń, bez konieczności podłączania do komputera. Po zapełnieniu pamięci rejestrator podłączany jest do PC, gdzie za pomocą prostego oprogramowania dane są archiwizowane i analizowane w postaci tabel, wykresów itp. Drugim sposobem odczytu danych jest wykorzystanie karty SD i skopiowanie pamięci rejestratora na tę kartę.

opisane wyżej rozwiązania, czyli zarówno funkcję pirometru, jak i termometru inwazyjnego. Jednym z takich urządzeń jest pirometr testo 104-IR. Czujnik na podczerwień umożliwia szybki i precyzyjny pomiar temperatury powierzchni. Oznacza to, że pracownik może bardzo szybko sprawdzić, czy dostarczone właśnie produkty były przewożone we właściwej temperaturze. W kilka sekund można skontrolować kilka pojedynczych produktów lub całą paletę. Jeżeli wartości temperatury są nieprawidłowe, zintegrowana, składana sonda temperatury umożliwi pomiar wewnątrz produktu. To, co czyni z testo 104-IR tak unikalne narzędzie pomiarowe, to nie tylko fakt, że urządzenie spełnia jednocześnie dwie funkcje pomiarowe, ale również kompaktowość. Sonda pomiarowa może być złożona zaraz po zakończeniu pracy, dzięki czemu miernik można wygodnie i bezpiecznie schować do kieszeni. W razie potrzeby termometr można umyć pod bieżącą wodą, co ułatwia przestrzeganie wymagań higienicznych, tak ważnych w sektorze spożywczym. Dlatego najważniejszą funkcją testo 104-IR – oprócz inteligentnej cechy „jeden produkt – dwa zastosowania” – jest precyzja pomiaru. Dwupunktowy celownik laserowy, precyzyjnie oznaczający miejsce pomiaru, a także optyka

Kontrola temperatury sera

Promocja

10:1, gwarantują wysoką dokładność pomiaru w każdej aplikacji. Wzmocniona konstrukcja miernika, składana sonda pomiarowa oraz precyzyjne wyniki pomiarów sprawiają, że testo 104-IR to nieodzowny miernik temperatury do codziennego użytku przy kontroli jakości dostaw, w magazynach, chłodniach i kuchniach przemysłowych. Pirometr spełnia wszelkie wymagania dotyczące bezpieczeństwa w sektorze spożywczym, wg HACCP lub PN-EN 13485. W momencie rozłożenia sondy pomiarowej wyświetlacz jest aktywowany i można od razu przystąpić do pomiaru. Włączenie celownika laserowego jest równie łatwe – za pomocą jednego przycisku. Pirometr testo 104-IR jest tak prosty i intuicyjny w użytkowaniu, że nie wymaga przeszkolenia pracowników, co dodatkowo oszczędza czas i koszty. Jak już wcześniej wspomniano, nie wystarczy badanie temperatury produktu na każdym etapie jego wytwarzania. Pozostaje jeszcze monitoring transportu i przechowywania. Zgodnie z zasadami HACCP, chłodzone i głęboko mrożone produkty spożywcze muszą być utrzymywane w odpowiedniej temperaturze od produkcji po konsumpcję – to definicja tzw. łańcucha chłodniczego. W celu zachowania łańcucha chłodniczego, czyli zagwarantowania niezmienności warunków, w jakich pozostaje produkt, firma Testo oferuje szeroką gamę rejestratorów temperatury, mających zastosowanie w magazynowaniu i transporcie produktów spożywczych. Rejestratory testo 174/175/176 umożliwiają stały monitoring warunków otoczenia za pomocą wbudowanych czujników temperatury lub różnorodnych zewnętrznych czujników pomiarowych. Wszystkie rejestratory są wyposażone w zegar czasu rzeczywistego i solidną obudowę ABS, ze stopniem ochrony nawet do IP68. Rejestratory Testo mogą rejestrować temperaturę i wilgotność w ustawionych przez

Pomiar pH Istotnym elementem kompleksowej kontroli jakości żywności (np. mięsa) jest pomiar pH. Wartość tego parametru jest jednym ze wskaźników jakości surowca mięsnego. Ma ona wpływ na szereg właściwości, jak np. smak, barwa, wodochłonność, kruchość i trwałość. W związku z tym takie procesy, jak m.in. rozbiór mięsa, dojrzewanie wędlin (np. kiełbas, salami), a także kontrola przyjmowanego surowca mięsnego (np. z ubojni do zakładu mięsnego) wymagają wiarygodnego i łatwego do wykonania pomiaru pH.

Pomiar temperatury półtusz

Pehametr testo 205 został zaprojektowany specjalnie dla przemysłu spożywczego. Dzięki ergonomicznemu kształtowi i czytelnemu, podświetlanemu wyświetlaczowi, testo 205 ma zastosowanie zarówno przy produkcji i sprawdzaniu produktów wprowadzanych do magazynu, jak i przy dokonywaniu powtarzających się serii pomiarów. Unikalność rozwiązania polega na tym, że sonda pH ma zintegrowany czujnik temperatury, który automatycznie kompensuje jej wartość, wpływającą na dokładność pomiaru pH. Dzięki temu użytkownik ma gwarancję wykonania precyzyjnych, bezbłędnych pomiarów. Elektrody pH, jeżeli nie są używane, muszą być przechowywane w odpowiednich warunkach, w celu niedopuszczenia do wysuszenia powłoki membrany oraz

Fot. Testo

Pomiar temperatury i pH surowego mięsa

diafragmy, a co za tym idzie ich uszkodzenia. Zamiast stosować kłopotliwe płynne elektrolity (ryzyko rozlania, wycieku, skażenia medium pomiarowego, trudności w przechowywaniu itp.), elektrody pH Testo wyposażono w kapsuły z elektrolitem żelowym. Poza niezaprzeczalną innowacyjnością i wygodą stosowania, gwarantują one dodatkowo długotrwałą stabilność i żywotność elektrod pH. Pehametr testo 205 ma także niezwykle trwałą konstrukcję, co przy codziennej pracy jest niezwykle ważną cechą urządzeń pomiarowych. Elektrody pH wykonane są głównie z plastiku, dzięki czemu są mniej podatne na uszkodzenia mechaniczne, niż większość sond pH wykonanych całkowicie ze szkła. Zastosowanie diafragmy ze szczelinkami (a nie z porami) czyni elektrodę odporną na mikrocząsteczki „biozabrudzeń”, tak częste przy kontakcie z żywnością. Zastosowanie tego rodzaju rozwiązania pozwala użytkownikowi szybko i łatwo czyścić sondę.

Podsumowanie

Michał Brodzik TESTO Sp. z o.o.

REKLAMA

Fot. Testo

Przedsiębiorstwa związane z przemysłem spożywczym, zajmujące się przetwarzaniem, przechowywaniem, transportem i dystrybucją żywności, muszą sprostać niezwykle wysokim wymogom, jakie nałożyły na nie standardy unijne, uregulowania krajowe, a także wymagania kontrahentów i klientów. Dobrym sposobem jest wybór najwyższej jakości produktów i narzędzi pracy. Dotyczy to również stosowanych przyrządów pomiarowych. Wiarygodne i profesjonalne urządzenia pomiarowe są dostarczane wraz ze świadectwami sprawdzenia/kalibracji, z jednej strony dokumentującymi poprawność pomiaru, a z drugiej stanowiącymi dla potencjalnych kontroli dowód na spełnienie wszystkich wymagań jakościowych. Wszystkie procesy związane z produkcją i przetwarzaniem żywności są obwarowane restrykcyjnymi regulacjami prawnymi, co powoduje, że przyrządy pomiarowe stosowane w tej branży muszą spełniać najwyższe wymagania, gdyż od ich sprawności i wiarygodności pomiaru zależy jakość i bezpieczeństwo oferowanej żywności. Przy wyborze sprzętu pomiarowego należy również pamiętać, że zgodnie z Rozporządzeniem Komisji (WE) nr 37/2005 z dnia 12 stycznia 2005 r., 31 grudnia 2009 r. zakończył się okres przejściowy związany z przestrzeganiem norm PN-EN 12830, PN-EN 13485 i PN-EN 13486. Od 1 stycznia 2010 r. wszystkie przyrządy pomiarowe używane do monitorowania temperatury w środkach transportu oraz podczas magazynowania żywności głęboko mrożonej muszą spełniać wymagania wspomnianych wyżej uregulowań. Mierniki temperatury Testo przeznaczone dla przemysłu spożywczego są zgodne z powyższymi normami. Laboratoria kalibracyjne Testo mają akredytacje DaKKS (Deutscher Kalibrierdienst) i cieszą się międzynarodowym uznaniem. W Polsce firma oferuje pełny zakres usług z zakresu serwisu i kalibracji swoich urządzeń, realizowanych na miejscu, w siedzibie firmy w Warszawie lub w firmie macierzystej Testo AG w Niemczech. Dzięki temu użytkownicy przyrządów pomiarowych Testo mają gwarancję precyzyjnych i wiarygodnych pomiarów, co jest szczególnie ważne w dobie powszechnego wdrażania systemu HACCP w przedsiębiorstwach z branży spożywczej.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Temat numeru AUTOMATYKA W PRZEMYŚLE SPOŻYWCZYM

Certyfikowane produkty SCHUNK dla branży spożywczej Zobacz więcej

Pobierz bezpłatną aplikację PAR+

Automatyzacja i robotyzacja procesów wdziera się mocno również

App Store | Google Play

do branży spożywczej. Stale rosnące wymagania w zakresie szybkości, elastyczności i efektywności produkcji, przy równoczesnym spełnieniu wysokich wymogów higieny, wymuszają usprawnianie procesów produkcyjnych i manipulacyjnych z zachowaniem rygorystycznych norm dotyczących warunków środowiskowych pracy.

Chwytak specjalny do przenoszenia serów

Wychodząc naprzeciw potrzebom swoich klientów firma SCHUNK oferuje szeroki wachlarz produktów z certyfikatami potwierdzającymi możliwość zastosowania w pomieszczeniach czystych. Poza rozwiązaniami standardowymi, jak chwytaki LMG wykonane ze stali nierdzewnej w standardzie IP69K lub model SG z obudową z tworzywa

Promocja

Zastosowanie dwóch chwytaków spożywczych LMG 64 na płycie łączącej ze stali szlachetnej

Chwytak SG z palcami ze stali nierdzewnej

z certyfikatem FDA (ang. Food and Drug Administration), proponuje również rozwiązania specjalne, opracowane na indywidualne zamówienie klienta. SCHUNK może też zaoferować gotowy zespół chwytający wykonany pod konkretną aplikację. Przykładowe realizacje do zastosowań w branży spożywczej zapre-

Chwytak specjalny do przenoszenia kiełbasek

Chwytak specjalny do przenoszenia muffinek

zentowano powyżej. Po więcej szczegółów zapraszamy na naszą stronę: www.pl.schunk.com

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

Fot. Schunk

Chwytak specjalny do przenoszenia herbatników

110

Elektryczne i pneumatyczne Jednostki Pick & Place PPU

cykli na minutę

Indukcyjne

czujniki zbliżeniowe

Chwytak do małych komponentów EGP

180 %

sprzedane

500000

razy

lepszy stosunek siły do masy chwytaka

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

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

AnzSynergie_PPU-E_EGP_Sensorik_PL_0413_205x295.indd 1

06.08.13 06:35

Temat numeru AUTOMATYKA W PRZEMYŚLE SPOŻYWCZYM

Aparatura pomiarowa i rozwiązania systemowe JUMO spełniających specyficzne dla tej branży wymagania. Pod uwagę są brane parametry techniczne, dokładność pomiarowa i charakterystyki materiałowe oraz aspekty związane z pewnością zadziałania i ochroną danych.

Jumo Wtrans – bezprzewodowy system pomiaru temperatury

Firma Jumo, mająca najwyższej jakości systemy produkcyjne oraz know-how zdobyte dzięki wieloletniej obecności na rynku, dysponuje produktami dostosowanymi do wymagań poszczególnych procesów produkcyjnych.

Temperatura Temperatura jest wciąż najczęściej mierzoną wielkością w przemyśle spożywczym. Jej wartość ma wpływ na jakość produktu, toteż kontrola i regulacja temperatury są dokonywane niemal na każdym etapie produkcji. Czujniki do pomiaru temperatury w rozwiązaniach dla przemysłu spożywczego, ze względu na swą specjalną konstrukcję, stanowią wydzieloną grupę urządzeń. Od czujników wymaga się m.in. wysokiej dokładności pomiarowej (klasa A lub 1/3B), wysokiej szczelności oraz higienicznego wykonania elementu pomiarowego i przyłącza procesowego.

Promocja

Poszczególne wymagania spełniają czujniki różnych serii: • Jumo FOODtemp – czujniki kablowe, wbijane, o zaostrzonym końcu oraz z rękojeścią. Specjalnie profilowane uchwyty ułatwiają obsługę i podnoszą żywotność czujnika. • Jumo STEMtemp – czujniki kablowe w wykonaniu szczelnym i odpornym na ciśnienie pary do 5 bar, do zastosowań w sterylizatorach. • Jumo 90.2810 – czujniki głowicowe dla przemysłu spożywczego i farmaceutycznego w wykonaniu z jednym lub dwoma sensorami pomiarowymi i higienicznymi przyłączami procesowymi (certyfikacja EHEDG). • Jumo Dtrans T100 – kompaktowe czujniki z wbudowanymi przetwornikami i szczelnym złączem elektrycznym M12´1, higienicznymi przyłączami procesowymi i osłonami o małej chropowatości powierzchni.

• Jumo Wtrans – system pomiaru temperatury z bezprzewodową, radiową transmisją mierzonej wartości. Zalążkiem rozwoju systemu były konstrukcje opracowane na potrzeby przemysłu mięsnego. Czujniki wbijane w mięso zostały pozbawione przewodów na rzecz umieszczonych w rękojeści, zasilanych bateryjnie nadajników. Obecnie produkowanych jest wiele rożnych wersji tych czujników, a ich zastosowanie sięga daleko poza obszary przemysłu spożywczego. Czujniki takie umożliwiają np. pomiar temperatury w obiektach ruchomych oraz obszarach, gdzie nieekonomiczne jest stosowanie długich połączeń kablowych. Temperatura mierzonego medium ma również wpływ na dokładność pomiarową innych urządzeń, np. do pomiaru ciśnienia, pH czy konduktywności. Przetworniki pomiarowe wyposażono w algorytmy do automatycznej kompensacji jej wpływu na zmierzoną wartość.

Ciśnienie Konstrukcja przetworników ciśnienia umożliwia pomiar ciśnienia pary i cieczy w procesie produkcyjnym (np. w mleczarstwie) oraz ciśnienia cieczy używanych w procesie automatycznego mycia tych instalacji (stacje CIP/SIP), niejednokrotnie w temperaturze cieczy przekraczającej +100 °C. Dla zachowania należytej czystości w instalacjach przetworniki są produkowane z membranowymi, higienicznymi przyłączami. Najpopularniejsze przyłą-

Jumo DELOS SI – sygnalizator i przetwornik ciśnienia z kolorowym wyświetlaczem

Fot. Jumo

Automatyzacja w przemyśle spożywczym wymaga stosowania urządzeń

Jumo PEKA – system przyłączy procesowych z adapterami

cza procesowe, jak Clamp, Mleczarskie czy SMS, są zintegrowane z korpusem przetwornika. Takie rozwiązanie znacznie obniża koszty w porównaniu do konstrukcji z osobno montowanymi separatorami, minimalizuje wymiary urządzeń i podnosi wytrzymałość na drgania. W jednym zakładzie produkcyjnym, a nawet jednej linii produkcyjnej stosuje się urządzenia z różnymi przyłączami procesowymi, które przy jednakowym standardzie ich wykonania (np. Clamp)

mają różne wymiary (DN25 do DN50). Z myślą o standaryzacji wykonania oraz w celu optymalizacji kosztów magazynowania i terminów dostaw, opracowano system złączy procesowych Jumo PEKA. Do urządzeń mierzących temperaturę, ciśnienie czy konduktywność, wykonanych z przyłączem dostępne są adaptery procesowe. Po montażu adaptera uzyskiwane jest właściwe złącze procesowe, np. Clamp, Varivent, aseptyczne i inne. Do produkcji adapterów i uszczelek używa się materiałów aprobowanych przez FDA.

Rejestracja Niezależnie od tego, czy automatyzacja procesu jest prowadzona przy użyciu uniwersalnych, dedykowanych regulatorów, czy systemów sterowania, wartości najistotniejszych parametrów są przekazywane do urządzeń rejestrujących. Wiarygodność zarejestrowanych elektronicznie danych jest najważniejszym parametrem w tym aspekcie. Do takich zadań przeznaczone jest specjalne wykonanie rejestratora serii

Rejestrator Logoscreen fd

Logoscreen fd. Podobnie jak w każdym innym rejestratorze serii Logoscreen, zapis danych jest prowadzony w zaszyfrowanym formacie. Dodatkowo urządzenia tej serii spełniają wymagania określane przez FDA w zakresie bezpieczeństwa zapisu i wizualizacji danych procesowych. mgr inż. Paweł Szafranek JUMO Sp. z o.o. ul. Korfantego 28, 53-021 Wrocław tel. 71 339 87 56, www.jumo.com.pl

Fot. Jumo

REKLAMA

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Temat numeru AUTOMATYKA W PRZEMYŚLE SPOŻYWCZYM

Czujnik temperatury w procesach produkcyjnych W dziedzinie przyrządów do pomiaru temperatury firma WIKA oferuje prawie wszystko, o czym mogą marzyć producenci produktów spożywczych. Termometry można kalibrować na miejscu, ich obudowa została wykonana zgodnie z zasadami Hygienic Design, a dzięki specjalnej osłonie termometrycznej można je montować nie tworząc martwych stref.

Promocja

bez konieczności ich czyszczenia i sterylizacji. Aby zapewnić stałą precyzję pomiarów i zapobiec jej odchyłkom, przyrządy pomiarowe są poddawane regularnej kalibracji polegającej na porównaniu przyrządu pomiarowego z wzorcem kontrolnym i ocenie, czy odchyłka pomiarowa badanej próbki mieści się w granicach tolerancji. Częstotliwość kalibracji przyrządu pomiarowego zależy od tego, w jakim stopniu pomiar wpływa na jakość i bezpieczeństwo procesu produkcyjnego. Kalibrację można przeprowadzać nawet co dwa lata. W przypadku krytycznych procesów produkcyjnych należy ją jednak przeprowadzać znacznie częściej. W skrajnych sytuacjach urządzenia należy sprawdzać po każdej wyprodukowanej partii produktów.

Kalibracja na miejscu Konstrukcja wszystkich opracowanych przez firmę WIKA czujników elektrycznych umożliwia miejscową i łatwą do przeprowadzenia kalibrację, podczas której osłona termometryczna pozostaje w systemie i zapobiega jego otwarciu. Główkę przyłączeniową wyjmuje się z osłony razem z wkładem pomiarowym i kalibruje na miejscu w punkcie pomiarowym za pomocą odpowiednio dopasowanego kalibratora blokowego WIKA. Umożliwia to kalibrację termometru rezystancyjnego – czyli czujnika, przetwornika temperatury oraz przewodu pomiarowego układu sterowa-

Fot. Wika

Kompaktowy termometr rezystancyjny typu TR21-B do montażu w przewodzie rurowym metodą spawania orbitalnego

Temperatura jest najczęściej mierzonym parametrem roboczym w przemyśle spożywczym. W wielu procesach produkcyjnych parametr ten jest kluczowy i wpływa na jakość produktu końcowego. Przyrządy do pomiaru temperatury, dzięki którym można ustalić decydujące wartości pomiarowe są z tego względu najważniejszym tematem rozważań na temat jakości procesów produkcyjnych. Produktom tym stawia się trzy podstawowe wymagania: wysoka precyzja pomiaru, funkcjonalne obudowy HD oraz ekonomiczne zarządzanie jakością. Aby spełnić wszystkie te oczekiwania, firma WIKA opracowała specjalny program produktów do pomiaru temperatury w przemyśle spożywczym. W przypadku przyrządów do pomiaru temperatury wymagania dotyczące HD można spełnić dzięki osłonom termometrycznym. Osłony te uniemożliwiają kontakt czujnika z delikatnymi produktami spożywczymi. Dzięki wymiennemu wkładowi pomiarowemu przyrządy można kalibrować bez konieczności ingerowania w proces produkcyjny. To wielka zaleta, zwłaszcza w przypadku aseptycznych procesów produkcyjnych. To rozwiązanie pozwala użytkownikowi systemu w regularnych odstępach czasu przeprowadzać kalibrację urządzeń zgodnie z zasadami Systemu Analizy Zagrożeń i Krytycznych Punktów Kontroli HACCP (ang. Hazard Analysis and Critical Control Points)

nia łącznie ze złączami – wraz z całym łańcuchem pomiarowym. Odłączanie złączy elektrycznych nie jest zatem konieczne. Warunkiem opisanego rozwiązania jest odpowiednio zaprojektowany układ sterowania umożliwiający kalibrację na miejscu. Jeśli warunek ten jest spełniony, przyrządy pomiarowe można szybko i bez dużych nakładów kalibrować bezpośrednio w urządzeniu. Dzięki temu użytkownik systemu nie jest zmuszony do przeprowadzania osobnej kalibracji przewodu elektrycznego i czujnika ani do przenoszenia przyrządu pomiarowego z punktu pomiaru do laboratorium kalibracyjnego. Równocześnie zmniejsza się liczba wymienianych czujników, co zwiększa wydajność urządzenia bez angażowania w tym celu większej liczby pracowników.

Innowacyjna i opatentowana przez firmę WIKA konstrukcja elementów ingerujących w proces produkcyjny zapobiegający wytworzeniu się obszarów martwych spełnia wymagania HD. Poprzez wciśnięcie korpusu rury w celu podłączenia tulei ochronnej czujnika zapobiega się wytworzeniu martwych stref, co zdarzało się w przypadku tradycyjnego wywinięcia korpusu rury. W ten sposób zapobiega się odkładaniu resztek produkcyjnych bądź środków czyszczących i jednocześnie ułatwia opróżnianie i czyszczenie urządzenia, co znacząco wpływa na bezpieczeństwo tych procesów. W ten sposób niweluje się zagrożenie zdrowotne, którego źródłem może być czujnik temperatury. Konstrukcja osłony termometrycznej pozwala projektantowi urządzenia na zaplanowanie dowolnych pozycji montażowych. Dzięki zoptymalizowanej

Nowa osłona termometryczna (po prawej) nie tworząca martwych stref – do montażu metodą spawania orbitalnego – oraz osłona tradycyjna

Przyrząd do pomiaru temperatury w konstrukcji HD można w łatwy sposób czyścić z zewnątrz

Fot. Wika

Zwężone bez zawirowań Dzięki specjalnej osłonie termometrycznej, spełniającej wszelkie wymagania stawiane technologii sterylnych procesów przetwórczych, można zamontować czujniki temperatury bezpośrednio w przewodach rurowych. W tym celu osłona montowana jest w rurociągu metodą spawania orbitalnego, co gwarantuje, że spoina jest czysta i wykonana w sposób szybki i tani. W celu podłączenia przyrządu pomiarowego do przewodu rurowego nie trzeba już wykonywać uszczelnienia chroniącego przed stycznością z wytwarzanymi produktami spożywczymi.

konstrukcji HD opróżnianie i czyszczenie urządzenia możliwe jest w każdej pozycji montażowej. Ta zaleta zyskuje na znaczeniu w szczególności wówczas, gdy do montażu urządzenia przewidziano ograniczoną przestrzeń oraz w przypadku urządzeń kompaktowych.

Obudowy Hygienic Design Za pomocą osłony termometrycznej czujnik można umieścić albo wewnątrz rury albo w strumieniu medium. Biorąc pod uwagę przepływ medium w rurze, a tym samym również rozkład temperatury w jego strumieniu, nawet w przypadku przepływu burzliwego można stwierdzić, że temperatura w rdzeniu

jest znacznie wyższa niż przy ściance rury. W zależności od rodzaju przepływów oraz różnic temperatury między otoczeniem a medium przepływającym w rurze, należy liczyć się z odchyłkami temperatury wynoszącymi nawet ponad pięć kelwinów. Aby pomiar temperatury był precyzyjny, temperaturę należy mierzyć w rdzeniu strumienia. Dzięki dokładnemu ustaleniu danych procesowych można optymalnie wykorzystać ciepło procesowe, co równocześnie zmniejsza ilość energii potrzebnej do podgrzania produktu oraz czyszczenia urządzenia. W wielu urządzeniach produkcyjnych czyszczone są nie tylko elementy mające styczność z wytwarzanymi produktami spożywczymi, ale również komponenty, które się z nimi nie stykają. Czujniki elektryczne powinny być skonstruowane tak, aby elementy obudowy można było w łatwy sposób czyścić. Wysoki stopień ochrony IP oraz elementy wykonane w systemie Hygienic Design gwarantują proste czyszczenie i utrzymanie standardów higieny. Opracowane przez firmę WIKA nowe termometry to przyrządy pomiarowe ze stali szlachetnej, których obudowa pozwala na spływanie środków czyszczących we wszystkich możliwych pozycjach montażowych, zapobiegając zbieraniu się cieczy na jej powierzchni. Takie rozwiązanie uniemożliwia rozwój bakterii i szkodliwych mikroorganizmów w otoczeniu produkcyjnym. Jeśli przyrządy te oraz inne elementy i komponenty połączymy z funkcjonalnym systemem Hygienic Design, otrzymamy urządzenie łatwe do czyszczenia. Równocześnie zapewniona jest ochrona wytwarzanych w tych urządzeniach produktów spożywczych przed szkodliwą kontaminacją. Uwzględniając wymogi przemysłu spożywczego stawiane punktom pomiaru temperatury, odpowiedniego dostawcy czujników temperatury należy szukać już na etapie projektowania maszyny bądź urządzenia. W ten sposób można zagwarantować, że punkty pomiarowe urządzeń produkcyjnych zostały zaprojektowane zgodnie z najnowszym stanem wiedzy, optymalizując wykorzystanie techniki pomiarowej i systemu Hygienic Design przyczyniających się do realizacji ekonomicznego i bezpiecznego procesu produkcyjnego. Tomasz Adamczewski Menadżer Produktu www.wikapolska.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Temat numeru AUTOMATYKA W PRZEMYŚLE SPOŻYWCZYM

Szybkie i elastyczne Profesjonalne roboty KUKA dla przemysłu spożywczego

Kolebką robotyzacji jest branża

Depaletyzacja z robotem KUKA

automotive, jednak od wielu lat roboty KUKA z powodzeniem pracują w przemyśle spożywczym. Paletyzacja, depaletyzacja, przenoszenie zarówno małych produktów (saszetki, batoniki, czekoladki) jak i opakowań zbiorczych czy nawet całych warstw produktów to codzienność

Robot paletyzacyjny KUKA z serii KR Quantec

Największym wyzwaniem dla robotów paletyzujących niezależnie od tego, czy pracują one w przemyśle spożywczym, czy w każdym innym procesie logistycznym jest szybkość. Oczywiście nie można przy tym pomijać tak istotnej zmiennej jaką jest precyzja osiągana przy dużych zasięgach roboczych. Wspomniane aspekty nie stanowią problemu dla robotów paletyzujących KUKA z serii KR QUANTEC.

Przewaga robotów KUKA Roboty KUKA od początku były projektowane z założeniem, że będą pracowały w aplikacjach, w których najistotniejsza jest niezawodność, szybkość i dokładność, np. przy zgrzewaniu punktowym w branży samochodowej. Te właśnie cechy mają czteroosiowe roboty paletyzujące KUKA. Standaryzacja części, z których został zbudowany robot (przykładowo 15 typów robotów serii Quantec o różnych udźwigach i zasięgach jest skonstruowana na identycznej

Promocja

podstawie, kolumnie obrotowej i tylko dwóch typach wahaczy) daje gwarancję niższych cen oraz krótszych czasów postoju niż w przypadku jednostek liniowych, które w dużej części produkowane są „pod klienta”. Kolejna, niezaprzeczalna przewaga robotów to elastyczność i niezwykła łatwość zmian aplikacji. KUKA, korzystając z podzespołów najwyższej jakości, osiąga nieporównywalnie dłuższą żywotność swoich robotów niż manipulatory liniowe. Roboty KUKA gwarantują również niskie koszty utrzymania – pierwszy przegląd należy wykonać po 20 000 h pracy i trwa on zaledwie około 3 h. KUKA dba, by przestoje w zakładzie były ograniczone do minimum. Dostęp do poszczególnych części robota jest prosty i możliwy w prawie każdej pozycji postojowej. Dodatkowo, roboty (szczególnie te renomowanych producentów, do których zalicza się KUKA) nie tracą na wartości tak szybko jak jednostki liniowe.

Fot. Kuka Roboter

dla robotów KUKA.

www.zeroseven.de

Jak stworzyć wszechstronne urządzenie do paletyzacji? Poprzez inteligentną automatyzację. Uelastycznienie procesów. Optymalizację wydajności.

Roboty do paletyzacji KUKA rozpoznają i sortują w ciągu kilku sekund najróżniejsze produkty i układają w czasie jednej godziny ponad 600 jednostek z dokładnością do milimetra na zdefiniowanych miejscach. Wadliwe produkty podlegają skutecznej selekcji i – jeśli to konieczne – całe palety są ostrożnie rozładowywane w celu zmiany etykiet i ponownie perfekcyjnie załadowywane. Jakość Made in Germany: nasza pasja to ułatwianie nawet bardzo skomplikowanych zadań automatyzacji za pomocą innowacyjnych rozwiązań. Niech nasza przewaga będzie źródłem Państwa sukcesu.

Odkryjcie Państwo świat robotów KUKA w przemyśle spożywczym: www.kuka-robotics.com

KUKA Roboter CEE GmbH, Sp. z o.o. Oddział w Polsce, ul. Porcelanowa 10, 40-243 Katowice, Tel. +48 32 730 3214, biuroPL@kuka-roboter.de, www.kukarobotics.pl

Zredukowana masa własna robotów paletyzujących serii Quantec (przykładowo robot o udźwigu 240 kg waży zaledwie 1103 kg!) sprawia, że są one wyjątkowo szybkie – średnie czasy cykli ulegają znacznemu skróceniu w odniesieniu do poprzednich wersji, a także

jest kompaktowy KR 40 PA przekonujący niewielką masą własną (695 kg) sprawiającą, że jest to robot wyjątkowo szybki – możliwe jest wykonanie nawet 56 cykli na minutę, cały czas z maksymalną precyzją (powtarzalność ± 0,05mm). Jak już wspomniano, najpopularniejsze na naszym rynku wśród robotów paletyzujących KUKA są roboty KR 120 KR Quantec PA, KR 180 KR Quantec PA oraz KR 240 KR Quantec PA – o udźwigach odpowiednio 120, 180 i 240 kg. Wszystkie trzy mają zasięg do 3195 mm i powtarzalność ±0,06 mm, co w połączeniu z ich kompaktową budową (przykładowo powierzchnia podstawy tych robotów to zaledwie 830 ´ 830 mm) sprawia, iż są one niedoścignionym wzorem wśród robotów paletyzujących. Dodatkową zaletą tych robotów jest ich konstrukcja oparta na technologii wydrążonego przegubu z otworem o średnicy 60 mm – dzięki temu całe okablowanie umieszczone

Paletyzacja pieczywa z użyciem robota KUKA

w porównaniu do rozwiązań konkurencji. Niższa waga robota bezpośrednio przekłada się również na niższy pobór energii (dla robotów serii Quantec oszczędności wynoszą do 25 %) oraz na mniejsze zużycie części składowych robota, a więc na jego większą żywotność.

z większymi obciążeniami (łącznie do 700 kg) jest robot KR 700 PA. KUKA to także małe, niezwykle szybkie roboty znajdujące zastosowanie w aplikacjach takich jak przenoszenie czy pakowanie małych, lekkich produktów (batoniki, saszetki, ciasteczka). Doskonale odnajdują się tutaj małe roboty firmy KUKA z serii KR Agilus, w skład której wchodzi kilka typów robotów o zasięgach max. 700, 900 lub 1100 mm przy udźwigach 6 lub 10 kg. Co ciekawe seria ta, charakteryzująca się wysokim stopniem precyzji osiąganym przy ekstremalnie dużych szybkościach dostępna jest zarówno w wersjach 5- jaki i 6-osiowych! Na uwagę zasługuje przede wszystkim duża szybkość robotów tej serii, przykładowo – ponad 150 cykli na minutę dla robota KR Agilus 6 R900 sixx (ruchy 25/305/25 mm dla udźwigu 1 kg). Reasumując, zarówno modele nowej, efektywnej energetycznie serii KR Quantec PA dedykowane do paletyzacji, jak i rodzina małych, szybkich robotów serii KR Agilus spełniają wszystkie wymogi nowoczesnej automatyzacji: zajmują mało miejsca, zapewniają krótsze cykle, maksymalną dostępność i niskie koszty eksploatacji. Zostały zaprojektowane specjalnie do wymagających zadań, z którymi niejednokrotnie spotkać się można w branży spożywczej. Janusz Jakieła e-mail: januszjakiela@kuka-roboter.de www.kukarobotics.pl

Szeroka gama robotów Wyżej, szybciej, dalej – te hasła towarzyszyły firmie KUKA przy projektowaniu robotów paletyzujących. KUKA ma w swojej ofercie 11 modeli zaprojektowanych specjalnie do zadań paletyzacji, depaletyzacji, komisjonowania czy układania w stosy z udźwigami od 40 kg, poprzez te najbardziej popularne 120, 180 i 240 kg, aż do rekordzisty Guinnessa – robota KUKA Titan, który może się pochwalić udźwigiem 1300 kg przy zasięgu ponad 3,2 m i masie własnej wynoszącej zaledwie 4690 kg. Ta szeroka gama produktów umożliwia użycie robota precyzyjnie dostosowanego do potrzeb końcowego użytkownika. Dodatkowo istnieje możliwość zdecydowanego zwiększenia zakresu pracy robota poprzez zamocowanie go na jednostce liniowej KUKA. Najmniejszym 4-osiowym robotem KUKA przeznaczonym do paletyzacji

Robot KUKA paletyzuje kartony z sokami Robot KUKA KR Agilus

jest bezpiecznie wewnątrz przegubu i w razie potrzeby może być szybko wymienione. Ułatwia to programowanie off-line oraz przedłuża żywotność okablowania. Solidna konstrukcja w połączeniu z wydajnymi przekładniami i silnikami pozwalają na osiągnięcie maksymalnie 29,1 cykli paletyzacji na minutę w przypadku robota o udźwigu 120 kg. Pozostałe roboty do paletyzacji KUKA, np. robot do paletyzacji KR Quantec, KR 300-2 PA i KR 470-2 PA wyróżniają się dużą szybkością. Idealny do paletyzacji warstwowej, gdzie mamy do czynienia

Fot. Kuka Roboter

Temat numeru AUTOMATYKA W PRZEMYŚLE SPOŻYWCZYM

Aplikacje Przemysł spożywczy

W bezpiecznych rękach Szwedzki zakład mleczarski zautomatyzował produkcję sera (pakowanie) czterema niewielkimi robotami ABB, oszczędzając dzięki temu pieniądze oraz

W jednym z zakładów firmy Arla Foods, powtarzalna praca polegająca na pakowaniu sera do pudełek na linii 21, do pewnego momentu w pełni wykorzystywała zasoby ludzkie. Ściąganie bloku sera zafoliowanego w plastikowe opakowanie, a następnie ustawianie go w odpowiedniej pozycji w pudełku, w tempie jednego cyklu na sekundę, powodowało liczne, powtarzalne kontuzje wśród pracowników. Stanowisko zostało nawet zakwalifikowane, jako miejsce pracy o podwyższonym ryzyku dla zdrowia i bezpieczeństwa pracowników. – To jest praca o znacznej szybkości, czynności wykonywane są powtarzalne, co niejednokrotnie prowadziło do urazów, w tym również trwałych – mówi Thomas Johansson, project manager w Arla Foods. Producent był zdeterminowany, by podjąć niezbędne kroki mające na celu chronić zdrowie pracowników, więc zgłosił się do firmy Graniten w celu zautomatyzowania linii. Automatyzacja miała w tym przypadku przede wszystkim przyczynić się do zdjęcia obciążenia z pracowników.

Promocja

Zastąpienie pracowników rozwiązaniami zautomatyzowanymi nie było niestety proste w związku z ograniczeniami wynikającymi z braku dostępnego miejsca. – Potrzebowaliśmy maszyn z bardzo małą powierzchnią instalacyjną, które jednocześnie byłyby w stanie szybko i wydajnie pracować – mówi Johansson. Roboty miały pakować ser do tekturowych pudełek, a także plastikowych skrzynek zwrotnych, które mają różne wymiary i muszą być zapakowane w różny sposób. – Poszukiwane rozwiązanie miało być więc dość wyszukane – kontynuuje Johansson. Rozwiązanie miało polegać na zaprojektowaniu systemu z dwoma poziomami operacyjnymi: jeden dla kartonów papierowych i plastikowych skrzynek, a drugi dla sera. Jak to działa? Ser jest dystrybuowany równomiernie do czterech cel pakujących, każda usytuowana wokół robota ABB IRB 120. Ser może być podnoszony z trzech różnych stron, umożliwiając robotom pakowanie zróżnicowanych kształtów. Jednym z powodów, dla których firma Graniten zdecydowała się na wybór robota IRB 120 firmy ABB, najmniejszego wielozadaniowego robota przemysłowego, była jego sześcioosiowa konstrukcja. Dzięki rozmiarowi robota i jego niewielkiej wadze, można było umocować go nad linią produkcyjną, co dało efekt większej dostępności do pakowanych pudełek. Graniten współpracuje z ABB od wielu lat i jest zadowolony z rozwiązań firmy, które zawsze się sprawdzają. Przed rozpoczęciem prac wdrożeniowych stworzono symulację celi i optymalizacji położenia robotów z wykorzystaniem programu symulacyjnego ABB

Robot Studio w celu maksymalnego skrócenia czasu cyklu pracy. Wykonawca zapewnił około 50 godzin szkoleń dla pracowników Arla Foods, w którym wzięło udział około 30 osób, włączając elektryków, mechaników oraz kilku operatorów. Powierzchnia instalacyjna w przypadku czterech pracujących na stanowisku robotów wyniosła 7,5 m2. Obecnie, roboty pakują 90 dużych bloków sera w ciągu minuty – to taka sama liczba, jaką pakowało wcześniej dwóch pracowników. Roboty ABB pracują od 600 rano do północy, co daje

Fot. ABB

odciążając pracowników od ciężkiej fizycznie i powodującej kontuzje pracy.

równowartość dwóch zmian dziennie. Jedna osoba jest odpowiedzialna za monitoring pracy robotów na każdej ze zmian, czyli firma oszczędza minimum 16 roboczogodzin dziennie. Co najważniejsze, nie ma już zagrożenia zdrowia pracowników, którzy pracowali na uciążliwym stanowisku.

robotów 6-osiowych (od robotów ABB IRB 120 o udźwigu 3 kg i zasięgu 0,58 m do robotów IRB 6640 o udźwigu ponad 200 kg i zasięgu 3,2 m). Paletyzowanie – układanie zbiorczych opakowań na paletach. Aplikacje są zdecydowanie bardziej elastyczne niż tzw. sztywne paletyzatory. Elastyczność ta pozwala na zmianę schematu paletyzacji w ciągu kilku minut. W ramach tych aplikacji wykorzystuje się roboty typu IRB 660 (udźwig 250 kg), IRB 460 (udźwig 110 kg) oraz IRB 760 (udźwig 450 kg).

Efekt wdrożenia nowej linii: • 90 bloków sera zapakowanych w ciągu 1 min, • czas cyklu jednego robota wynosi 2,6 s, • dzienna oszczędność 16 roboczogodzin, • zwrot inwestycji szacowany jest na około 2 lata.

ABB Sp. z o.o. ul. Żegańska 1 04-713 Warszawa

Podstawowe zadania robotów w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i kosmetycznym: Pick&place/sortowanie – pobieranie elementu z linii produkcyjnej i wkładanie go do opakowania, przykładowo przekładanie czekoladek do bombonierek. Przy tych zadaniach najczęściej wykorzystuje się roboty FlexPicker IRB 360,

www.abb.pl/robotics

które wyposażone są w system wizyjny PickMaster. Pakowanie – wkładanie produktu opakowanego jednostkowo do zbiorczych opakowań. W tej aplikacji zazwyczaj stosowane są roboty pakujące IRB 260 oraz grupa uniwersalnych

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

Fot. ABB

REKLAMA

ABB-roboty_165-120.indd 1

8/22/13 Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

4:57:24 PM

Aplikacje przemysł spożywczy

Sterowniki Saia PCD nadzorują produkcję serów Nowe sterowniki Saia PCD oparte są na szybkich procesorach ColdFire oraz najnowszej technologii Web i IT. Jednocześnie są w pełni kompatybilne ze starszą generacją Saia PCD – istniejące aplikacje mogą być przenoszone do nowych sterowników i nadal rozwijane za pomocą pakietu Saia PG5 Controls Suite.

Kompatybilne programy użytkownika Z punktu widzenia użytkownika zmiana całej generacji hardwaru może być uciążliwa, jeśli stare i nowe systemy nie są kompatybilne i istniejące aplikacje należy napisać od nowa. Obawy te nie dotyczą sterowników Saia. Priorytetem SaiaBurgess Controls przy projektowaniu nowych urządzeń jest ich długi cykl życia, który minimalizuje nakłady pracy i koszty ponoszone przez użytkowników systemów automatyki. Wszystkie niezbędne modyfikacje do nowych platform sprzętowych zostały wykonane w systemie operacyjnym. Dzięki zastosowanej technologii interpretera interfejs dla programistów jest kompatybilny ze wszystkimi rodzinami sterowników i będzie kompatybilny z tymi, które powstaną w następnych latach. Język interpretera jest stale poszerzany o nowe funkcje, a jednocześnie istniejące funkcje wciąż są obsługiwane, tak więc aplikacje stworzone dla pierwszej generacji sterowników Saia PCD mogą być przenoszone do nowych sterowników bez dodatkowej pracy i kosztów. Pakiet narzędziowy Saia PG5 Controls Suite obsługuje wszystkie typy i generacje sterowników szwajcarskiego producenta. Starsze programy mogą być zmieniane i rozwijane przy pomocy najnowszej wersji pakietu. Aplikacje zaprojektowane dla małych sterowników, np. rodziny Saia PCD1, mogą być również używane w dużych jednostkach centralnych Saia

Promocja

PCD3. Poniższy przykład opisujący rozwiązania zastosowane we włoskiej fabryce serów dowodzi, że kompatybilność rozwiązań starszej generacji z nowymi oraz długi cykl życia produktów to nie są jedynie chwytliwe marketingowo hasła bez pokrycia.

Aplikacje w fabryce serów Bustaffa Bustaffa to słynny włoski producent serów zatrudniający ponad tysiąc pracowników. Zakład produkcyjny Bustaffa wytwarza średnio 24 000 kg serów na dobę pracując bez przestojów przez okrągły rok. W 2008 r., po powodzi spowodowanej gwałtowną burzą, część instalacji elektrycznych fabryki została doszczętnie zniszczona w wyniku zalania wodą. Efektem były błędy w systemie sterowania. Należało wymienić część urządzeń sterujących, ale bez zatrzymywania pracy zakładu, bo oznaczałoby to ogromne straty. Udało się! 14 sterowników Saia rodziny PCD6 zostało zastąpionych siedmioma sterownikami PCD3.M5540, a wymianę przeprowadzono podczas planowych, krótkich przerw konserwacyjnych. Przeniesienie aplikacji i jej uruchomienie oraz podłączenie do istniejącego systemu sterowania zostały wykonane bez zatrzymywania produkcji i dokonywania zmian w systemie SCADA. Dzięki kompatybilności pomiędzy różnymi generacjami sterowników Saia, wymiana mogła zostać przeprowadzona w czasie pracy fabryki, bez strat w produkcji i przy minimalnych kosztach inwestycyjnych.

Najnowsze sterowniki PCD w praktyce Sterowniki PCD1.M2120, najmniejsze w rodzinie Saia PCD, dzięki wbudowanym złączom USB i Ethernet, dużej pamięci Flash oraz technologii Automation Serwer oferują funkcjonalności niespotykane dotąd w tak niewielkich urządzeniach. Przykładowe zastosowania tych sterowników o kompaktowej i płaskiej konstrukcji to centrale klimatyzacyjne w niewielkich pomieszczeniach, sterowanie w trudnych warunkach środowiskowych (np. armatki śnieżne), sterowanie projektorami kinowymi, pompy ciepła, systemy automatyki na stadionach i w szpitalach, sterowanie elektrowniami słonecznymi i miejskimi sieciami ciepłowniczymi oraz jako moduły zarządzające i rejestrujące dane dotyczące poboru i zaopatrzenia w energię.

Fot. Sabur

Dzięki procesorom Coldfire nowe sterowniki mają do 50 razy większą moc obliczeniową niż poprzednia generacja Saia PCD, zbudowana na procesorach starszego typu. Wszystkie nowe jednostki już w wersji podstawowej są wyposażone w technologię Automation Server, jedno złącze USB i jedno złącze Ethernet, które może służyć jako dwuportowy switch (w PCD1.M2xxx i PCD2.M5xxx).

Nowa (u góry) i stara (na dole) szafa w fabryce serów Bustaffa

Fot. Sabur

Fragment instalacji do produkcji serów w zakładzie produkcyjnym Bustaffa

Saia PCD1.M2160 z większą ilością pamięci i monitoringiem mediów

Potężna jednostka centralna Saia PCD3.Mxx6x – PCD3.Power

PCD1.M2160 to najnowszy sterownik w rodzinie Saia PCD1.M2xxx oferujący większą ilość wbudowanej pamięci. PCD1.M2160 ma 1 MB pamięci Flash na programy użytkownika, 1 MB pamięci SRAM na bloki danych i teksty oraz 128 MB wbudowanej pamięci Flash z systemem plików. Wydajna jednostka centralna w połączeniu z dużymi zasobami pamięci i zintegrowaną technologią Automation Serwer czyni ten sterownik idealnym w zastosowaniach jako koncentrator danych. Dodatkowo w sterowniku można uruchomić dostępną bezpłatnie aplikację Saia S-Monitoring i w prosty sposób rozpocząć monitorowanie zużycia mediów w przedsiębiorstwie.

Sterowniki PCD3 Power zostały stworzone na potrzeby najbardziej wymagających instalacji i obsługi szybkozmiennych procesów. Dzięki wyposażeniu w szybsze procesory wykonują aplikacje dwa, trzy razy szybciej od dotychczasowych jednostek centralnych Saia PCD. Dodatkowo PCD3.Power zostały wyposażone w podwojone zasoby pamięci wewnętrznej. Dzięki temu użytkownik ma do dyspozycji 2 MB pamięci flash na program i 1 MB pamięci SRAM na dane. Jednostki bazowe PCD3. Power są także wyposażone w 128 MB wbudowanej pamięci flash z systemem plików. Ich zasoby systemowe wystarczają do uruchomienia aż do 13 interfejsów komunikacyjnych w jednym

Schemat nowej instalacji sterującej w zakładzie Bustaffa: 14 sterowników serii PCD6 zastąpiono 7 sterownikami PCD3.M5540 bez zatrzymywania produkcji

urządzeniu. Nawet najbardziej ambitne zadania, np. równoczesna praca w sieciach BACnet i LON-IP, są realizowane niezawodnie. PCD3 Power pozwalają też na wgrywanie programu bez zatrzymywania pracy sterownika. Najnowszy w rodzinie PCD3 Power, PCD3.M6860, jest wyposażony w podwójny port Ethernet. Dwie niezależnie konfigurowane karty Ethernet dzięki dwóm adresom IP umożliwiają odseparowanie sieci lub budowę sieci redundantnych. Takie rozwiązanie predestynuje PCD3.M6860 do pracy w najbardziej odpowiedzialnych systemach automatyki infrastrukturalnej (jak instalacje bezpieczeństwa w tunelach kolejowych i drogowych) czy automatyce budynkowej. Ponadto we wszystkich modelach rodziny PCD3 Power można uruchomić dostępną bezpłatnie aplikację Saia S-Monitoring, która służy do zarządzania zużyciem energii elektrycznej i innych mediów. PCD3 Power są w pełni kompatybilne z pozostałymi sterownikami PLC Saia PCD, kasetami rozszerzeń, modułami we/wy zdalnych i lokalnych, komunikacyjnymi, funkcyjnymi i innymi oraz akcesoriami rodziny PCD3. Istniejące programy użytkownika mogą być bezpośrednio przenoszone i z powodzeniem pracować w nowej jednostce bazowej.

www.sabur.com.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Aplikacje INSTALACJE WODNO-KANALIZACYJNE

Firma Automatyka-Pomiary-Sterowanie (APS) wykonała kontenerową stację zlewni nieczystości ciekłych wraz z placem manewrowym, infrastrukturą techniczną oraz zagospodarowaniem przestrzeni na terenie Oczyszczalni Ścieków przy ul. Produkcyjnej 102 w Białymstoku. Rys. 1. Ekran główny panelu serwisowego

Stacja zlewni APS dla Oczyszczalni Ścieków w Białymstoku Ze względu na małą przepustowość oraz wejście w życie nowych przepisów dotyczących gospodarki nieczystościami Wodociągi Białostockie postanowiły zamknąć istniejącą zlewnię nieczystości płynnych znajdującą się w pobliżu jednego z białostockich osiedli. Wykonanie nowej stacji zlewnej, spełniającej wymagania nowych przepisów na terenie oczyszczalni ścieków wraz z placem manewrowym, infrastrukturą techniczną oraz zagospodarowaniem terenu zlecono firmie APS, która przygotowała zautomatyzowaną kontenerową stację

zlewną wyposażoną w trzy niezależne ciągi, wraz z oprogramowaniem do zarządzania, obsługi i rejestracji zrzutów. Zadaniem firmy była również integracja z istniejącą infrastrukturą informatyczną oczyszczalni.

Podstawowe dane zlewni Wykonano nową stację zlewną nieczystości płynnych. W kontenerze umieszczone zostały trzy ciągi spustowe z aparaturą pomiarową oraz z odpływem wprowadzonym do istniejącej komory na terenie oczyszczalni ścieków.

Stacja zapewnia: • odbiór ścieków, • pomiar ilości dostarczanych ścieków, • pomiar podstawowych parametrów zanieczyszczeń, • rejestrację danych dotyczących dostawy, • nadzór nad dostawcami, • automatyczny pobór prób. Stacja zlewna nieczystości płynnych pozwala na identyfikowanie dostawców za pomocą przydzielonych im zbliżeniowych kart identyfikacyjnych, a system sterowania uniemożliwia zrzut przez osoby nieuprawnione.

Rys. 2. Struktura systemu sterowania i nadzoru

Promocja

W zakresie prac APS było również wykonanie prac elektrycznych i AKPiA stacji zlewnej nieczystości płynnych, umożliwiających monitoring i zdalne sterowanie zaprojektowanymi w stacji urządzeniami technologicznymi z poziomu dyspozytorni oczyszczalni ścieków, jak i wykonanie oprogramowania do zarządzania dostawcami i parametrami dostarczanych nieczystości. Prace w części elektrycznej obejmowały swym zakresem: • zasilanie stacji zlewnej nieczystości ciekłych, • wykonanie instalacji elektrycznej wewnętrznej oświetlenia ogólnego i ewakuacyjnego,

Fot. Automatyka-Pomiary-Sterowanie

Prace elektryczne i AKPiA

Rys. 3. Raport z komputera głównego technologa

• wykonanie instalacji elektrycznej zasilania gniazd wtyczkowych ogólnych i serwisowych, • wykonanie instalacji oświetlenia terenu, • zasilanie bram wjazdowych, • zasilanie urządzeń technologicznych, • wykonanie monitoringu obiektu z układem kamer dzień/noc z podglądem w dyspozytorni, • wewnętrzną komunikację bezpośrednią pomiędzy dostawcami a dyspozytornią.

System nadzoru i sterowania

Fot. Automatyka-Pomiary-Sterowanie

System nadzoru i sterowania zlewni oparty jest na sterowniku programowalnym z serii S7-300 firmy Siemens realizującym algorytmy wykonawcze procesu. Diagnostyka i serwis są dokonywane za pośrednictwem panelu

operatorskiego zainstalowanego wewnątrz kontenera. Czynności te mogą być wykonywane tylko przez personel oczyszczalni. Przykładowy ekran z panelu serwisowego jest przedstawiony na rys. 1. Każdy z trzech ciągów zlewnych jest wyposażony w monitor dotykowy, czytnik RFID i drukarkę, które są zamontowane na elewacji kontenera. Dostawca nieczystości posiadający kartę identyfikacyjną dokonuje zrzutu bez udziału dodatkowego personelu oczyszczalni. Po zakończeniu operacji zrzutu drukowane jest potwierdzenie dla dostawcy. System nadzoru i sterowania zlewni zintegrowany jest z istniejącą infrastrukturą informatyczną Oczyszczalni Ścieków Białystok. Poglądowa struktura systemu przedstawiona jest na rys. 2.

Dane o dostawcach i przywożonych przez nich ściekach rejestrowane są w centralnej bazie danych umiejscowionej na serwerze znajdującym się w biurze oczyszczalni. Do danych każdej operacji zlewu nieczystości dodatkowo jest dołączone zdjęcie pojazdu dostawcy. Zarządzanie parametrami zlewni odbywa się z komputera głównego technologa. Technolog z poziomu przeglądarki internetowej może wykonywać następujące operacje: • dodawanie, usuwanie i modyfikowanie dostawców ścieków, • dodawanie i usuwanie miejsca (adresu) pochodzenia ścieków, • ustawianie progów alarmowych parametrów dowożonych ścieków dla poszczególnych dostawców, • sporządzanie raportów ogólnych i szczegółowych ze zrzutów za określony czas, • generowanie podglądu zdjęć poszczególnych zrzutów, • wystawianie faktur odbiorcom, • wprowadzanie wyników laboratoryjnych. Przykładowa strona z komputera głównego technologa jest przedstawiona na rys. 3. Do zadań APS należało również rozbudowanie istniejącego oprogramowania wizualizacji i sterowania w Oczyszczalni Ścieków Białystok, opartego na systemie SCADA WinCC firmy Siemens. Dołączono ekran do obsługi i diagnostyki zlewni kontenerowej. Na ekranie tym widoczne są bieżące parametry danego ciągu zlewnego, jak i dane ostatniego zrzutu nieczystości (rys. 4). Firma APS po raz kolejny zaprezentowała wysoki stopień zaangażowania w realizację powierzonych zadań oraz profesjonalizm podczas ich wdrażania. Dzięki dobrej współpracy wszystkich uczestników biorących udział w modernizacji oraz sprawnej koordynacji przedsięwzięcia przez specjalistów Wodociągów Białostockich powstał zaawansowany technologicznie produkt, spełniający wysokie wymagania inwestora.

AUTOMATYKA-POMIARY-STEROWANIE SA ul. A. Mickiewicza 95F 15-257 Białystok tel. 85 74 83 400, 85 74 83 403 fax 85 74 83 419 Rys. 4. Ekran zlewni kontenerowej w SCADA WinCC

www.aps.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Aplikacje Sterowanie dmuchawami

Firma Danfoss należy do liderów branży napędowej, a nazwa VLT od lat określa przetwornice częstotliwości o najlepszych parametrach technicznych. Niniejszy artykuł, który powstał dzięki współpracy firm ASC Automatyka Systemów Chłodniczych i Kaeser Kompressoren, opisuje różne warianty wykorzystania softstartów i przetwornic częstotliwości Danfoss do zasilania i regulacji wydajności dmuchaw.

Szafa z przetwornicą częstotliwości i softstartem do 6 dmuchaw o mocy 7,5 kW

ASC Automatyka Systemów Chłodniczych z Warszawy jest Autoryzowanym Partnerem Danfoss od ponad 10 lat. ASC zapewnia kompleksową obsługę klientów – od projektu systemu po jego realizację, uruchomienie i serwis. Dmuchawy z obrotowymi tłokami (typu Roots) stosowane są tam, gdzie wymagane jest niewielkie nadciśnienie lub podciśnienie. W obu tych kategoriach zastosowano przetwornice częstotliwości Danfoss przeznaczone do aplikacji pompowania i sprężania: VLT AQUA Drive FC202, a wcześniej VLT 8000 AQUA. Przetwornice VLT AQUA Drive FC202 w trybie kontroli pracy kompresora zapewniają:

Promocja

• stały moment w całym zakresie regulacji częstotliwości, • 110-proc. przeciążalność (tzn. dopuszczają pracę ze 110 proc. nominalnego prądu wyjściowego przetwornicy przez 60 sekund). Praktyka potwierdziła poprawną pracę przetwornic z dmuchawami, bez konieczności mocowego przewymiarowania przetwornic (należy pamiętać, że podstawowym kryterium doboru przetwornicy częstotliwości do silnika dmuchawy jest prąd – nominalny prąd wyjściowy przetwornicy musi być nie mniejszy niż prąd silnika dmuchawy). Przetwornice częstotliwości zapewniają łagodny rozruch oraz płynną regulację wydajności dmuchawy. W sytuacjach,

Układ regulacji automatycznej Przetwornice częstotliwości Danfoss standardowo są wyposażone w regulator PID i wejścia analogowe. Umożliwia to – przy zastosowaniu zewnętrznego przetwornika wielkości mierzonej – skonfigurowanie układu regulacji automatycznej, utrzymującego parametry procesu na zadanym poziomie. W przypadku dmuchaw pracujących w układzie napowietrzania ścieków stabilizowana jest zawartość tlenu (sygnał z tlenomierza) lub ciśnienie (sygnał z przetwornika ciśnienia). W układach wytwarzających podciśnienie sprzężeniem zwrotnym jest sygnał

Fot. ASC Automatyka Systemów Chłodniczych

Napędy Danfoss VLT do sterowania pracą dmuchaw

gdy nie jest potrzebna regulacja wydajności, wystarczy zastosowanie softstartu. Do współpracy z dmuchawami firma ASC stosowała oferowane przez Danfoss softstarty serii MCD 202 oraz bardziej zaawansowane – serii MCD 500. Trudne warunki rozruchu dmuchaw Roots’a wymagały mocowego przewymiarowania softstartów. Było to zgodne z wynikami doboru za pomocą programu WinStart. Program ten ułatwia właściwy wybór układu łagodnego rozruchu produkcji Danfoss do konkretnej aplikacji.

Wnętrze szafy do 6 dmuchaw o mocy 22 kW

Fot. ASC Automatyka Systemów Chłodniczych

z przetwornika ciśnienia o odpowiednim zakresie. W każdej z tych aplikacji zasada działania jest ta sama: wydajność dmuchawy jest dostosowana do zapotrzebowania – tak, by zapewnić utrzymanie ciśnienia (natlenienia) na zadanym poziomie. Korzyści są podwójne – optymalizacja procesu technologicznego oraz oszczędność energii. Zabezpieczenie silnika dmuchawy powinno być realizowane m.in. przez

Szafa do 4 dmuchaw o mocy 75 kW

zabezpieczenie przed niewłaściwą kolejnością faz, zanikiem fazy, obniżeniem napięcia, przetężeniem i przeciążeniem. Zwykle obecny jest wentylator chłodzenia obudowy dmuchawy, zabezpieczenie termiczne w korpusie silnika, presostaty bezpieczeństwa. Wszystkie te elementy – wraz z przetwornicą częstotliwości lub softstartem, bezpiecznikami, wyłącznikiem głównym, zewnętrznym licznikiem czasu pracy dmuchawy, przyciskiem bezpieczeństwa i elementami sterującymi

Dmuchawy rotacyjne z obrotowymi tłokami (producent: Kaeser Kompressoren)

– są zabudowane w wentylowanej szafie sterowniczej. Wielkość szafy zależy od liczby dmuchaw, ich mocy i stopnia zaawansowania regulacji.

Różne konfiguracje szaf sterowniczych do dmuchaw Moce dmuchaw, dla których budowane były szafy sterujące (lub rozruchowe), zawierają się w przedziale od 7,5 kW do 200 kW (3 ´ 400 V). W przypadku napięcia zasilającego 3 ´ 500 V (obecnego np. w kopalniach) konieczne jest zastosowanie przemysłowej wersji przetwornic częstotliwości serii VLT AutomationDrive FC302. Najprostsze układy sterowania uwzględniają jedną dmuchawę. Częściej stosuje się dwie dmuchawy. Wówczas jedna z nich jest regulowana przez przetwornicę częstotliwości, a druga załączana/wyłączana za pośrednictwem softstartu. Sygnał start/stop do softstartu pochodzi z przekaźnika wewnętrznego przetwornicy i wystawiany jest stosownie do zapotrzebowania. Ciekawą funkcją przetwornic częstotliwości VLT AQUA Drive FC202 jest tzw. uśpienie – wyłączenie się przetwornicy i przejście w tryb czuwania – przy

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Aplikacje Sterowanie dmuchawami

Panel dotykowy ESA na elewacji szafy

długotrwałej pracy z minimalną wydajnością. Zapobiega to niepotrzebnemu zużyciu maszyny i oszczędza energię. W pewnych sytuacjach możliwe jest wykorzystanie przetwornic częstotliwości VLT AQUA Drive FC202 w obudowie IP55. Taka przetwornica może być powieszona na ścianie, a całe sterowanie i zabezpieczenia mogą być zabudowane w niedużej szafce obok. Pozwala to na oszczędność kosztów.

Szafy do trzech i więcej dmuchaw pracujących równolegle Wiele aplikacji dotyczyło układów trzech, czterech a nawet sześciu dmuchaw pracujących na wspólny kolektor. Wówczas stosowano rozwiązanie z jedną przetwornicą częstotliwości, która mogła – dzięki układom stycznikowym – zasilać dowolnie wybraną dmuchawę. Każda dmuchawa mogła być zasilana z przetwornicy albo bezpośrednio

ASC Automatyka Systemów Chłodniczych ul. Legionowa 24, 01-343 Warszawa tel./fax 22 666 21 62, -63, -64 e-mail: asc.warszawa@asc.waw.pl www.asc.waw.pl Danfoss VLT Drives Partner www. danfoss.pl/napedy

Fot. ASC Automatyka Systemów Chłodniczych

Sterownik SAIA

z sieci. Przełączenie do sieci odbywało się po rozpędzeniu przez przetwornicę częstotliwości. Stabilizacja ciśnienia (natlenienia) odbywała się przy wykorzystaniu regulatora przetwornicy. Wybór dmuchawy zasilanej z przetwornicy oraz decyzje o załączaniu i wyłączaniu kolejnych dmuchaw – realizowane są za pośrednictwem sterownika SAIA. Na elewacji szafy zamontowany był graficzny panel dotykowy ESA. Każda dmuchawa miała możliwość pracy w trybie AUTO lub RĘKA. Do ręcznego uruchomienia dmuchawy (w szczególności w przypadku awarii przetwornicy) służył softstart. Po zakończonym rozruchu softstart był bocznikowany i mógł – po odpowiedniej zwłoce czasowej – uruchomić kolejną dmuchawę. Największymi tego typu instalacjami były: • szafa do 6 dmuchaw o mocy 22 kW (3 ´ 400 V), • szafa do 4 dmuchaw o mocy 75 kW (3 ´ 400 V). Korzyści z zastosowania przetwornic częstotliwości i softstartów do zasilania dmuchaw rotacyjnych z tłokami obrotowymi: • zapewnienie łagodnych warunków rozruchu silnika dmuchawy – płynny rozruch i zatrzymanie (z programowanym czasem rozruchu i zatrzymania), • praca z optymalną wydajnością (prędkością obrotową) – dzięki skutecznej realizacji regulacji automatycznej wraz z możliwością programowania oraz wyświetlania parametrów procesu – w oparciu o wewnętrzny regulator przetwornicy, • oszczędności dzięki optymalizacji procesu technologicznego, • oszczędność energii, • pełne zabezpieczenie silnika dmuchawy. Szczegółowe informacje dotyczące przetwornic częstotliwości VLT i innych produktów oferty Danfoss Drives można znaleźć na stronach internetowych podanych poniżej.

Rozmowa PAR

Rozwój automatyzacji w przemyśle to konieczność Wywiad z Krystyną Boczkowską, prezesem zarządu firmy Robert Bosch i reprezentantką Grupy Bosch w Polsce oraz Piotrem Macerszmidtem,

Fot. ASC Automatyka Systemów Chłodniczych, Bosch

dyrektorem generalnym Bosch Rexroth.

W ubiegłym roku w struktury spółki Robert Bosch zostały włączone firmy Buderus Technika Grzewcza oraz Holger Christiansen. Na ile ta fuzja uzupełniła Państwa ofertę, a na ile rozszerzyła ją o nowe produkty lub usługi? Krystyna Boczkowska: Faktycznie, rok 2012 przebiegał pod hasłem konsolidacji biznesu Boscha w Polsce. Włączenie do struktury Robert Bosch spółek Holger

Christiansen oraz Buderus Technika Grzewcza pozwoliło nam na uzyskanie efektów synergii, a także – dzięki redukcji kosztów – na zwiększenie konkurencyjności oferty produktowej. Spółka Holger Christiansen, która została włączona do Działu Części Samochodowych, jest znaczącym graczem wśród dostawców części dla warsztatów elektromechanicznych

w Europie. Jej oferta obejmuje ponad 30 tysięcy numerów katalogowych, wśród których przeważają alternatory, rozruszniki i sprężarki klimatyzacji, a także oświetlenie, akcesoria i elementy sterowania silnikiem. Z kolei akwizycja spółki Buderus umożliwiła stworzenie bardziej atrakcyjnej i kompleksowej oferty rynkowej, przy zachowaniu dwóch odrębnych marek i kanałów dystrybucji: Buderus i Junkers. W planowanym rozwoju oferty w Polsce Bosch Termotechnika uwzględnia naturalne kierunki rozwoju widoczne od dawna w ofercie obu marek: Junkers koncentruje się na urządzeniach gazowych, Buderus natomiast oferuje urządzenia i systemy grzewcze – od tradycyjnych kotłów po produkty korzystające z odnawialnych źródeł energii – oraz rozwija

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

ofertę dedykowaną dużym inwestycjom, w których stosowane są urządzenia o większych mocach, tak zwane LSS (ang. Large Specified Systems). Zapowiadacie Państwo poszerzanie udziałów rynkowych. Których sektorów działalności w szczególności to dotyczy i w jaki sposób firma będzie starała się to osiągnąć w dobie widocznego w przemyśle spowolnienia gospodarczego? Krystyna Boczkowska: Z globalnego punktu widzenia firma Bosch widzi potencjał wzrostu przede wszystkim w obszarze technologii związanych z Internetem rzeczy i usług. Innym obiecującym dla nas obszarem jest stworzenie dostępnych cenowo produktów i usług dla rynków wschodzących. Niezwykle aktualnym tematem są zmiany demograficzne i konieczność zaspokojenia potrzeb starzejących się społeczeństw. W tym obszarze Bosch jest aktywny już od paru lat. W Polsce poszerzanie udziałów rynkowych planujemy osiągnąć poprzez lepszą penetrację rynku – szczegól-

nie sektora produkcyjnego – i poszukiwanie nowych kanałów dystrybucji. Będziemy również uzupełniać ofertę produktową o nowe usługi i wsparcie techniczne, tak aby była ona jeszcze bardziej kompleksowa. W trudnych czasach kluczowe jest także ciągłe zwiększanie efektywności działania, między innymi poprzez podnoszenie kompetencji pracowników. Ważne jest również wykorzystanie synergii między działami. To działanie, noszące nazwę cross selling, świetnie sprawdza się w sektorze budowlanym, gdzie dodatkowo oferta produktów Boscha jest uzupełniona doradztwem technicznym i projektowym. Które gałęzie przemysłu w Polsce postrzegacie Państwo jako najbardziej perspektywiczne dla firmy Bosch w najbliższych latach? Krystyna Boczkowska: Bosch jest w Polsce obecny w wielu obszarach gospodarki: w budownictwie, przemyśle motor yzacyjnym, AGD czy obszarach aplikacji przemysłowych. Dlatego wolałabym wymienić kon-

kretne obszary, w których widzimy potencjał. Należy do nich na przykład wzrost rynku części samochodowych związany ze spadkiem sprzedaży nowych samochodów i wciąż dużą liczbą importowanych samochodów używanych. W związku z tym stawiamy na poszerzenie sieci 400 autoryzowanych warsztatów samochodowych Bosch Car Service, dzięki którym będziemy w stanie dotrzeć z produktami naszego koncernu do jeszcze większej liczby użytkowników. Z kolei nasza fabryka układów hamulcowych w Mirkowie przygotowuje się do znacznego wzrostu produkcji, który nastąpi w najbliższych latach. Będzie to możliwe dzięki nowym aplikacjom dla takich producentów samochodów jak Nissan, BMW czy Renault. Z kolei w związku z osłabieniem koniunktury w budownictwie i ograniczeniem liczby dużych projektów, poszerzyliśmy ofertę o produkty do instalacji małej i średniej wielkości, na przykład w obszarach sygnalizacji pożaru, systemów alarmowych czy nagłośnienia.

Fot. Bosch

Rozmowa PAR

Bosch Rexroth jest dostawcą produktów z zakresu napędów, regulacji i sterowań. Które gałęzie przemysłu w Polsce są najważniejszymi odbiorcami Państwa rozwiązań z zakresu napędów, regulacji i sterowań? Piotr Macerszmidt: Praktycznie każdy sektor przemysłu jest odbiorcą naszych produktów. W ostatnich latach, dzięki wsparciu z budżetu Unii Europejskiej utrzymuje się w Polsce wysoki poziom inwestycji w hydrotechnice. Nasza firma jest obecna w większości takich projektów. Mimo znacznego osłabienia w bieżącym roku nadal ważna jest dla nas branża maszyn górniczych. Dobrze radzą sobie producenci środków transportu, maszyn budowlanych i firmy działające w branży automatyzacji procesów przemysłowych. Jeśli chodzi o przyszłość, potencjał widzimy w rozwoju usług serwisowych oraz oferowaniu kompleksowych rozwiązań dla przemysłu. Polski klient jest coraz bardziej wymagający i coraz częściej nie zadowala się współpracą z „dostawcą komponentów”– oczekuje oferty kompleksowego, energetycznie efektywnego i stabilnego rozwiązania obejmującego projekt, dostawę i montaż oraz realną obsługę serwisową.

i sterowania, dostosowanych do wymagań poszczególnych branż. Rezultat tej zmiany jest pozytywny zarówno w ocenie naszych klientów, jak i wymiernie – w postaci wzrostu sprzedaży. Jak oceniacie Państwo potencjał Polski w zakresie rozwoju systemów napędów, sterowań, aplikacji przemysłowych i rozwiązań automatyki przemysłowej na tle innych krajów europejskich? Piotr Macerszmidt: Rozwój automatyzacji procesów przemysłowych w Polsce jest koniecznością, jeśli chcemy utrzymać i zwiększać konkurencyjność naszej gospodarki. Oczywiście, jeśli porównujemy się z naszym zachodnim sąsiadem, Niemcami, to mamy jeszcze wiele do zrobienia w zakresie wdrażania systemów napędów i sterowań, jednak na tle pozostałych krajów Europy Środkowo-Wschodniej nie mamy powodów do kompleksów. Które gałęzie przemysłu uznajecie Państwo za najbardziej przyszłościowe w zakresie automatyzacji przemysłu? Piotr Macerszmidt: Mimo ogromnego postępu w polskim przemyśle, który dokonał się w ostatnim 10-leciu, nadal w wielu firmach mamy do czynie-

Fot. Bosch

Zaniedbanie jakości i postawienie wyłącznie na aspekt kosztowy to początek końca każdego producenta czy firmy, która oferuje rozwiązania z zakresu automatyki przemysłowej. Kilka miesięcy temu firma przeorganizowała model działania, przechodząc z orientacji produktowej, w której skupiano się na konkretnych podzespołach przeznaczonych dla określonych grup klientów, na podejście branżowe. Z czego wynikała ta zmiana i jakie są rezultaty? Piotr Macerszmidt: Zmiana orientacji produktowej na podejście branżowe była poprzedzona szerokimi badaniami potrzeb naszego klienta. W skrócie opiera się ona na tym, że nasi inżynierowie nie oferują poszczególnych produktów z poszczególnych technologii napędowych, ale rozmawiają z klientami o kompleksowych rozwiązaniach napędowych

Rozwiązania Bosch Rexroth są powszechnie stosowane w przemyśle spożywczym. W jakim kierunku będzie szła automatyzacja w tym sektorze w najbliższych latach i na ile Polska jest nowoczesnym rynkiem w tym względzie? Piotr Macerszmidt: Polska jest znaczącym producentem i eksporterem żywności. Zdobywa nowe rynki, również te, które są od nas bardzo oddalone oraz te bardzo wymagające, jeśli chodzi o jakość produktu i jego opakowanie. To wymusza stosowanie coraz nowocześniejszych technologii w zakresie pakowania żywności. Coraz częściej – powo-

nia z nadmiarem procesów wykonywanych przez pracowników ręcznie. Efektywność ekonomiczna pracy ręcznej maleje z roku na rok, wraz ze wzrostem kosztów personalnych i rozwojem dostępnych rozwiązań w zakresie automatyzacji. Odchodzenie od pracy ręcznej, które wpływa na zwiększenie wydajności i jakości produkcji, ale i powtarzalności produktu końcowego, to trend, który obserwujemy również w polskiej gospodarce. Specyfiką polskiego rynku jest to, że praca ręczna nadal jest relatywnie tania, a możliwości finansowania procesów automatyzacji w wielu polskich firmach są ograniczone w porównaniu z naszymi zachodnimi sąsiadami.

Krystyna Boczkowska od 2006 r. jest prezesem zarządu firmy Robert Bosch oraz pełni funkcję reprezentanta spółek Grupy Bosch w Polsce. Karierę zawodową rozpoczęła w 1979 r. w Zakładach Radiowych im. M. Kasprzaka na stanowisku konstruktora. W latach 1980–1990 pracowała na różnych stanowiskach, w tym na stanowisku kierownika działu importu w Centrali Handlu Zagranicznego Labimex. Następnie była kierownikiem biura w przedstawicielstwie amerykańskiej firmy Perkin Elmer. Współpracę z firmą Bosch rozpoczęła w styczniu 1992 r., jako jedna z pierwszych osób zatrudnionych przez to przedsiębiorstwo w Polsce. Początkowo była kierownikiem biura i prokurentem, a po sześciu latach objęła funkcję członka zarządu i dyrektora finansowego spółki.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Rozmowa PAR

li, ale konsekwentnie – polscy producenci żywności zamiast kupić maszynę za granicą decydują się na zamówienie jej w Polsce. Myślę, że taki trend będzie się utrzymywał i ci polscy producenci urządzeń, którzy postawili na szybkość, jakość, energooszczędność zyskają silne impulsy wzrostowe.

Fot. Bosch Rexroth

Bosch Rexroth ma silną pozycję na rynku produkcji maszyn, który zanotował w ubiegłym roku wyraźne zmniejszenie dynamiki wzrostu. Jakie najpoważniejsze wyzwania stoją współcześnie przed producentami maszyn i firmami oferującymi rozwiązania z zakresu automatyki przemysłowej? Piotr Macerszmidt: Najważniejszym wyzwaniem, które stoi przed każdym producentem maszyn jest wybór takiej strategii, która w średnio- i długookresowej perspektywie zapewni mu nie tylko przetrwanie, ale i rozwój. Właściwe rozstawienie akcentów miedzy redukcją kosztów, utrzymaniem jakości, innowacyjnością produktu oraz organizacją sprzedaży i obsługi posprzedażowej to wprawdzie nie gwarancja, ale szansa na skuteczną konkurencję na dynamicznie rozwijającym się rynku produkcji maszyn. Nam najlepiej i najefektywniej współpracuje się z producentami maszyn, którzy stawiają na wysoką jakość swojego produktu finalnego i na długotrwałą strategię rozwoju. Te firmy mają szansę na konsekwentny wzrost swoich udziałów w rynku, zarówno w Polsce, jak i za granicą. Zaniedbanie jakości i postawienie wyłącznie na aspekt kosztowy to początek końca każdego producenta czy firmy, która oferuje rozwiązania z zakresu automatyki przemysłowej. Jakie wyzwania stoją przed sektorami Mobile Applications i Industrial Applications? W jakim kierunku będzie rozwijana oferta dla tych sektorów? Piotr Macerszmidt: Wymagania Dyrektyw krajów rozwiniętych nakładają na projektantów oraz producentów maszyn duże wymagania związane z bezpieczeństwem, ergonomią ich użytkowania, ochroną środowiska naturalnego, jak również oszczędnością energetyczną. Nowe maszyny muszą być efektywne, wydajne i komfortowe, a jednocześnie muszą spełniać wszelkie wymogi norm emisji spalin i zapewniać oszczędność energii. Tylko aby spełnić wymagania normy TIER4 i do roku 2015 zredukować emisję spalin do 90 procent konieczne są: przetwarzanie spalin

i poprawienie wydajności chłodzenia, zmniejszenie rozmiarów silników diesla (ang. downsizing) czy połączenie silników diesla z systemami sterowania hydrauliki.

Piotr Macerszmidt od 1 lipca 2012 r. jest dyrektorem generalnym firmy Bosch Rexroth. Równolegle od 2010 r. pełni funkcję dyrektora zarządu regionalnego na Europę Środkową i Wschodnią z odpowiedzialnością za Bośnię i Hercegowinę, Bułgarię, Chorwację, Czarnogórę, Gruzję, Kosowo, Macedonię, Mołdawię, Rumunię, Serbię, Słowację i Słowenię. Karierę zawodową rozpoczął w niemieckiej firmie CWM-Consulting Ltd na stanowisku kierownika biura w Warszawie. Z firmą Rexroth związany od 1997 r. Pracę rozpoczął w spółce Mannesmann Rexroth na stanowisku kierownika marketingu. W 1998 r. w zarządzie regionalnym na Europę Środkową i Wschodnią tejże spółki przejął odpowiedzialność za marketing i finanse. W latach 2004–2008 pracował w rosyjskiej spółce Bosch Rexroth, gdzie zajmował stanowisko prezesa zarządu spółki. W latach 2008–2012 jako dyrektor przedstawicielstwa koncernu Bosch Rexroth AG w Rosji odpowiedzialny był za największy w historii koncernu projekt – modernizację Teatru Bolszoj w Moskwie.

Bosch to firma kładąca nacisk na wykorzystywanie odnawialnych źródeł energii, a sektor Renewable Energies rozwija się coraz szybciej. Jakie są Państwa plany dalszego rozwoju w tym zakresie? Krystyna Boczkowska: Ochrona środowiska to ważna część naszej strategii. Odnawialne źródła energii to jeden z jej elementów. W naszej ofercie mamy zarówno urządzenia solarne, jak i coraz nowocześniejsze pompy ciepła. Mimo sprzedaży części Solar Energy kontynuujemy w kooperacji z firmą BASF poszukiwania nowych, bardziej wydajnych urządzeń fotowoltaicznych. Z kolei Bosch Rexroth jest dostawcą turbin do urządzeń produkujących energię elektryczną i wykorzystujących energię wiatrową. Firma od dawna realizuje działania edukacyjne, a kilka miesięcy temu został podpisany list intencyjny dotyczący współpracy z Politechniką Wrocławską. W jakim zakresie będziecie Państwo współpracować z uczelnią? Krystyna Boczkowska: Wspieranie edukacji technicznej jest dla Boscha w Polsce priorytetowym zadaniem w obszarze społecznej odpowiedzialności. Współpracujemy z wyższymi uczelniami technicznymi, obejmujemy patronatem szkoły średnie, wspieramy i promujemy dualny system nauczania, w którym kluczową rolę odgrywają praktyki zawodowe. Prowadzimy też program edukacyjny dla szkół gimnazjalnych „Akademia Wynalazców im. Roberta Boscha”. Partnerstwo Politechniki Wrocławskiej i naszego zakładu układów hamulcowych w Mirkowie będzie dotyczyło między innymi wykorzystania laboratoriów Politechniki do szybkiego opracowywania prototypów niezbędnych do uruchamiania produkcji nowych wyrobów, co skróci czas ich przygotowania a studentom Politechniki da możliwość zaspokajania realnych potrzeb przemysłu. Będziemy też wspierać uczelnię wykładami oraz programami praktyk studenckich w naszym zakładzie. Zaoferowaliśmy także możliwość prowadzenia 10 studenckich prac magisterskich we współpracy z zespołem ekspertów Bosch.

Rozmawiała Urszula Chojnacka

ROBOTY PRZEMYSŁOWE I MANIPULATORY Robotyka

Manipulator Tripod EXPT

W połączeniu z bardzo sztywną strukturą kinematyczną piramidy i systemem sterowania ze specjalizowanym sterownikiem robotów, manipulator Tripod EXPT gwarantuje wysoką dokładność pozycjonowania dynamicznego i statycznego. Manipulator ten jest idealny dla zadań pick&place,

Fot. Bosch, Festo

sortowania i paletyzacji oraz aplikacji nakładania kleju, smaru, farby itp. Promocja

Szybki manipulator z funkcjonalnością robota do swobodnego przemieszczania w przestrzeni 3D zapewnia precyzyjne pozycjonowanie przy jednoczesnej bardzo dużej dynamice ruchu, umożliwiającej uzyskanie do 150 cykli roboczych na minutę. Manipulator Tripod EXPT jest doskonałym rozwiązaniem ze względu na niskie koszty zakupu i eksploatacji, gdyż nieznaczna wielkość przemieszczanej masy redukuje zużycie energii. Niezawodne, standardowe elementy napędowe Festo zapewniają dużą żywotność systemu oraz długie okresy pomiędzy przeglądami. Przestrzeń robocza manipulatora Tripod, czyli zbiór wszystkich punktów, do których końcówka robocza manipulatora jest w stanie dotrzeć, ma nieregularny kształt, a jej rozmiary są uzależnione od wymiarów geometrycznych manipulatora oraz zakresu ruchu osi napędowych.

Manipulator Tripod ma trzy stopnie swobody, jednakże zależności pomiędzy położeniami A1, A2 i A3 poszczególnych osi a współrzędnymi kartezjańskimi X, Y i Z członu roboczego są bardziej skomplikowane niż w przypadku manipulatora kartezjańskiego

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Fot. Festo

Robotyka ROBOTY PRZEMYSŁOWE I MANIPULATORY

Przykładowe zastosowania manipulatora Tripod w aplikacji nakładania kleju oraz operacji pakowania

Przestrzeń robocza

1 – solidna platforma montażowa 2 – s zybkie i precyzyjne serwonapędy sterowane z poziomu nadrzędnego sterownika z funkcjami robotyki 3 – konstrukcja oparta na standardowych komponentach 4 – duża sztywność konstrukcji mechanicznej 5 – minimalizacja mas będących w ruchu 6 – przegub obrotowy 7 – detekcja zerwanych prętów (obwód pneumatyczny) 8 – możliwość przyłączenia chwytaków i przyssawek

Przeguby liniowe manipulatora napędzane są za pośrednictwem serwonapędów elektrycznych. Sterowanie ruchem manipulatora Tripod wymaga zastosowania sterownika realizującego sterowanie wieloosiowe z funkcjami robotyki. Sterownik ma zaimplementowany model kinematyczny manipulatora Tripod, dzięki czemu możliwe jest łatwe programowe – z poziomu języka wysokiego poziomu – pozycjonowanie manipulatora zarówno w trybie PTP (interpolacja punktowa), jak i pozycjonowanie po określonej trajektorii: linowe LIN lub kołowe CIRC. Aby manipulator Tripod był praktycznie użyteczny, należy go wyposażyć w odpowiednie do danej aplikacji narzędzie, np. chwytak. Narzędzie może być zamocowane poprzez dodatkowe przeguby (dodatkowe stopnie swobody) umożliwiające zmianę orientacji narzędzia w przestrzeni.

Tab. 1. Parametry techniczne Maks. obciążenie

Dokładność statyczna

Dokładność dynamiczna

Maks. prędkość

Maks. dynamika

Przestrzeń robocza średnica ´ wysokość

EXPT-45

5 kg

± 0,1 mm

± 0,3 mm

7 m/s

110 m/s2

Ø 450 ´100 mm

EXPT-70

5 kg

± 0,1 mm

± 0,3 mm

7 m/s

110 m/s2

Ø 700 ´100 mm

EXPT-95

5 kg

± 0,1 mm

± 0,3 mm

7 m/s

110 m/s2

Ø 950 ´100 mm

EXPT-120

5 kg

± 0,1 mm

± 0,3 mm

7 m/s

110 m/s2

Ø 1200 ´100 mm

Wielkość

Fot. Festo

Tab. 2. Czas cyklu w funkcji obciążenia Obciążenie

Liczba cykli

Czas cyklu

O kg

150/min

400 ms

1 kg

116/min

520 ms

2 kg

96/min

630 ms

3 kg

85/min

710 ms

4 kg

78/min

770 ms

5 kg

72/min

830 ms

Czas cykli mierzony w teście 12”. Czas cyklu nie uwzględnia czasów postoju oraz czasu chwytania i odkładania

Sterownik do robotów CMXR-C2 firmy Festo

Podstawową cechą charakterystyczną manipulatorów Tripod jest ich bardzo duża dynamika (przyspieszenia ponad 100 m/s2) pozwalająca na realizację, w zależności od obciążenia, ponad 100 cykli na minutę. Zakres możliwych obciążeń roboczych manipulatorów jest ograniczony do kilku kilogramów. Przestrzeń robocza, zależnie od wymiarów geometrycznych manipulatora i zakresu ruchów napędów osiąga do ok. 1,5 m średnicy w płaszczyźnie poziomej i do ok. 400 mm w pionie. Ze względu na bardzo dużą dynamikę oraz kształt przestrzeni roboczej manipulatory Tripod są wyjątkowo predysponowane do zastosowań w dziedzinie pakowania, sortowania czy precyzyjnego nanoszenia kleju. Więcej przykładów zastosowań manipulatora Tripod znajdą Państwo na stronie: www.festo.pl.

Festo Sp. z o.o. Janki k/Warszawy ul. Mszczonowska 7, 05-090 Raszyn tel. 22 711 41 00, fax 22 711 41 02 Bardzo szybkie sortowanie nakrętek różnego rozmiaru

e-mail: festo_poland@festo.com www.festo.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Robotyka ROBOTY PRZEMYSŁOWE I MANIPULATORY

COMAU ROBOTICS – paletyzacja w pakiecie W ostatnim czasie wzrasta w Polsce zainteresowanie paletyzacją z użyciem robotów przemysłowych, czego bezpośrednim skutkiem jest wciąż rosnąca sprzedaż robotów paletyzujących.

Wielu klientów poszukując robota przemysłowego zadaje sobie pytanie, jaki robot wybrać i komu powierzyć instalację i integrację instalacji. Z kolei wielu integratorów systemów robotyki, których podstawowym biznesem jest produkcja przenośników i układów transportowych poszukuje dostawcy robotów, który zapewni kompletną dostawę nie tylko robota przemysłowego, ale również chwytaka oraz programu ruchowego robota. Comau Robotics wychodząc naprzeciw potrzebom klientów w zakresie paletyzacji przygotował specjalną ofertę pakietową złożoną z robota paletyzującego wraz z chwytakiem przeznaczonym do aplikacji i wsparciem w programowaniu robota. Analizując rynek można odnieść wrażenie, że podobna oferta jest już na rynku, co zatem sprawia, że oferta Comau jest szczególna? Ofertę Comau wyróżnia przede wszystkim indywidualne podejście do każdego projektu: • Podczas gdy konkurencyjne firmy proponują dedykowane chwytaki jako standardowe produkty, Comau stawia na indywidualne podejście do każdego projektu – chwytak do aplikacji jest każdorazowo projektowany zgodnie z potrzebami klienta. Doświadczenie Comau wskazuje, że mimo

Promocja

Korzyści dla integratora Integratorzy zainteresowani zakupem robota z chwytakiem to przede wszystkim firmy, których głównym biznesem jest projektowanie i dostawa ciągów transportowych – paletyzacja jest dodawana do aplikacji jako kolejny blok funkcjonalny. Takie firmy doceniają: • brak konieczności projektowania i wykonania chwytaka – integrator może skupić się na projekcie instalacji, linii przenośników, buforów, transportu wewnętrznego itp., • brak konieczności znajomości programowania robotów – Comau oferuje zaprogramowanie robota do wymagań integratora, łącznie z definicją sygnałów, wymianą informacji z linią, sterowaniem urządzeniami dodatkowymi itp., • brak konieczności analizy layoutu pod kątem ustawienia robota – Comau w całości projektuje ustawienie robota, ciągów zasilających stację w produkt i odbierających gotowe palety.

Fot. Comau

Robot paletyzujący Comau z chwytakiem

pewnych podobieństw każda aplikacja jest inna (np. wymaga dodatkowo pobrania palety, specjalnego układu paletyzacji, różnych gabarytów produktów z kilku linii – jeden uniwersalny chwytak nie sprawdza się). • Comau każdorazowo analizuje layout klienta, wskazując odpowiednie miejsca do zamocowania robota i optymalną wysokość poboru detali. • Firma projektuje i wykonuje podesty dla robota, w tym w wykonaniach specjalnych (stal nierdzewna, specjalna wysokość, podest montowany nad przenośnikami itp.). • Comau dobiera robota optymalnego do zastosowania spośród pełnej gamy robotów paletyzujących (o udźwigach 180 kg, 260 kg oraz 470 kg), ale także sześcioosiowych (o udźwigu do 800 kg); jeśli zajdzie taka potrzeba firma może wyposażyć robota sześcioosiowego w opcję „palletizing move” ograniczającą ruchy nadgarstka do jednej pozycji – pionowo w dół. • Comau do każdego projektu wykonuje też zaawansowaną symulację ruchów robota z analizą czasu cyklu, która umożliwia prawidłowe zaprojektowanie buforów i dobór liczby gniazd paletyzacji do wydajności linii. • Każdy robot kupiony od Comau w pakiecie z chwytakiem ma specjalną, niską stawkę za asystę techniczną i programowanie robota przez doświadczonych inżynierów Comau. Każdy z klientów – zarówno klient końcowy, jak i integrator systemów znajdzie w ofercie Comau interesujący pakiet.

Comau Robotics – pełna oferta robotów paletyzujących Comau Robotics wdrożył do sprzedaży najnowsze roboty paletyzujące na bazie wieloletnich doświadczeń w branży samochodowej, w której liczy się przede wszystkim niezawodność. Ponad 35 lat doświadczenia firmy w robotyzacji linii produkcyjnych pozwoliło zaprojektować roboty paletyzujące od nowa, przy czym szczególny nacisk położono na niezawodność okablowania, specjalną, lekką konstrukcję ramienia, niezawodność kontrolera, a także wygodę i pewność programowania. Roboty paletyzujące Comau są jednymi z najlżejszych na rynku dzięki wykorzystaniu elementów z włókien szklanych i najbardziej niezawodnymi z uwagi na brak sprężyn balansujących z jedynym na świecie bezprzewodowym panelem programowania oraz z jedynym na świecie kontrolerem opartym o najwyższej klasy moduły firmy B&R.

Korzyści dla klienta Klienci kupujący instalację od integratora mają jednego dostawcę, którym jest integrator i zyskują pewność, że część „robotowa” całej inwestycji jest

zrealizowana poprawnie przez ekspertów firmy Comau. Klienci, którzy chcą kupić tylko robota z chwytakiem i we własnym zakresie zbudować ciągi transportowe nie muszą znać się

W gamie robotów paletyzujących Comau oferowane są:

• Średniej wielkości i udźwigu robot paletyzujący PAL w dwóch wersjach PAL 180 kg o zasięgu 3,1 m oraz PAL 260 kg o zasięgu 3,1 m

• Uniwersalny sześcioosiowy robot paletyzujący NJ o udźwigu 110 kg i zasięgu 3,0 m

Bezprzewodowy panel programowania

na programowaniu robota – usługę tę wykonają inżynierowie Comau, przy okazji szkoląc klienta na zestawionej z robotem instalacji. Dodatkowo firma zaprojektuje do robota chwytak odpowiedni dla produktu (lub kilku produktów) klienta. Comau – oprócz przygotowania kompleksowych pakietów robotów paletyzujących – oferuje także bezpłatną pomoc przy doborze robota, testy oraz wypożyczenie robota integratorowi systemów dla potrzeb szkoleniowych i testowych. Szeroka oferta robotów przemysłowych Comau wraz z kompleksowym wsparciem technicznym pozwala klientom i integratorom na łatwiejsze i szybsze wdrożenie zrobotyzowanej paletyzacji. Klienci mogą także liczyć na doskonały serwis techniczny w okresie gwarancji i po jej upływie – Comau ma największą w Polsce zainstalowaną bazę robotów – ponad 1700 sztuk. Utrzymanie w ruchu tak dużej bazy robotów zobowiązuje do zachowania najwyższych standardów. Wszystkie roboty Comau oferowane są z najnowszym kontrolerem C5G udostępniającym jedyny na świecie bezprzewodowy panel programowania.

COMAU Poland Sp. z o.o.

Fot. Comau

ul. Turyńska 100, 43-100 Tychy

• Ciężki robot paletyzujący PAL 470 o udźwigu aż 470 kg i zasięgu 3,1 m

• Super ciężki czteroosiowy robot paletyzujący NX u udźwigu 800 kg

tel. 32 217 99 55, 32 217 91 30 kom. 510 994 251 e-mail: robotyka.pl@comau.com www.comau.com

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Automatyka Napędy i układy wykonawcze

Układy pick&place firmy SCHUNK najszybsze na rynku! Czas trwania cyklu – od 0,54 sekundy Precyzyjne, szybkie i niezawodne rozwiązania pick&place są obecnie pożądane bardziej niż kiedykolwiek wcześniej. Ze względu na rosnącą presję cenową i wysokie wymagania związane z dokładnością montażu i przenoszenia układy pick&place – dzięki rosnącej liczbie wariantów i miniaturyzacji – mają szerokie zastosowanie m.in. w takich dziedzinach przemysłu jak elektronika, fotowoltaika czy aplikacje optyczne.

Do bardziej wymagających aplikacji stosowane są układy wykorzystujące technologię direct drive w konfiguracji modułowej, które potrafią pracować z prędkością 85 cykli na minutę. Najszybszy układ kompaktowy PPU-E oferowany przez firmę SCHUNK, oparty na napędach , jest w stanie wygenerować 110 cykli na minutę, co oznacza 0,54 sekundy na cykl, wliczając w to czasy otwarcia i zamknięcia chwytaka!

Kompaktowy układ pneumatyczny pick&place

Pneumatyczny moduł pick&place

PPU-P 10

PPU-P 30

maksymalny udźwig

15 kg

LM/CLM

maksymalny udźwig

1 kg

3 kg

skok poziomy

0...450 mm

skok poziomy

145 mm

210 mm

skok pionowy

0...450 mm

skok pionowy

45 mm

60 mm

powtarzalność

±0,01 mm

powtarzalność

±0,01 mm

liczba cykli na minutę

Do prostych zastosowań można znaleźć w ofercie firmy ekonomiczne rozwiązania wykorzystujące napędy pneumatyczne w konfiguracji modułowej, które potrafią wygenerować 45 cykli na minutę lub kompaktowe układy pneumatyczne PPU-P z liczbą 95 cykli na minutę.

Promocja

SCHUNK oferuje pneumatyczne i elektryczne układy pick &place w konfiguracji kompaktowej i modułowej. Budowa modułowa umożliwia dodatkowe konfiguracje tych układów z różnymi modelami chwytaków, bez konieczności dorabiania interfejsów pośrednich.Po więcej szczegółów zapraszamy na naszą stronę www.pl.schunk.com

Fot. Schunk

Rozwiązania firmy SCHUNK – zarówno pneumatyczne, jak i elektryczne, modułowe bądź kompaktowe – stanowią idealne połączenie najważniejszych parametrów, charakteryzujących jednostki tego typu: skoku, przenoszonej masy, a przede wszystkim czasu cyklu. SCHUNK, jako lider w dziedzinie komponentów automatyki i techniki mocowań, ma w swoim portfolio najszybsze z dostępnych na rynku układy typu pick&place.

Kompaktowy układ elektryczny pick&place

Elektryczny moduł pick&place

ELM/ELM

LDN/LDK

PPU-E 30

PPU-E 50

maksymalny udźwig

5 kg

6 kg

maksymalny udźwig

3 kg

5 kg

skok poziomy

0...260 mm

0...500 mm

skok poziomy

0...270 mm

0...280 mm

skok pionowy

0...260 mm

0...400 mm

skok pionowy

0...100 mm

0...150 mm

powtarzalność

±0,05 mm

±0,01 mm

powtarzalność

±0,01 mm

liczba cykli na minutę

110

ul. Puławska 40A, 05-500 Piaseczno

Zobacz więcej

tel. 22 726 25 05

Pobierz bezpłatną aplikację PAR+

Fot. Schunk

SCHUNK Intec Sp. z o.o.

www.schunk.com

App Store | Google Play

www.pl.schunk.com

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Automatyka ZASILANIE

Technologia Power over Ethernet Przyjęcie technologii Power over Ethernet (PoE) było do tej pory ograniczone ze względu na przepustowość przełączników sieciowych zarówno w zakresie zasilania sieci, jak i przesyłania danych. Obecnie dzięki urządzeniom typu midspan możliwe jest zwiększenie przepustowości PoE bez konieczności wymiany przełączników.

Zalety PoE jest atrakcyjną alternatywą dla sieci elektrycznej, dzięki której

Promocja

możliwe jest dostarczanie mocy rzędu kilkudziesięciu watów na odległość do 100 metrów (i więcej) poprzez okablowanie strukturalne. Dzięki rozwojowi metody plug &play możliwe jest przesyłanie zasilania i danych między przełącznikiem i zasilanym urządzeniem (PD) za pomocą pojedynczego przewodu, bez konieczności instalacji oddzielnych gniazd sieciowych. Rozwiązanie to pozwala na szybką instalację, większą elastyczność i obniżenie kosztów. Eliminuje również konieczność stosowania mało estetycznych, względnie niewydajnych oraz kosztownych zasilaczy dla każdego elementu sieci. Użytkownicy mogą dzięki temu umieszczać urządzenia tam, gdzie są one potrzebne, a nie tylko w pobliżu gniazda sieciowego.

Kolejną zaletą jest możliwość wprowadzania PoE bez obaw o różne standardy zasilania AC, gniazda, wtyki czy ich funkcjonalność. Ponadto wydajność konserwacyjna wzbogacona jest o możliwość zdalnego wyłączania lub resetu PD, a kluczowe sieci, dzięki zasilaniu bezpośrednio ze standardowych zestawów baterii zapasowych 48 V, mogą kontynuować pracę w razie awarii zasilania.

Historia PoE początkowo była metodą stosowaną do zasilania telefonów VoIP (ang. Voice over Internet Protocol) za pomocą zasilacza o napięciu 48 V podłączonego do wolnych par w ruterze. Użytkownicy szybko dostrzegli potencjał technologii i rozpoczęto prace nad międzynarodowym standardem. Miało

Fot. RS Components

Według ustaleń Venture Development Corporation, firmy zajmującej się badaniami rynku, panuje ogólna niechęć do inwestowania w nowe infrastruktury oraz we wdrażanie PoE, co z kolei hamuje rozwój technologii PoE. Nawet jeśli istniejące przełączniki Ethernet spełniają wymogi odnośnie danych IP, to konieczne jest zwiększenie przepustowości PoE. Kupno nowego przełącznika to nie tylko wydatek rzędu kilku tysięcy złotych, ale również duży nakład czasu związany z konfiguracją sprzętu. W takiej sytuacji midspan okazuje się tańszym rozwiązaniem w zakresie zwiększenia przepustowości i szansą na rozwój.

to zapobiec potencjalnym ograniczeniom sprzętowym i zredukować problemy z interoperacyjnością. IEEE 802.3af, obecny standard Power-over-Ethernet, który został oficjalnie zatwierdzony w 2003 r., jest przeznaczony do zastosowań wymagających mocy maksymalnie 12,95 W. Standard ten określa zakres środków bezpieczeństwa i ochrony przed błędami w instalacji, co gwarantuje bezpieczne i niezawodne zasilanie (15,4 W, wejście 48 V) przez istniejący przewód Cat5/Cat5e. Zasilanie jest dostarczane na żądanie przez „odpytywanie” sprzętu użytkownika na każdym porcie LAN w celu ustalenia mocy niezbędnego zasilania. Ograniczenie prądowe chroni sprzęt zasilający przed przeciążeniem i krótkimi spięciami. Standardy PoE umożliwiają również ochronę biegunowości z funkcją automatycznego rozłączania, jeśli zapotrzebowanie na zasilanie spadnie poniżej poziomu minimalnego, gdy urządzenie jest wyłączone lub odłączone od sieci. Zasilanie PoE odbywa się przy napięciu do 57 V. Jest to wystarczająco wysokie napięcie, aby zapewnić wydajność, a jednocześnie wystarczająco niskie, aby uznać je za bezpieczne. Metoda zasilania Phantom zapewnia skuteczną izolację na obu końcach przewodu sieciowego.

Fot. RS Components

Obecne ograniczenia przełączników Dziś większość przełączników ma dostęp do PoE z możliwością zarządzania mocą w celu współdzielenia zasilania na portach przełącznika. Zasilanie w nich jest względnie małe i jest dostarczane do samego przełącznika, a jego wartość wynosi 15,4 W dla ograniczonej liczby portów. Projektanci przełącznika uznali, że użytkownikom nie jest potrzebne pełne zasilanie 15,4 W dla każdego portu. Choć takie zasilanie wystarczało dla kilku punktów końcowych o niskiej mocy, takich jak telefony VoIP, punkty dostępu bezprzewodowego i proste kamery przemysłowe IP, to jednak obsługa większej liczby urządzeń wymagających PoE, włączanych przez użytkowników do sieci, nie była możliwa. Wymogi te skutkowały wprowadzeniem nowego standardu: IEEE 802.3at (PoE Plus), który został przyjęty przez wielu producentów

jeszcze przed formalnym zatwierdzeniem. IEEE 802.3at zezwala na obciążenie 30 W/port i ma zastosowanie np. w punktach dostępu bezprzewodowego multi-radio, kamerach przemysłowych pan-tilt-zoom i telefonach IP z transmisją video. Do tej pory jedynym sposobem na spełnienie wymogów dotyczących większej mocy było kupno nowych przełączników z PoE Plus, co wiązało się z wysokimi kosztami. Ostatnio pojawiło się wydajniejsze i tańsze rozwiązanie. Metoda midspan PoE pozwala użytkownikom na zachowanie istniejącego przełącznika do obsługi IP, dostarczając do urządzeń dodatkową moc bez obaw degradacji danych, utraty integralności lub problemów z siecią. Polega ona na doprowadzaniu mocy pomiędzy przełącznikiem (segmentem końcowym) a urządzeniem końcowym, zamiast w ramach przełącznika. Użytkownicy mogą osiągnąć pełen poziom mocy na każdym porcie i uzyskać wsparcie zarówno dla dotychczasowego PoE, jak i standardów większej mocy IEEE 802.3at, co pozwala na większą elastyczność za zaledwie jedną czwartą kosztu wymiany przełącznika. Urządzenia midspan umożliwiają lepsze zarządzanie mocą niż tradycyjne przełączniki, a zasilanie dostarczane jest do każdego portu bez przerwy. Urządzenie midspan może dostarczać 30 W, 60 W lub nawet 95 W dla każdego portu, czyli o wiele więcej niż większość przełączników PoE. Dzięki szerokiej gamie rozwiązań midspan użytkownicy mają możliwość wyboru urządzeń, które całkowicie spełniają ich wymogi. Najlepsze urządzenia na rynku są dostarczane przez zaufanych producentów specjalizujących się w dostawie mocy, a nie tylko w infrastrukturze sieciowej. Jedna z takich firm, Phihong oferuje m.in. 1-portowe moduły zasilające, dostarczające od 15,4 W do 80 W – od małoformatowych urządzeń midspan, włącznie z 8-portowymi urządzeniami PoE Plus, 4-portowych urządzeń o mocy 60 W dla każdego portu i 16/24-portowych modeli IEEE802.3af, aż po 8-portowe urządzenia midspan mega-PoE o mocy 95 W dla portu – idealne dla stacji roboczych, paneli LCD, punktów dostępu bezprzewodowego (WAP), oświetlenia awaryjnego, zewnętrznych kamer przemysłowych, zamków magnetycznych, a nawet monitoringu medycznego.

PoE wykracza poza centrum danych Dzięki przepustowości urządzeń zasilających o dużej mocy PoE wykracza poza kluczowe zastosowania w centrum danych. Urządzenia midspan firmy Phihong są stosowane np. w wojskowych budynkach mobilnych, umożliwiając szybką instalację w terenie, w dowolnym miejscu na świecie, bez konieczności instalacji sieci elektrycznej. Inną możliwością zastosowania jest kontrola dostępu na statkach wycieczkowych, gdzie automatyczne zamki w drzwiach mogą być bez problemu zasilane przez sieć. Także ekrany wideo w salach operacyjnych, szerokoformatowe wyświetlacze w szkołach i na uniwersytetach korzystają z elastyczności zasilania przez sieć. Wraz z rozwojem technologii rodzą się nowe wyzwania. Ze względu na to, że niewiele urządzeń ma dostęp do PoE, liczba dostarczanych portów PoE znacznie przekracza liczbę dostarczanych PD (źródło: Venture Development Corporation). Aby pokonać tę przeszkodę, producenci tacy jak Phihong oferują portfolio splitterów, a właściwie przetwornic DC-DC, które mają zewnętrzny dostęp do PoE dla urządzeń bez tego dostępu. Znaczny problem sprawiają aplikacje w budynkach szkolnych i zakładach przemysłowych – często bardzo rozproszonych, gdzie odległości między poszczególnymi obiektami przekraczają 100 metrów, zdefiniowaną w standardach PoE. Problem ten można rozwiązać przez zwiększanie dostępności urządzeń przedłużających: 1- i 4-portowych extenderów Phihong, które umożliwiają wydłużenie odległości o dodatkowe 100 m dla IEEE 802.3af PoE zasilanego przez PoE Plus, PoE Ultra lub prąd stały. Producenci urządzeń midspan PoE wychodzą naprzeciw oczekiwaniom i potrzebom użytkowników, a ich produkty zaprojektowane są tylko w jednym celu – zasilania. Dzięki temu technologia ta rozwija się szybko, a producenci wciąż pracują nad kolejnymi innowacyjnymi rozwiązaniami, co bez wątpienia wpłynie na jej funkcjonalność i popularność.

Tim Peberdy Product Manager RS Components

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Automatyka zasilanie

W laboratorium o powierzchni 1750 m2 produkty Chainflex są wystawiane na próby w najcięższych warunkach i w 700 testach rocznie przechodzą ponad 2 mld cykli testowych

Milion pomiarów elektrycznych rocznie W laboratorium testowym Chainflex firmy igus w Kolonii jest obecnie równolegle prowadzonych ponad 700 testów. Wykonuje się przy tym ponad dwa miliardy cykli testowych rocznie. Obecnie klienci mają po raz pierwszy możliwość obejrzenia testów „na żywo“: dzięki kamerom internetowym można je śledzić w czasie rzeczywistym we wszystkich biurach igus na całym świecie.

Dla wielu konstruktorów maszyn i urządzeń słowo „chainflex“ jest synonimem niemal niezniszczalnych przewodów, które zostały od podstaw zaprojektowane do użytku w elementach maszyn

Promocja

oraz w automatyce w ruchu ciągłym. Program produktów, który ruszył w 1989 r. z niewielką liczbą wariantów, rozrósł się obecnie do ponad 1030 różnych typów i wymiarów przewodów.

Do sukcesu przewodów chainflex przyczyniają się w dużym stopniu systematycznie prowadzone serie testów, które firma igus wykonuje w swoim laboratorium badawczym już od około 20 lat. – Prace prowadzone w laboratorium chainflex mają różne, ale jednocześnie bardzo jasno określone cele. Z jednej strony prowadzimy nieustanne badania nad nowymi metodami produkcji, które pomogą zoptymalizować jej koszty. Z drugiej strony ciągle pracujemy nad udoskonalaniem materiału, żeby zagwarantować jeszcze lepszą współpracę prowadnika z przewodami. Dodatkowo przeprowadzane są liczne testy w odniesieniu do konkretnych zastosowań – mówi Rainer Rössel, kierownik Działu Chainflex firmy igus.

Fot. igus

On-line i w czasie rzeczywistym

W laboratorium testowym o powierzchni 1750 m² prowadzonych jest teraz równolegle ponad 700 testów. Systemy pomiarowe laboratorium generują około miliona danych z pomiarów elektrycznych rocznie. Oprócz licznych „standardowych testów” z różnymi drogami przesuwu i przyspieszeniami, laboratorium firmy igus realizuje specjalne i unikalne badania, np. badania w komorze klimatyzacyjnej w kontenerze o długości 12 metrów, w którym prowadzone są testy przewodów z przesuwem na dystans do ośmiu metrów w temperaturze od –40 °C do +60 °C. Nowością jest możliwość śledzenia postępu testu przez Internet oraz wglądu na bieżąco w uzyskiwane wyniki. Jednocześnie dane pomiarowe są stale monitorowane w sposób w pełni zautomatyzowany za pomocą opracowanego przez firmę igus systemu AutΩMeS. Do najnowszych produktów firmy, które zostały objęte szerokim zakresem badań, należą trzy różne pod względem mechanicznym, ale jednakowe pod względem elektrycznym przewody CAT6A przeznaczone do aplikacji pozostających w ciągłym ruchu. Rodzina przewodów BUS-owych CFBUS.xxx.050 CAT6A składa się ze zoptymalizowanych skrętek ekranowanych parami. Specjalny pełny ekran Chainflex gwarantuje niezawodne działanie ochronne nawet po milionach cykli gięcia. Materiały, z których wykonano płaszcze, zostały zoptymalizowane i przetestowane pod kątem właściwej pracy w prowadniku kablowym. Korzyść dla klienta jest oczywista: w przypadku produktu firmy igus mamy do czynienia nie z jednym przewodem, który pod względem mechanicznym realizuje wszystkie potrzeby klienta, lecz z trzema różnymi – również ekonomicznie – możliwościami wyboru między

PL-869-iglidur REKLAMA

Fot. 1

Dane pomiarowe są monitorowane przy pomocy systemu AutΩMeS opracowanego przez firmę igus; istnieje możliwość śledzenia postępu testów przez Internet oraz wglądu w wyniki

materiałami płaszcza zewnętrznego PVC, PUR oraz TPE. Klient może wybrać takie rozwiązanie, które spełni jego wymagania w zakresie żywotności, odporności na media i temperatury.

Fot. kacji

igus Sp. z o.o. tel. 22 863 57 70, fax 22 863 61 69 e-mail: info@igus.pl, www.igus.pl

Serdecznie zapraszamy do odwiedzenia naszego stoiska na targach Energetab w Bielsku-Białej w dniach od 17 do 19 września 2013 r. pawilon J, stoisko 22

W labora przechod

Vielfalt 175x125M_PL-869-iglidur Vielfalt 175x125M 01.05.13 00:40 Seite 1

Więcej łożysk prosto z magazynu Redukcja kosztów i udoskonalenie technologii dzięki 35 bezsmarownym materiałom iglidur®. Łatwe wyszukiwanie i obliczanie właściwości odpowiedniego materiału online. Lekkie, trwałe i dostarczane od 24h. Prosimy nas odwiedzić: EMO Pawilon 25 Stoisko B14

.pl/bezsmarowne

Fot. igus

Fot.

Tel. 22 863 57 70 Faks 22 863 61 69 info@igus.pl Pon.-Piątek 8.00-20.00, Sob. do 12.00 plastics for longer life® Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Pomiary CZUJNIKI I SYSTEMY POMIAROWE

.steute – czujniki zbiegania taśmy przenośników Firma .steute jest dobrze znana na rynku jako dostawca szerokiej gamy wyłączników linkowych zatrzymania awaryjnego, stosowanych głównie przy taśmociągach. W ofercie są także czujniki zbiegania taśmy przenośników, odgrywające bardzo ważną rolę w zapobieganiu awariom i przestojom systemów transportu bliskiego.

Fot. 1. ES 61 SR – podstawowy model czujnika zbiegania w ofercie

Firma .steute ma w ofercie trzy podstawowe typoszeregi czujników zbiegania taśmy: od najlżejszego ES 61 SR do najtrwalszego ZS 91 SR („heavy duty”), wprowadzonego niedawno do oferty.

ES 61 SR – podstawowy model do mniej wymagających zastosowań Czujnik typu ES 61 SR 1S/1Ö UE (fot. 1) jest przeznaczony do lżejszych aplikacji. To najtańsze rozwiązanie tego typu w ofercie. Ma względnie niewielkie gabaryty, a obudowa, odlewana całkowicie ze stopu aluminium, jest odporna na udary mechaniczne. Czujnik ma też wysoki stopień ochrony: IP65. Dźwignia ma możliwość regulacji długości w szerokim zakresie, a rolka w formie walca jest wykonana z bardzo twardego nylonu. Urządzenie ma dwa zestyki: zwierny zamyka się po przechyleniu dźwigni o 20°, natomiast rozwierny (bezpieczeństwa) otwiera się po przechyleniu dźwigni o 45°. Po ustaniu nacisku na dźwignię powraca ona samoczynnie do pozycji spoczynkowej – zestyki nie wymagają resetowania. Ten typoszereg nie jest dostępny w wersji przeciwwybuchowej.

Fot. 2. ZS 73 SR – uniwersalne czujniki zbiegania taśmy

Czujniki zbiegania taśmy są montowane przy krawędzi taśmociągów, a ich zadaniem jest sygnalizacja krzywobieżności taśmy przenośnika. W przypadku, gdy taśma zaczyna schodzić z prawidłowego toru (co może być np. wynikiem nierównomiernego zasypywania transportowanego surowca), jej krawędź napotyka na dźwignię czujnika, mającą formę łożyskowanego walca. Ponieważ czujnik ma działanie dwustopniowe, lekkie wychylenie taśmy może jedynie wywoływać alarm lub uruchamiać automatyczny system korekcji jej biegu. Jeśli natomiast taśma nadal zjeżdża na bok, przenośnik jest niezwłocznie zatrzymywany. Można sobie łatwo wyobrazić następstwa uszkodzenia długiego taśmociągu zapełnionego, przykładowo, setkami ton kruszywa – jego rozładowanie i naprawa wymagałyby ogromnych nakładów czasu i środków.

Promocja

Czujnik serii ZS 73 SR jest dobrze znany na polskim rynku. Urządzenie to wykonane jest ze stopu aluminium, jedynie pokrywa zamykająca jest zrobiona z odpornego na uszkodzenia tworzywa termoplastycznego. Zmodyfikowana w ostatnim czasie rolka dźwigni (w kształcie walca), osadzona na szczelnych łożyskach maszynowych, jest wykonana ze stali nierdzewnej. Najnowszy wariant wyłącznika, o oznaczeniu ZS 73 SR 1S/1Ö UE (VD) (fot. 2), ma działanie dwustopniowe (pochylenie dźwigni o 10° – zamknięcie zestyku zwiernego, pochylenie dźwigni o 20° – otwarcie zestyku rozwiernego). Ponadto, w przypadku tej wersji urządzenia, dźwignia wraca samoczynnie do pozycji spoczynkowej po ustaniu nacisku taśmy przenośnika na dźwignię. Czujnik dostępny jest z przyciskiem reset lub bez niego. W przypadku wersji z przyciskiem po awaryjnym zatrzymaniu przenośnika konieczne jest zresetowanie zestyków przez obsługę techniczną obiektu.

Fot. .steute

ZS 73 SR – uniwersalny jak nigdy dotąd

steute Wireless BEZPRZEWODOWA APARATURA ŁĄCZENIOWA //

W ofercie firmy .steute jest też dostępna wersja przeciwwybuchowa tego czujnika, o identycznej funkcjonalności, oznaczona Ex ZS 73 SR 1S/1Ö UE (VD).

ZS 91 SR – do pracy w najtrudniejszych warunkach

Sterowanie bezprzewodowe bez ograniczeń

Czujnik zbiegania taśmy ZS 91 SR (fot. 3) został opracowany z myślą o zastosowaniu w bardzo trudnych warunkach środowiskowych, takich jak niskie lub wysokie temperatury (od –40 °C do +85 °C), obecność substancji agresywnych, duża wilgotność lub zapylenie czy wysokie ryzyko uszkodzeń mechanicznych. Obudowa ma stopień ochrony IP66 lub IP67. Jest wykonana z tworzywa termoplastycznego, a wszystkie elementy metalowe są zrobione ze stali nierdzewnej, łącznie z rolką osadzoną na szczelnych łożyskach maszynowych. Urządzenie może być wyposażone w dźwigienkę reset, służącą do odblokowania głównej dźwigni wyłącznika po jego zadziałaniu. Także i w tym przypadku czujnik ma działanie dwustopniowe – jeden zestyk zwierny i jeden rozwierny przełączają się po przechyleniu dźwigni o 15°, a druga para zestyków jest przełączana po osiągnięciu przez dźwignię pochy-

Fot. 3. Czujnik ZS 91 SR i wyłącznik linkowy ZS 91 S – do pracy w najtrudniejszych warunkach

lenia 25°. Dostępne są też wersje o różnych kombinacjach zestyków. Wkrótce oferta zostanie rozszerzona o kolejną wersję tego czujnika, przeznaczoną do pracy w strefach zagrożonych wybuchem pyłów i/lub gazów (1 i 21 oraz 2 i 22). Jest ona oznaczona Ex ZS 91 SR. Urządzenie jest standardowo wyposażone w przewody przyłączeniowe o długości określonej przez odbiorcę.

Samowystarczalne wyłączniki bezprzewodowe komunikujące się dwukierunkowo - brak baterii eliminuje konieczność konserwacji i ładowania - niezawodna komunikacja radiowa o dużym zasięgu - brak kosztów bieżących dzięki wykorzystaniu bezpłatnego pasma ISM - do 450 m zasięgu w terenie otwartym lub 700 m dla wersji ‘ultra long range’ - do 60 m zasięgu w środowisku przemysłowym

.steute Polska al. Wilanowska 321, 02-665 Warszawa tel. 22 843 08 20, fax 22 843 30 52 e-mail: info@steute.pl

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

Serdecznie zapraszamy do odwiedzenia naszego stoiska na targach ENERGETAB 2013 – hala N, stoisko 21.

REKLAMA

Fot. .steute

www.steute.pl, www.wylaczniki-linkowe.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Pomiary MONITOROWANIE

Oprogramowanie zarządzające testem firmy Orion Test Systems and Automation Rynek rozwiązań testowych jest wyjątkowo zróżnicowany, a dynamiczny rozwój produkcji coraz bardziej złożonych komponentów wymusza równie szybki postęp w dziedzinie ich testowania. W odpowiedzi na potrzeby rynku firma Orion Test Systems and Automation oferuje oprogramowanie Orion Test Suite Executive oraz specjalistyczne testery DV, PV i EOL.

Ciągłe doskonalenie produktu prowadzi do zaostrzania norm jakościowych i wymaga od producentów stosowania coraz bardziej zaawansowanych technik walidacji. Dotyczy to zarówno etapu projektowania prototypu, testów zmęczeniowych pierwszych próbek gotowego rozwiązania, jak i jednostkowej weryfikacji na etapie produkcji. Aby lepiej zrozumieć charakterystykę wyzwań, jakie stoją przed integratorem systemów testowych, a w szczególności przed zespołem programistów, warto przyjrzeć się różnicom, jakie dzielą poszczególne grupy maszyn testowych.

Przykładowy tester EOL

Promocja

Design Validation to grupa testerów stosowana w najwcześniejszej fazie wprowadzania produktu na rynek. Testery DV mają zastosowanie przede wszystkim w laboratoriach działu R&D. Przy walidacji projektu największy nacisk kładzie się na dokładność i wiarygodność pomiaru, a także na możliwość pełnej i wielopłaszczyznowej konfiguracji. Działy R&D wielokrotnie wymagają od integratorów systemów testowych zapewnienia możliwości uzupełniania w przyszłości maszyny testowej o dodatkowe moduły sprzętowe, czujniki pomiarowe czy elementy wykonawcze. Kod aplikacji dla testera DV musi pozostać częściowo otwarty, ponieważ wiele algorytmów testowych tworzonych jest już po pierwszych testach prototypu. Kolejna grupa testerów, Product Validation, służy do testowania gotowego produktu. Testy takie obejmują zarówno badanie zgodności wyko-

Fot. Orion

Testery DV, PV i EOL

Fot. Orion

nywanych przez urządzenie funkcji z założoną specyfikacją, jak i badanie wytrzymałości produktu na przeciążenia oraz skrajne warunki klimatyczne. Z uwagi na liczbę kroków w sekwencji testowej testy funkcjonalne wymagają odpowiedniej szybkości oraz paralelizacji zadań. Liczba testowanych próbek jest znacznie większa niż w przypadku walidacji prototypu, dlatego też optymalizacja czasu testu jest istotniejsza niż możliwość pełnej rekonfiguracji. Natomiast w przypadku testerów wytrzymałościowych najistotniejsza staje się integralność danych pomiarowych. Bardzo często testy wytrzymałościowe wymagają kilkudziesięciu a nawet kilkuset godzin pracy maszyny dla uzyskania wstępnego zmęczenia badanej próbki. Z reguły po etapie przygotowania próbki następuje bardzo szybka, najczęściej nieodwracalna zmiana parametów badanego produktu i właśnie dynamika tych zmian jest tym, co interesuje producenta. Z jednej strony akwizycja i gromadzenie danych są rozciągnięte w czasie, więc i częstotliwość próbkowania musi zostać ograniczona, jednak z drugiej strony ostatnie sekundy testu muszą być rejestrowane z pełną dostępną szybkością, aby dostarczyć możliwie dużo informacji. Zrozumiałe jest zatem, iż kluczową rolę odgrywają tu wszelkiego rodzaju metody oraz algorytmy wyzwalania i kontroli akwizycji.

Przykładowa struktura testera EOL

Ostatnią grupę stanowią testery End Of Line. Maszyny testowe tego typu służą do kontroli każdego produktu opuszczającego linię produkcyjną, a tym samym wymagają niezawodności. Każda godzina zatrzymania linii produkcyjnej skutkuje ogromnymi kosztami, dlatego aplikacje EOL muszą zapewniać najwyższy stopień niezawodności i szybkości.

Orion Test Executive Suite Firma Orion Test Systems and Automation jest globalnym dostawcą dedykowanych maszyn testowych.

Oferta firmy obejmuje testery wszystkich wymienionych wyżej typów. Największym odbiorcą produkowanych w Orion Test Systems rozwiązań jest branża automotive. Testy produktów tej gałęzi przemysłu obejmują szerokie spektrum pomiarów parametrów elektrycznych (napięcie, prąd, rezystancja), cyfrowej komunikacji (CAN, LIN, K-LINE), parametrów mechanicznych (testy wibracyjne, termiczne), hydraulicznych (testy szczelności), jak i inspekcji wizyjnej (wymiary geometryczne, pozycjonowanie). Pozostali odbiorcy maszyn testowych to branża lotnicza i przemysł medyczny. Znaczna większość produktów oferowanych przez Orion Test Systems and Automation to rozwiązania dedykowane, opracowywane razem z klientem i tworzone niemal od podstaw, tak aby sprostać wszelkim aspektom wymogów sekwencji testowej. Rozwiązania dedykowane cieszą się dużą popularnością wszędzie tam, gdzie z uwagi na zaostrzone parametry metrologiczne i funkcjonalne niemożliwe jest stosowanie gotowych produktów dostępnych na rynku. Wiąże się to jednak ze znacznym wzrostem kosztów. Dotyczy to zarówno kosztów samej inwestycji, jak i czasu koniecznego do jej wdrożenia. Rozwiązania dedykowane, tworzone niejako od podstaw, często posiadają bardzo zróżnicowane interfejsy, co pociąga za sobą konieczność prowadzenia dodatkowych szkoleń operatorów, a to z kolei ponownie podnosi koszt i wydłuża czas wdrożenia.

Orion Test Executive przykładowy panel operatora

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Pomiary MONITOROWANIE

Test Script Editor – edycja sekwencji testowej

Wychodząc naprzeciw oczekiwaniom rynku i bazując na wieloletnim doświadczeniu w dziedzinie kompleksowych rozwiązań testowych firma Orion Test Systems and Automation opracowała autorskie oprogramowanie zarządzające maszynami testowymi. Myślą przewodnią przy projektowaniu Orion Test Executive Suite było stworzenie szablonu aplikacji, który pozwoli na znaczną redukcję czasu implementacji przy jednoczesnym zachowaniu wszystkich wyżej wymienionych cech aplikacji dedykowanej. Oprogramowanie Orion Test Executive Suite obejmuje zestaw modułów, narzędzi i bibliotek pozwalających na wyjątkowo szybkie budowanie złożonych aplikacji testowych, bez względu na rodzaj badanego produktu czy typ testu. Poniżej wymieniono najistotniejsze cechy Orion Test Executive Suite: • Modułowość – każdy z modułów cechuje wysoki poziom enkapsulacji funkcji oraz wyraźne wydzielenie warstwy sprzętowej. Umożliwia to łatwą wymianę stosowanych podzespołów bez konieczności ingerencji w kod wyższych warstw aplikacji. Baza modułów Orion Test Executive obejmuje prawie sto urządzeń pomiarowych i wykonawczych, a każdy z modułów wspiera od kilku do kilkunastu modeli produktów czołowych producentów. Standaryzacja struktury sterowników i modułów znacznie przyspiesza proces ich tworzenia w przypadku, gdy specyfikacja klienta wymaga stosowania nietypowych urządzeń. • Skalowalność – dla każdej z aplikacji testowych dobierany jest odpo-

•

wiedni zestaw modułów i bibiliotek, dzięki czemu zapewniona jest pełna funkcjonalność dużych projektów przy jednoczesnej redukcji kodu projektów o nieco mniejszych wymaganiach. Pozwala to znacznie ograniczyć zużycie zasobów komputera. Konfigurowalność – każda aplikacja Orion Test Executive współpracuje z zewnętrznym edytorem sekwencji testowej. Orion Test Script Editor zapewnia pełną kontrolę hardwaru, tworzenie zagnieżdżonych pętli, wyzwalania warunkowego czy ustalania limitów dla każdego z mierzonych parametrów. Intuicyjny i łatwy w obsłudze interfejs nie wymaga specjalistycznej wiedzy programistycznej. Test Script Editor może być instalowany na dowolnym komputerze, dzięki czemu każda sekwencja testowa może być tworzona i edytowana zdalnie bez konieczności zatrzymywania maszyny testowej. Pełna kontrola – każda funkcja oraz każdy krok sekwencji testowej można odtworzyć w trybie diagnostycznym. Tryb ten umożliwia ręczne zadawanie wartości urządzeniom wykonawczym oraz ręczne wyzwalanie i konfigurowanie akwizycji. Jednolity, intuicyjny interfejs operatora – stosowanie ujednoliconego interfejsu zapewnia szybkie szkolenie operatora na maszynie. Wielostopniowa kontrola dostępu – chroniony hasłem dostęp do poszczególnych warstw kontroli maszyny testowej. Od podstawowej funkcjonalności (wyzwalanie sekwencji testowej – operator), przez możliwość kontroli wybranych funk-

cji (kontrola stanu wejść/wyjść – kierownik zmiany), po pełną kontrolę każdego parametru (inżynier utrzymania ruchu). • Wielowątkowość i możliwość prowadzenia równoległych testów na więcej niż jednym DUT – Orion Test Executive z uwagi na modułową strukturę i pełną obsługę wielowątkowości zapewnia możliwość jednoczesnego prowadzenia testu nawet na kilkunastu produktach jednocześnie. Zaawansowane techniki programistyczne zapewniają odpowiednią optymalizację dostępu do zasobów i modułów sprzętowych. W zależności od preferencji klienta Orion Test Executive Suite jest dostępny w środowisku LabVIEW lub VB.NET. Każda maszyna testowa produkowana w Orion Test Systems and Automation i sterowana przez komputer klasy PC jest standardowo wyposażona w oprogramowanie tworzone w oparciu o Orion Test Executive Suite i Test Script Editor.

Podsumowanie Współczesne możliwości sprzętowe i programowe dają możliwość tworzenia bardzo złożonych i zaawansowanych rozwiązań testowych, które zapewniają odpowiednią jakość produkcji. Zgodnie z prawem kumulowania się błędów prawdopodobieństo usterki rośnie proporcjonalnie do kwadratu liczby zastosowanych komponentów. Warto zatem przeznaczyć część budżetu na odpowiednie systemy testowe, by móc w przyszłości ograniczyć lub niemal całkowicie wyeliminować koszty zwrotów i napraw pogwaranycjnych. Narzędzia takie jak Orion Test Executive Suite znacznie redukują koszty inwestycyjne i sprawiają, że automatyka testów wkracza do wielu gałęzi przemysłu, które do tej pory nie korzystały z tego typu rozwiązań.

Piotr Szewczyk ORION Test Systems and Automation Polska Sp. z o. o. ul. Kamiennogórska 22, 60-179 Poznań www.oriontest.com

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

czujniki i systemy pomiarowe Pomiary

Moduły pomiarowe DATA TRANSLATION Firma Data Translation ma w ofercie szeroki wybór modułów pomiarowych z interfejsem USB. Oprócz tradycyjnych modułów do pomiaru sygnału napięciowego dostępne są moduły wyposażone w kondycjonery umożliwiające bezpośrednie

Fot. Orion

podłączenie czujników pomiarowych.

Cechą modułów z wbudowanymi kondycjonerami jest niezwykła wygoda użytkowania. Moduły podłączane są do komputera przez interfejs USB, są też zasilane bezpośrednio z USB – sprawdzą się w laboratorium i w zastosowaniach mobilnych. Kompaktowe obudowy umożliwiające bezpośrednie podłączenie czujników eliminują konieczność stosowania zewnętrznych układów kondycjonujących. Do wyboru są urządzenia realizujące bezpośredni pomiar temperatury, drgań i dźwięku oraz wielkości mierzonych w układzie ćwierć-, pół- oraz pełnego mostka (np. czujniki tensometryczne). Model DT9828 wyposażono w osiem analogowych wejść różnicowych umożliwiających pomiar napięcia (±156 mV) lub temperatury (termopary typu B, E, J, K, N, R, S i T). Zastosowano w nim 24-bitowy przetwornik A/C zapewniając bardzo dużą dokładność pomiaru. Dodatkowo moduł ma cztery izolowane wejścia cyfrowe oraz cztery izolowane wyjścia cyfrowe. Kolejnym modułem jest DT9838 współpracujący z czujnikami tensometrycznymi w układzie ćwierć-, pół- lub pełnego mostka. Każdy z czterech kanałów pomiarowych ma osobny, 24-bitowy przetwornik A/C pracujący z częstotliwością 52,7 kHz. Producent przewidział możliwość synchronizacji nawet czterech modułów DT 9838, co umożliwia obsługę do 16 kanałów. Moduły serii DT9837 są przeznaczone do pomiarów drgań czujnikami IEPE. Moduły wyposażono w cztery kanały, każdy z nich ma osobny, 24-bitowy przetwornik A/C typu Delta-Sigma, zapewniający bardzo dużą dokładność pomiaru. Moduły dostarczane są w kompaktowej, metalowej obudowie lub w wersji OEM – do zabudowy we własnym systemie. W zależności od wersji, dostępne są moduły, które dodatkowo mają wyjście analogowe lub wejście tachometryczne. Urządzenia z serii DT9837 (wersja A, B i C) mają możliwość zsynchronizowania do czterech modułów. W ten sposób można uzyskać system pomiarowy umożliwiający synchroniczny pomiar drgań z 16 akcelerometrów. Cechą wyróżniającą moduły DT9847 są szybkie, 24-bitowe przetworniki, które pozwalają na akwizycję danych z częstotliwością do 216 kHz/kanał. Do wejść analogowych można podłączyć mikrofony do pomiarów akustycznych lub czujniki IEPE. Moduły charakteryzują się bardzo niskim współczynnikiem zawartości harmonicznych THD (102 dB) oraz szerokim zakresem dynamiki (do 223 dB). Dodatkowo każdy moduł został wyposażony w wyjście analogowe z 32-bitowym przetwornikiem C/A. Promocja

W zależności od modelu urządzenie ma od jednego do trzech wejść analogowych oraz jedno lub dwa wyjścia analogowe. W razie potrzeby pomiaru większej liczby kanałów można zsynchronizować maksymalnie cztery moduły serii DT9847. Opisane moduły pomiarowe obsługiwane są przez bezpłatne oprogramowanie QuickDaq 2013, które umożliwia akwizycję, wyświetlanie, analizę oraz zapisywanie na dysku sygnałów analogowych. Możliwy jest również eksport danych do innych aplikacji pomiarowych, takich jak Measure Foundry, MS Excel i MATLAB w celu dalszej, zaawansowanej analizy wyników pomiaru. Producent oferuje oprogramowanie VIBpoint Framework (obsługuje wszystkie wymienione moduły oprócz DT9828) do zaawansowanej analizy danych, m.in. jednokanałową i dwukanałową transformatę FFT, wyświetlanie danych w funkcji częstotliwości (amplituda, faza) lub wykresu Nyquista. Możliwa jest zsynchronizowana obsługa kilku modułów. Moduły pomiarowe z wbudowanymi kondycjonerami łączą wygodę użytkowania z bardzo dużą dokładnością pomiaru. Jest to świetne rozwiązanie zarówno dla aplikacji mobilnych, jak i w laboratorium. Cezary Ziółkowski ELMARK Automatyka Sp. z o.o. REKLAMA

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

rynek i technologie PRZENOŚNE URZĄDZENIA I SYSTEMY POMIAROWE

Czym mierzyć parametry warunków środowiskowych? Przegląd rynku mobilnych urządzeń pomiarowych Wraz z rozwojem techniki, a szczególnie elektroniki, rośnie zapotrzebowanie na coraz bardziej precyzyjne urządzenia pomiarowe. Jednocześnie następuje dynamiczny rozwój zarówno metod pomiarowych, jak i procesów wytwarzania wysokiej jakości

Pomimo widocznej stabilizacji rynku urządzeń pomiarowych, sektor mierników wielkości nieelektrycznych charakteryzuje się wyjątkowo dużym potencjałem wzrostu. Zmiany obowiązujących norm i coraz bardziej restrykcyjne systemy zarządzania jakością wymuszają na przemyśle wprowadzanie nowych metod kontroli. Niemal każda osoba związana z zagadnieniami technicznymi styka się na co dzień z różnorodnymi wielkościami fizycznymi określającymi warunki pracy, wśród których istotne miejsce zajmują parametry warunków środowiskowych. Zaliczamy do nich m.in. temperaturę, wilgotność, ciśnienie, prędkość przepływu powietrza, natężenie dźwięku i oświetlenia oraz obecność i stężenie gazów. Na podstawie pomiarów tych wartości wyznaczane są ważne dla spełnienia norm bezpieczeństwa i zapewnienia komfortu pracy wielkości określające mikroklimat w pomieszczeniach, jakość powietrza i optymalne warunki przebiegu procesów produkcyjnych. Mając na uwadze zapotrzebowanie na urządzenia uniwersalne i przenośne do szybkich i wiarygodnych pomiarów, nie tylko w przemyśle czy laboratorium, ale również podczas pracy w terenie oraz realizacji zleceń bezpośrednio u klienta, producenci sprzętu pomiarowego wyszli naprzeciw oczekiwaniom klientów i proponują obecnie szeroki zakres wyspecjalizowanych mierników, czy raczej „kombajnów pomiarowych” integrujących wiele zróżnicowanych metod pomiaru, a przy okazji zapewniających wygodę użytkowania i mobilność.

Metody pomiaru Podstawowe, a jednocześnie odgrywające największą rolę i obecne absolutnie wszędzie są pomiary temperatury,

ciśnienia oraz wilgotności. W przenośnych urządzeniach pomiary temperatury są realizowane głównie z wykorzystaniem różnego typu termopar (np. K, J), jednak spotyka się również sondy z czujnikami termistorowymi, a nawet półprzewodnikowymi. Często producenci oferują dedykowane rozwiązania, takie jak sondy zanurzeniowe, punktowe czy też stykowe. Jeśli chodzi o ciśnienie, niektóre mierniki umożliwiają zarówno pomiar ciśnienia bezwzględnego, jak i różnicowego, w zależności od rodzaju wybranej sondy. Przeważnie sondy ciśnieniowe w multimetrach dostosowane są do pomiarów niskich ciśnień (do 2000 hPa), występujących w atmosferze w warunkach zbliżonych do normalnych. W przypadku pomiarów wilgotności najczęściej stosowane są metody pomiarowe przy użyciu półprzewodnikowych czujników, często zintegrowanych z innymi przetwornikami w jednej sondzie, np. termohigrometrycznej lub mikroklimatycznej. Należy pamiętać, że wspomniana tu wilgotność to wilgotność względna, a więc odniesiona do warunków całkowitego nasycenia powietrza parą wodną w danej temperaturze. Wymienione parametry, często współzależne, determinują bezpośrednio samopoczucie pracowników (nierzadko bardzo podatnych na nawet niewielkie zmiany klimatu), a także zapewniają – prawidłowy lub nie – przebieg różnorakich procesów zachodzących w środowisku przemysłowym. Podzespoły elektroniczne, stanowiące podstawowe jednostki obsługujące próbkowane dane, rozwijają się w jeszcze szybszym tempie niż metodyka pomiarów. Dzięki ulepszeniu osiągów mikroprocesorów nawet w najprostszych mobilnych multimetrach jest możliwe ustawianie regularnych odstępów

Fot. Testo

przyrządów.

między pobieraniem próbek, ustawianiem poziomów progowych, rejestracją odpowiednio oznaczonych w czasie wartości mierzonych, szybkimi obliczeniami parametrów pośrednich oraz automatyczną transmisją zebranych danych do komputera. Mimo uzupełnienia urządzeń o tak rozbudowane funkcje dodatkowe, wbrew oczekiwaniom, ich energooszczędność ciągle wzrasta.

Fot. Testo

Mierniki do różnych zastosowań Biorąc pod uwagę różnorodność i mnogość urządzeń do pomiaru parametrów środowiskowych, problematyka wyboru odpowiedniego miernika przestaje być trywialna. Obecnie można wyróżnić takie grupy jak: uniwersalne mierniki wielofunkcyjne, urządzenia do określenia jakości powietrza oraz mierniki chemiczne. Oczywiście ten podział jest umowny i grupy mogą się wzajemnie przenikać, jednak można go traktować jako pierwsze i podstawowe kryterium wyboru odpowiedniego urządzenia pomiarowego. Do pierwszej grupy należy zaliczyć rozwiązania integrujące pomiary najczęściej spotykanych wielkości, takich jak: temperatura, wilgotność i prędkość powietrza. W zależności od modelu często dodawane są również układy pomiarowe pozwalające zbadać np. ciśnienie czy natężenie światła lub dźwięku. Często mierniki te charakteryzują się niezbyt dużą dokładnością, jednak idealnie sprawdzają się w orientacyjnym kontrolowaniu panujących w danym miejscu warunków. Mierniki jakości powietrza, często oznaczane HVAC (ang. Heating, Ventilation and Air Conditioning, ogrzewanie, wentylacja i klimatyzacja) lub IAQ (ang. Indoor Air Quality, jakość powietrza w pomieszczeniach), jak sama nazwa wskazuje służą do wyspecjalizowanych pomiarów instalacji wentylacyjnych, klimatyzacji, systemów ogrzewania i umożliwiają okresowe kontrole tych instalacji. Dzięki tego typu miernikom sprawdzenie sprawności czy dopuszczenie do użytku całych systemów staje się zadaniem banalnie prostym. Ostatnia grupa to mierniki chemiczne. W tym przypadku producenci oferują zarówno dokładne mierniki stężeń określonych substancji w roztworach, sprawdzanie poziomu pH i konduktywności, jak i prostą detekcję wybranych pierwiastków i związków chemicznych (często stwarzających bezpośrednie zagrożenie dla zdrowia i życia ludzi). Można spotkać zarówno mierniki przeznaczone do pomiaru parametrów cieczy, jak i gazów. Dzięki miniaturyzacji i poprawie technologii materiałów coraz częściej spotyka się rozwiązania z dodatkowymi sensorami chemicznymi w miernikach uniwersalnych, przy czym najbardziej popularne są pomiary tlenku i dwutlenku węgla w atmosferze. Po wybraniu interesującej grupy mierników należy w pierwszej kolejności sprawdzić zakresy najważniejszych wielkości, a następnie zdecydować, czy dokładność pomiarów oferowana przez producenta odpowiada potrzebom. Wraz z poprawą parametrów urządzenia rośnie jego cena, w związku z tym wśród mierników zaprezentowanych w tabeli można spotkać propozycje z zakresu od około 350 PLN aż do kilkunastu tysięcy PLN za samo urządzenie z akcesoriami podstawowymi. Przy zakupie należy brać pod uwagę zapotrzebowanie na specjalizowane rozwiązania, takie jak dodatkowe sondy pomiarowe, zdalna akwizycja danych, bezpośrednie możliwości obliczeniowe oraz graficzna prezentacja wyników. Na szczęście rynek mierników rozwija się bardzo dynamicznie i dzięki dużemu zainteresowaniu konsumentów cały czas pojawiają się nowe, coraz bardziej innowacyjne urządzenia pomiarowe.

Wyspecjalizowane i uniwersalne Wśród rozwiązań profesjonalnych szczególnie interesujące urządzenie ma w ofercie firma Testo. Miernik testo 480 charakteryzuje się zarówno szeroką gamą wielkości mierzonych (temperatura, ciśnienie bezwzględne i różnicowe, wilgotność, prędkość powietrza, natężenie światła, detekcja dwutlenku węgla), jak i rozbudowanymi możliwościami obliczeń i przetwarzania danych. Producent oferuje ogromną liczbę specjalizowanych sond, które powinny zadowolić nawet najbardziej wybrednych. Konstrukcja jest zgodna z wymaganiami odpowiednich norm. Biorąc pod uwagę możliwość rozbudowy systemu pomiarowego o dodatkowe akcesoria, jedynymi konkurentami dla tego produktu mogą być mierniki Test-Therm DO9847 oraz Multinorm MI 6201, przy czym ten ostatni to najwyższa półka cenowa. Jednym z najbardziej wyspecjalizowanych mierników jakości powietrza jest urządzenie Fluke 975 AirMeter, które nie tylko umożliwia precyzyjne pomiary najważniejszych parametrów HVAC/IAQ, ale także wyznacza pośrednio potrzebne parametry oraz zapewnia kompensację barometrycznych zmian ciśnienia. Odpowiednia certyfikacja urządzenia umożliwia stosowanie go podczas odbiorów instalacji HVAC. Największy wybór jest wśród tanich rozwiązań. Nie ma tu tak dokładnych mierników, jak w przypadku rozwiązań specjalistycznych, jednak przy sporadycznym używaniu do oceny panujących wokół warunków oraz ich optymalizacji, urządzenia te poradzą sobie bez problemu. Uwagę przykuwają urządzenia firmy Mastech, które oprócz pomiarów wielkości środowiskowych umożliwiające także – dzięki układom, w które są wyposażone – używanie ich jako mierników wielkości elektrycznych. Biorąc pod uwagę liczbę mierzonych wielkości fizycznych to prawdziwe, zminiaturyzowane systemy pomiarowe. Wygodę i niską cenę łączą też w sobie multimetry firm CEM i Voltcraft. W tabeli znajdziemy również przykłady mierników do typowych zastosowań chemicznych. Rozwiązania polskiej spółki Elmetron znajdą zastosowanie w każdym laboratorium chemicznym. W ofercie są urządzenia specjalizowane do badania parametrów roztworów chemicznych (zarówno mobilne, jak i stacjonarne). Dla detekcji i pomiarów gazów w atmosferze najlepszym wyborem są urządzenia pomiarowe firm Alter oraz Gazopomiar. Wymienieni producenci dystrybuują również mierniki przeznaczone do pracy w strefach zagrożonych wybuchem. Niezaprzeczalny i ciągły rozwój sektora rynku urządzeń do pomiaru wielkości określających warunki środowiskowe dają nadzieję na zdecydowaną poprawę i tak już niemałej oferty mobilnych wersji mierników. Właściwie każdy może wybrać konkretny model spełniający jego wymagania za rozsądne pieniądze. Obecność na rynku konkurencyjnych firm krajowych nie tylko umożliwia stabilizację na rozsądnym poziomie cen multimetrów importowanych, ale także stymuluje naszą gospodarkę oraz rozwój kadry inżynierskiej. Przedstawione urządzenia to tylko wybrana cząstka najciekawszych rozwiązań – pełną ofertę można znaleźć na stronach internetowych dystrybutorów oraz producentów.

Piotr Mateusiak Przemysłowy instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

rynek i technologie PRZENOŚNE URZĄDZENIA I SYSTEMY POMIAROWE

Producent / Dystrybutor

Alter/Alter

CEM/CEM

Elmetron/Merazet

Model

GasAlertMicroClip

DT-8503

CX-401

Temperatura

–

–20…+60 °C ±0,9 °C (+40…+60 °C) ±0,5 °C (+5…+40 °C ) ±1,1 °C (–20…+5 °C )

–50…+199,9 °C ±0,1 °C

Ciśnienie

–

atmosferyczne: 800…1100 hPa

Wilgotność

–

10…90 % RH ±2,5 % RH

Prędkość powietrza

–

0,25… (prz

Detekcja gazów

O2: 0…30 % obj., H2S: 0…200 ppm; CO: 0…1000 ppm, gazy wybuchowe: 0…100 % DGW

CO: 0…1000 ppm ±5 % lub ±10 ppm CO2: 0…8000 ppm ±75 ppm (0…2000 ppm) ±10 % (2000…8000 ppm)

O2 (rozpuszczony w wodzie): 0…60 mg/l ±0,1 mg/l

(prz

Natężenie dźwięku

–

Natężenie światła

–

(

pom

Inne

pomiar od 1 do 4 mediów; akustyczne i optyczne alarmy progowe; sygnalizacja przekroczenia poziomu, słabej baterii i brakującego sensora; próbki pobierane co 15 s, przechowywanie danych przez 16 h; przy zapełnionej pamięci nowe dane zastępują starsze

pomiar punktu rosy, temperatury termometru wilgotnego, % powietrza na zewnątrz, akustyczne i optyczne alarmy progowe, USB, rejestracja danych ciągłych i dyskretnych

pomiar pH, potencjał redox (mV), przewodności, zasolenia, stężenia tlenu rozpuszczonego w wodzie w % nasycenia lub w mg/l, ciśnienia atmosferycznego; kompensacja temperatury (automatyczna lub ręczna); pamięć 4000 wyników, RS-232/USB przez adapter

Akcesoria dodatkowe

–

sonda do pomiaru przepływu

–

Obudowa

IP66, IP67

–

IP66

Klasyfikacja, certyfikaty i normy

klasa I, Div. 1, Gr. A, B, C, D, ATEX: CE Ex II 1 G, Eex ia IIC, IECEx : Ex ia IIC

brak danych

spełnia wymogi GLP

(w o zap (n kom zm

, a

nia

Fluke/ELFA, Merazet

Mastech/Atel Electronics

Mastech/Mastech

Merazet/Merazet

975 AirMeter

MS6300

MS8229

ME129

–20…+50 °C ±0,9 °C (+40…+60 °C)±0,5 °C (+5…+40 °C)±1,1 °C (–20…+5 °C)

–10…+60 °C ±1,0 °C

–20…+1000 °C ±2,0 %

sonda: –20…+1000 °C ±3,0 % NTC: 0…+40 °C ±2 °C

–

10…90 % RH ±2 % RH

20…80 % RH, ±3 % RH

25…95 % RH ±5 % RH

20…95 % RH ±5 % RH

0,25…15 m/s ±4% lub 0,02 m/s (przyjmuje się większą wartość)

0,4…20 m/s ±3,0 %

–

CO: 0…500 ppm ±5 % lub ±3 ppm (przyjmuje się większą wartość) CO2: 0…5000 ppm, 2,75 % + 75 ppm

–

30…130 dB ±1,5 dB pasmo: 100…8000 Hz

35…100 dB ±3,5 %

40…100 dB ±5 dB

–

0…50 000 lux ± 5,0%

4000/40 000 lux ±5,0%

4000/40 000 lux ±5,0 %

pomiar punktu rosy, temperatury termometru wilgotnego, natężenia przepływu, % powietrza na zewnątrz (na podstawie temperatury), % powietrza na zewnątrz (w oparciu o CO2), pamięć 25 000 zapisów (ciągłych), 99 zapisów (nieciągłych), USB, autotest, kompensacja barometrycznych zmian ciśnienia, akustyczne i optyczne alarmy prog.

pomiar przepływu powietrza 0…999 900 CMM ±3,0 %

napięcie i prąd DC oraz AC, rezystancja, pojemność, częstotliwość, współczynnik wypełnienia, ciągłość obwodu, hFe tranzystorów, test diody, automatyczna zmiana zakresu

napięcie i prąd DC oraz AC, rezystancja, pojemność, częstotliwość, współczynnik wypełnienia, ciągłość obwodu, test diody

sonda do pomiaru przepływu

–

sonda do pomiaru temperatury

–

MIL-PRF-28800F: klasa 2 HVAC zgodnie z zaleceniami ASHRAE 62

brak danych

IEC 61010-1 CAT II 1000 V bezpieczeństwo i EMC (oznakowanie CE)

IEC 61010-1 CAT II 1000 V/CAT III 600 V

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

rynek i technologie PRZENOŚNE URZĄDZENIA I SYSTEMY POMIAROWE

Producent

Multinorm/Metris

Rotronic/B&L International

Swema/B&L International

Model

MI 6201 ST

CP11

Swema 3000

Temperatura

–20…+60°C ±0,2 °C do 25 °C ±0,5 °C (w zakresie roboczym)

–20…+60 °C ±0,3 °C

10…40 °C ±0,3 °C (przy 23 °C) ±0,5 °C (+10…+40 °C) typ K: –40…+1200 °C

Ciśnienie

–

bezwzględne: 600…1200 hPa ±2,5 hPa

abso

Wilgotność

0…100 % RH, ±3 % (dla 0…10 % RH), ±2 % (dla 10…90 % RH) ±3 % (dla 90…100 % RH)

0,1…99,95 % RH, <2,5 % RH w zakresie 10…90 % RH (przy 23 °C ±5 °C)

0…100 % RH

0…100 ± ±

Prędkość powietrza

0,10…20,0 m/s, ±(0,05 m/s + 5% w.w.)

–

0,05…3,0 m/s ±0,04 m/s w zakresie 0,05…1,00 m/s ±4 % wartości mierzonej dla 1,00…3,00 m/s

Detekcja gazów

Sondy CO oraz CO2 jako wyposażenie opcjonalne

CO2: 0…5000 ppm, ±30 ppm ±5%

–

Natężenie dźwięku

30…130 dB, pasmo: 20…10 000 Hz

–

Natężenie światła

0,01…20 000 lux

–

Inne

pomiar punktu rosy, luminacji, kontrastu, temperatury ciała i powierzchni (sondą dotykową), wskaźników komfortu cieplnego PMV i PDD oraz WBGT (temperatura termometru mokrego), natężenia przepływu, analiza dźwięku, pamięć 4000 wartości, RS-232, praca w czasie rzeczywistym lub jako rejestrator danych

pomiar punktu rosy, temperatury termometru wilgotnego, łatwa kalibracja, pamięć 18 000 pomiarów, zapis automatyczny lub ręczny, automatyczne wyłączanie

pamięć 6000 protokołów lub 1300 par wyników; wybór opcji z wbudowanym barometrem i manometrem; RS-232, USB, komunikacja radiowa/bluetooth pomiędzy urządzeniami

Akcesoria dodatkowe

termopara typu K, termometr ciała doskonale czarnego, sondy: termohigrometryczna, iluminacji, CO, CO2

urządzenie do kalibracji wilgotności oraz CO2

sondy pomiarowe przepływu, prędkości powietrza, temperatur, wilgotności

Obudowa

IP42

IP30

–

Klasyfikacja, certyfikaty i normy

DIN 5032 klasa B; IEC 61672 klasa 1, klasa 2; IEC 61260 klasa 1, klasa 2

bezpieczeństwo i EMC (oznakowanie CE)

ISO 7726

pomia rejes

(oznak W

0,5 °C

5 hPa

artości

par ym USB, iędzy

ości ci

Tenmars/BIALL

Test-Therm/Test-Therm

Testo/Termo-Precyzja

Voltcraft/Conrad

TM404

DO9847

testo 480

DT 8820

–20…+60 °C ±1,0 °C

Pt 200: –196…+500 °C ±0,2 °C (–196…+350 °C) ±0,4 °C (+350…+500 °C)

Pt 100: –100…+400 °C, typ K: –200…+1370 °C ±(0,3 °C +0,1 % wartości pomiaru)

typ K: –20…+50 °C (wewnętrzny), –20…+750 °C (zewnętrzny)

absolutne: 350…1100 hPa ±2 hPa

barometryczne: 600...1100 mbar, przy 20 °C: ±0, 3 mbar różnicowe: do 2 bar

bezwzględne: 700…1100 hPa ±3 hPa, różnicowe: –25…25 hPa, ±(0,3 hPa +1 % wartości pomiaru)

–

0…100 % RH

25…95 % RH

0…100 % RH ±5 % (dla 0…20 % RH) 5…98 % RH, ±2 % RH (w sondach ±3,5 % (dla 20…80 % RH) zintegrowanych z pomiarem temperatury) ±5 % (dla 80…100 % RH) 0,4…25 m/s, ±2%

–

sonda termiczna: 0…20 m/s sonda wiatraczkowa: 0,6…50 m/s

–

CO2: 0…10 000 ppm

–

35…30 dB pasmo: 32…10 000 Hz

–

0…20 0000 lux ±4,0 %

0…100 000 lux

0,01…20 000 lux

pomiar przepływu powietrza 0…9999, rejestracja 99 pomiarów w pamięci

pamięć 32 000 pomiarów RS-232C, moduły SICRAM

inteligentna kalibracja i cyfrowe sondy, USB, karty SD, port podczerwieni do szybkiego drukowania, pamięć około 60 000 000 pomiarów, oprogramowanie dodatkowe

–

sonda skrzydełkowa, termoanemometryczna i Pitota, moduły pomiaru ciśnienia absolutnego, względnego, barometrycznego, różnicy ciśnień, promieniowania słonecznego, napięcia i prądu stałego, oświetlenia, luminacji, moduł pomiaru temperatury sondą zanurzeniową, punktową lub stykową

szeroki wybór sond: rurki Pitota, anemometryczne, wiatraczkowe, termopary, poziomu komfortu, WGBT, powierzchniowe, zanurzeniowo-penetracyjne

–

bezpieczeństwo i EMC (oznakowanie CE), podlega dyrektywie WEEE 2002/96/EC (utylizacja)

ISO 7730

DIN 33403, ISO 7243, ISO 7730, EN 13779, EN 12599, EN 14175, DAkkS/DKD dyrektywy 5-7

brak danych

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

rynek i technologie PRZENOŚNE URZĄDZENIA I SYSTEMY POMIAROWE

Nowe opcje pirometrów z serii MI3 firmy Raytek Firma Raytek rozszerzyła funkcjonalność popularnej serii pirometrów stacjonarnych MI3. Nowe opcje dotyczą interfejsów komunikacyjnych Profinet i Ethernet. Interfejsy Profinet i Ethernet uzupełniają gamę już dostępnych opcji komunikacyjnych w tych modelach pirometrów, a wersja z Ethernetem wprowadza dodatkową funkcjonalność – 64 MB pamięci danych pomiarowych. Pamięć ta umożliwia zapis pomiarów z jednej głowicy przez 24 dni z częstotliwością co jedną sekundę. Wersja ta ma także wbudowany serwer www, który ułatwia ustawianie parametrów pracy pirometru oraz odczyt zapamiętanych danych pomiarowych. Oba interfejsy REKLAMA

Promocja

podłączane są za pomocą złącza M12 w przetworniku metalowym oraz RJ-45 w przetworniku na szynę DIN. Do jednego przetwornika można podłączyć do ośmiu głowic różnego typu, co może przynieść oszczędności przy wielopunktowych pomiarach temperatury. Opcja ta umożliwia kontrolowanie temperatury obiektu w szerokim zakresie i zapisywanie danych pomiarowych w jednym pliku. Pirometry MI3 zbudowane są z przetwornika i miniaturowej głowicy połą-

czonej z przetwornikiem przewodem odpowiedniej długości. Dostępne są różne wersje przetworników oraz kilkanaście głowic pomiarowych. Komunikacja cyfrowa między głowicą a przetwornikiem umożliwia dowolne łączenie głowic z przetwornikami i podłączenie do ośmiu głowic do jednego przetwornika, a także wyeliminowanie błędów pomiarowych związanych np. z uszkodzonym przewodem. Większość przetworników wyposażona jest w duży, podświetlany wyświetlacz LCD, a wszystkie mają interfejs USB. Same głowice mogą być stosowane jako pirometry i pracować bez przetworników. Rozwiązanie to skierowane jest głównie do odbiorców typu OEM, tworzą własne oprogramowanie do obsługi głowic i zadeklarują zamówienia na poziomie minimum 100 sztuk rocznie. W komplecie z pirometrami dostarczane jest oprogramowanie do wizualizacji i archiwizacji pomiarów pod MS Windows. Więcej informacji na temat pirometrów na stronach: www.irtech.pl i www.raytek.com. www.irtech.pl

Pomiar warunków środowiskowych Zmiany przepisów BHP sprawiły, że przedsiębiorstwa muszą spełniać ściśle określone warunki dotyczące czynników środowiskowych

Każdy pracodawca musi zadbać o zapewnienie pracownikom określonych warunków pracy, tj. odpowiedniego oświetlenia, odpowiednio niskiego poziomu hałasu, wilgotności czy zapylenia. Jest to istotne, ponieważ warunki tego rodzaju wywierają wpływ na zdrowie pracownika. Pomiary wielkości nieelektrycznych, np. temperatury, wilgotności czy natężenia hałasu, dotyczą praktycznie każdej branży przemysłu – od urządzeń w sektorach wodociągowo-kanalizacyjnych, przez logistykę, po firmy produkcyjne. Do pomiaru wspomnianych parametrów służą urządzenia kontrolujące różnego rodzaju media, materiały i procesy; wybór odpowiedniego miernika zależy głównie od miejsca oraz rodzaju pomiaru. Firma Conrad opracowała markę własną Voltcraft oferującą specjalną linię produktów do pomiarów środowiskowych. Niezwykle ważną wielkością nieelektryczną jest temperatura. Jej pomiar można przeprowadzać dwiema metodami: kontaktową – z użyciem termistorów i termopar oraz bezkontaktową – z wykorzystaniem promieniowania cieplnego obiektów. Urządzenia Voltcraft z czujnikami temperatury mają 2–4 kanały pomiarowe, co umożliwia szybki i precyzyjny pomiar wartości względnych. Urządzenia świetnie sprawdzają się w pomiarach instalacji HVAC, w kontroli stanu niektórych elementów maszyn oraz w pomiarach laboratoryjnych. Coraz powszechniej do pomiaru temperatury używa się pirometrów. Mierzą temperaturę szybko i bezkontaktowo, co znacznie poszerza możliwości – możliwy jest pomiar obiektów znajdujących się w ruchu, np. łożysk, wałów, tarcz itp. Niektóre pirometry, np. model Voltcraft IR-1000-50CAM z wbudowanym monitorem TFT, pozwalają na łatwą archiwizację wyników pomiarów dzięki kamerom fotografującym badane obiekty. Wzrost popularności kamer termowizyjnych zwiększa możliwości pirometrów ze względu na tworzenie map temperaturowych obiektów. W efekcie wykrywanie przegrzewających się elementów (np. przekaźników w instalacjach, elementów maszyn) zostało znacznie ułatwione. W przypadku techniki budowlanej niezmiernie ważne jest badanie strat energii cieplnej budynków. Mapy temperaturowe stanowią ważną pomoc przy wykrywaniu mostków termicznych, co pozwala na optymalizację bilansu energetycznego obiektu. Oprócz temperatury ważnym parametrem jest wilgotność względna. Mierniki do zastosowań w budownictwie mierzą zawartość wody w drewnie, wilgotność cegieł oraz wylewki betonowej. Model FM-300, zaprojektowany zwłaszcza do pomiarów materiałów drewnianych, ma w pamięci wbudowane charakterystyki różnych rodzajów drewna, co znacznie poszerza możliwości pomiarowe tego urządzenia. Pomiar wilgotności w materiałach jest dokonywany także za pomocą metod nieinwazyjnych. Do tego celu służy model MF-100, który mierzy metodami porównawczymi. Nie wskazuje dokładnej wilgotności w procentach, ale porównuje wynik pomiaru z pomiarem elementu suchego: w efekcie można oszacować wilgotność mierzonego obiektu. www.conrad.pl

Promocja

REKLAMA

Fot. WObit

w miejscu pracy.

rynek i technologie PRZENOŚNE URZĄDZENIA I SYSTEMY POMIAROWE

Zdalna łączność z ręcznymi multimetrami cyfrowymi wdrażanie tych opłacalnych i niezawodnych rozwiązań automatyki. Jednym z nich jest rozwiązanie firmy Agilent Technologies do zdalnego monitoringu i rejestracji danych.

Bezpieczeństwo pracy i wydajność są głównymi priorytetami personelu zatrudnionego w niebezpiecznych warunkach czy przy diagnozowaniu maszyn w ruchu. Ze względu na wymogi bezpieczeństwa pracy wykonywanie pomiarów elektrycznych przez pracownika wyposażonego w ręczny multimetr cyfrowy DMM (ang. Digital Multimeter) może być zabronione w wielu obiektach przemysłowych. W niektórych przypadkach do diagnozowania pracującej maszyny potrzeba więcej niż jednej osoby, ponieważ panel kontrolny i sprzęt pomiarowy znajdują się w różnych miejscach. Są to typowe problemy, których pokonanie poprawi zdolność firmy do przewidywania awarii sprzętu, które prowadzą do nieplanowanych przestojów i zwiększonych wydatków na konserwację. Dziś już niemal powszechnie jako narzędzia zastępujące czynności manualne, które dotychczas absorbowały człowieka, są stosowane osobiste urządzenia mobilne, takie jak smartfon

Promocja

czy tablet. Zapewniają one niezawodne przesyłanie i przechowywanie danych, pozwalają też na łatwe dostosowywanie rozwiązań do potrzeb konkretnych aplikacji. Firma Agilent Technologies oferuje rozwiązanie łączące wspomniane technologie przez wprowadzenie łączności bezprzewodowej umożliwiającej zdalny monitoring i rejestrację danych za pomocą ręcznych multimetrów cyfrowych. Rozwiązanie to, oparte na interfejsie Bluetooth, umożliwia połączenie nawet do trzech ręcznych multimetrów cyfrowych firmy Agilent ze smartfonami i tabletami z systemem operacyjnym Android czy komputerami PC z Windows. Trzonem tej łączności jest U1177A, kompaktowy bezprzewodowy adapter Bluetooth, który można podłączyć do działającego w paśmie podczerwieni portu IR (ang. infrared) dowolnego z 11 ręcznych multimetrów cyfrowych firmy Agilent. Każdy taki adapter Bluetooth ma swój unikalny adres MAC (ang. Media Access

Control), a łatwe sparowanie z urządzeniem mobilnym za pomocą protokołu Bluetooth przemienia ręczny multimetr cyfrowy w urządzenie sieciowe. Przy wykorzystaniu tego połączenia każdy ręczny miernik cyfrowy może teraz bezproblemowo wysyłać informacje w sieci użytkownika do dowolnego punktu wyznaczonego do prowadzenia zdalnych pomiarów, sterowania i raportowania.

Oprogramowanie Oprogramowanie umożliwiające realizację takiego rozwiązania składa się z dwóch aplikacji Androida – Agilent Mobile Meter (mobilny miernik) oraz Agilent Mobile Logger (mobilny rejestrator). Aplikacja Mobile Meter umożliwia interakcję w czasie rzeczywistym z podłączonym przenośnym DMM. Użytkownicy mogą połączyć się i monitorować dane nawet z trzech ręcznych urządzeń DMM zainstalowanych w trzech różnych lokalizacjach, znajdując się w czterech miejscach w zasięgu sieci Bluetooth – do 10 metrów. Aplikacja umożliwia współdzielenie wyników odczytu miernika za pośrednictwem poczty elektronicznej lub w aplikacjach sieci społecznościowych, takich jak Facebook czy Twitter. Aplikacja korzysta z informacji o numerze seryjnym miernika, ma wskaźnik zużycia baterii oraz funkcję identyfikacji. Druga aplikacja, Agilent Mobile Logger, umożliwia jednoczesne moni-

Fot. Farnel

Wraz z nadejściem technologii bezprzewodowych firmy rozpoczęły

A t t e

torowanie danych z trzech mierników. Użytkownicy mogą w czasie rzeczywistym przeglądać pomiary na wykresie trendów lub w postaci tabeli podczas zapisywania pomiarów w pamięci urządzenia z systemem Android. Zarejestrowane dane można następnie przesłać e-mailem jako plik .csv (wartości oddzielane przecinkami) w celu ich dalszej analizy. Dla mierzonych wartości można określić górne i dolne progi dla wyzwalania alarmów przesyłanych na telefon komórkowy w postaci e-mail lub SMS. Funkcjonalność ta rozszerza zakres stosowania tego rozwiązania poza 10-metrowy zasięg łącza Bluetooth. Teraz użytkownicy mogą pozostawić swoje mierniki, by

nieprzerwanie rejestrowały dane, a po opuszczeniu miejsca pracy będą powiadomieni w razie wystąpienia anomalii.

konieczność docierania od jednego miejsca pomiaru do drugiego, odeszły w przeszłość. W przyszłości można będzie tworzyć na platformie Android specjalizowane aplikacje do raportowania wyników pomiarów. Możliwości w tym zakresie są nieograniczone, a potencjalne oszczędności na kosztach konserwacji i eksploatacji są dla firm nie do przecenienia.

Szybsza i bezpieczniejsza praca Wielozadaniowość staje się możliwa od kiedy użytkownik może koncentrować się na innych problemach, podczas gdy trwa rejestracja pomiarów niezbędna do wykrywania sporadycznie występujących anomalii. Wszystko to znacząco podnosi wydajność pracy, skraca czas i obniża koszty. W niebezpiecznym środowisku użytkownicy mogą monitorować odczyty miernika z bezpiecznej odległości. Ryzyko ludzkiego błędu, wynikające z notowania pomiarów ręcznie na kartce papieru, jak również

Edwin Hoh Market Development Manager w oddziale Basic Instruments firmy AGILENT TECHNOLOGIES FARNELL element14 www.farnell.com/pl

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

REKLAMA

13 – 15 listopada 2013

Spotkajmy Się na targach w SoSnowcu!

Fot. Farnel

Targi Hydrauliki, Automatyki i Pneumatyki

Targi Robotyzacji i Automatyzacji w Przemyśle

www.hapexpo.pl

Agnieszka Gawędzka – Menedżer Projektu tel. 32 788 75 11, fax: 32 788 75 25 tel. kom. 515 030 324 e-mail: agnieszka.gawedzka@exposilesia.pl

www.robotshow.pl

tereny targowe: Expo Silesia ul. Braci Mieroszewskich 124 41-219 Sosnowiec

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Sosnowiec

rynek i technologie PRZENOŚNE URZĄDZENIA I SYSTEMY POMIAROWE

Urządzenia pomiarowe firmy WObit Pomiary są niezbędną czynnością w procesach produkcyjnych. Do sprawnej ich realizacji konieczne są efektywne urządzenia pomiarowe. Firma WObit oferuje gamę urządzeń własnej produkcji, przeznaczonych do współpracy z czujnikami z wejściem analogowym,

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

Dęborzyce 16, 62-045 Pniewy

Promocja

tel. 61 22 27 422, fax 61 22 27 439 e-mail: wobit@wobit.com.pl www.wobit.com.pl

Fot. PPH WObit E. K. J. Ober

Uniwersalny czterokanałowy przetwornik dla mostkowych czujników tensometrycznych ADT42 to urządzenie o dwóch wyjściach tranzystorowych oraz dwóch izolowanych wejściach (w tym jednym tarującym). WObit oferuje też wzmacniacz pomiarowy dla czujników siły WDT1 z wejściem dla jednego czujnika tensometrycznego, wyjściem 0...10 V oraz portem RS-485 (Modbus-RTU). Funkcjonalnym urządzeniem do pomiarów sygnałów pochodzących z mostkowych czujników tensometrycznych jest wskaźnik MD150T. Wbudowany precyzyjny przetwornik A/C umożliwia wykonywanie pomiarów z rozdzielczością do 100 tys. działek pomiarowych. Wynik pomiaru jest prezentowany na czytelnym, sześciopozycyjnym wyświetlaczu. Do współpracy z urządzeniami generującymi sygnał prostokątny i enkoderami inkrementalnymi opracowano moduł ADE4U. Urządzenie pozwala na odczyt liczby impulsów oraz prędkości w czterech niezależnych kanałach pomiarowych. Z myślą o zliczaniu impulsów z enkoderów inkrementalnych lub źródeł sygnałów prostokątnych skonstruowano programowalny licznik MD150E, który może też określać częstotliwość sygnału oraz przeskalować zliczoną wielkość na wymaganą jednostkę (obroty, mm, obr./s itp.). MD150E ma dwa wyjścia przekaźnikowe, które mogą sygnalizować ustalone przez użytkownika progi oraz wejście zerujące licznik. Licznik MD150A, przeznaczony do pomiaru sygnałów analogowych 0…10 V, może współpracować z dowolnym czujnikiem z wyjściem napięciowym lub prądowym. MD150A ma dodatkowe wyjście zasilające Vout do bezpośredniego podłączenia czujnika potencjometrycznego. Zmierzona wartość może być przekonwertowana na dowolną jednostkę i wyświetlona z ustaloną precyzją. Gdy zachodzi potrzeba jednoczesnej realizacji kilku pomiarów, warto zastosować uniwersalny moduł ADAE42U, który obsługuje do czterech czujników z wyjściem analogowym pracujących w trybie różnicowym oraz do dwóch czujników z wyjściem kwadraturowym. Dodatkowo ADAE42U ma sześć wyjść tranzystorowych typu OC z konfigurowanym progiem załączania oraz wyłączania, zależnym od pozycji danego enkodera. ADE4U, MD150A i ADAE42U mają po dwa interfejsy komunikacyjne – USB i RS-485.

Fot. PPH WObit E. K. J. Ober

licznikowym i tensometrycznym.

przemysł odlewniczy Nowości

Odlewnictwo – technologia przyszłości Odlewnictwo jest obecnie najbardziej rozpowszechnioną metodą masowej produkcji elementów, stosowaną we wszystkich gałęziach produkcji. Wysoka jakość i precyzja odlewanych elementów skłaniają do używania komponentów najwyższej jakości.

Fot. PPH WObit E. K. J. Ober

Pomiar temperatury Najwyższej jakości osłony EKatech, które stosowane są w czujnikach temperatury produkcji Guenther, umożliwiają znacznie dłuższy czas eksploatacji od dotychczas stosowanych osłon, np. z żeliwa, węglika krzemu, grafitu czy pochodnych tlenku glinu. Przewagę nad ww. materiałami zapewniają: wysoka odporność na szok termiczny oraz temperaturę aż do 1400 °C, szybki czas reakcji, brak zanieczyszczeń stopionego metalu, a ponadto spełnienie wszystkich warunków dobrego izolatora elektrycznego. W odróżnieniu od innych metod i rodzajów osłon nie wymaga się wcześniejszego nagrzewania materiału, a w czasie pierwszego użycia powierzchnia osłon pokrywa się warstwą powłoki antyadhezyjnej, uniemożliwiającej przywieranie na stałe ciekłego metalu do osłony. Bardzo zaawansowana technologia używana przy produkcji takich osłon (przy wykorzystaniu wysokiej temperatury oraz ciśnienia) umożliwia wykonanie znacznie cieńszych ścianek, przy zachowaniu takiej samej wytrzymałości mechanicznej.

nologii niskociśnieniowego odlewania. Metoda ta jest optymalna przy masowej produkcji części dla przemysłu samochodowego, lotniczego czy kolejowego. Aby osiągnąć optymalną wydajność w tym procesie, należy stosować materiały najwyższej jakości. Izostatycznie prasowany oraz spiekany azotek krzemu przewyższa inne stosowane materiały pod każdym względem. Jest to w istocie materiał prawie jednorodny, pozbawiony pęknięć oraz porowatości. Wykazuje znaczną przewagę ekonomiczną nad innymi rozwiązaniami. Rury wykonane z azotku krzemu są wyjątkowo łatwe w eksploatacji, ponieważ mogą być oczyszczane chemicznie po kilku miesiącach ciągłego użytkowania.

Powłoki EKamold W ofercie firmy Guenther są też powłoki ochronne serii EKamold, stosowane jako zabezpieczenie elementów metalowych, grafitowych bądź ceramicznych przed działaniem ciekłych metali. Szczególnie polecany jest azotek boru, który posiada unikalne cechy i nie ulega zwilżaniu przez ciekłe metale. Ponadto ma on znakomite właściwości smarne i poślizgowe, przydatne zwłaszcza w technologii wyciskania elementów aluminiowych. Azotek boru może być dostarczany w formie zawiesiny wodnej, nakładanej na powierzchnie wymagające ochrony pędzlem, natryskowo, przez zanurzenie lub sprayem na bazie metanolu.

Odlewnictwo niskociśnieniowe Firma Guenther dostarcza rury zalewowe przeznaczone do użycia w techPromocja

GUENTHER Polska sp. z o.o. www.guenther.com.pl

REKLAMA

Firma Guenther od kilkudziesięciu lat specjalizuje się w technologiach pomiaru temperatury w ciekłych metalach oraz dostawie elementów osłonowych do urządzeń odlewniczych, takich jak rury zalewowe czy osłony grzałek. W ofercie firmy są również ceramiczne powłoki ochronne stosowane na podłoża metalowe, grafitowe bądź ceramiczne.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Nowości ZŁĄCZA ELEKTRYCZNE

Zysk dzięki efektywności Sektor inżynierii mechanicznej przeżywa transformację. Coraz częściej wymagania rynku wymuszają redukcję czasu produkcji oraz dostarczenia gotowych towarów i rozwiązań konstrukcyjnych. Poszukiwane są zatem rozwiązania

Aby zapewnić wysoką jakość obsługi różnych interfejsów, firma HARTING oferuje złącza Han-Yellock, które spełniają wymogi aplikacji przemysłowych

Inżynieria i produkcja mechaniczna to branża oddziałująca na gospodarkę i często pobudzająca inne sektory przemysłu. W ostatnich latach odnotowano wśród odbiorców, również zagranicznych, wzrost zainteresowania nowymi urządzeniami i maszynami. Aby sprostać rosnącym oczekiwaniom niezbędne będzie ciągłe podnoszenie jakości produkcji oraz optymalizacja procesów. Coraz częściej będzie wymagany wzrost efektywności. Zakłady przemysłowe będą starały się coraz bardziej wzorować na rozwiązaniach stosowanych w przemyśle motoryzacyjnym. Należy pamiętać, że pewne rozwiązania i moduły nie są przeznaczone do stosowania tylko w jednym typie maszyn, ale mogą być z powodzeniem używane w wielu innych aplikacjach. Odnosi się to głównie do rozwiązań stosowanych w strefach kontrolnych i czujnikowych, które mogą być adaptowane do specyficznych, zmiennych wymogów aplikacyjnych. Oczekiwanie tego typu

Promocja

jest wskazane zwłaszcza w przypadku, gdy interfejsy poszczególnych komponentów są zdefiniowane a ich szybkie łączenie umożliwiają złącza.

Han-Yellock 10: rozwiązanie spełniające wymogi przemysłu Aby zapewnić implementację interfejsów o wysokich parametrach, HARTING wprowadził serię złączy Han-Yellock 10, zaprojektowaną w taki sposób, aby możliwe było spełnienie specyficznych, indywidualnych potrzeb aplikacji przemysłowych, obecnie i w przyszłości. Złącza serii Han-Yellock rozmiarów 30 i 60 były wzorem do stworzenia nowego produktu w rozmiarze 10. Mają one wewnątrz obudowy innowacyjny mechanizm blokujący. Zamknięta obudowa złącza chroni przed wpływami mechanicznymi oraz przed wszelkiego rodzaju zabrudzeniami. Należy zwrócić uwagę, że złącze to ma kształt i wzornictwo znacznie wyróżniające je na tle dotychczasowych złączy.

Zamknięcie obudowy złącza Han-Yellock 10 odbywa się przez wetknięcie do gniazda, mechanizm blokuje złącze automatycznie. Odblokowanie złącza odbywa się przez naciśnięcie żółtego przycisku na obudowie. Opatentowany mechanizm rozłącza wtedy złącze. Obudowy Han-Yellock zapewniają również ochronę przed przypadkowym rozłączeniem – żółty przycisk po obrocie o 90° zabezpiecza dodatkowo złącze przed możliwością otwarcia, ponieważ obrót śruby wewnątrz mechanizmu uniemożliwia naciśnięcie żółtego przycisku odblokowującego. Seria Han-Yellock otrzymała międzynarodową nagrodę IF 2011 za najlepsze wzornictwo produktu w kategorii przemysłowej. Han-Yellock 10 składa się z dwóch części: obudowy gniazda o gładkiej, metalicznej powierzchni oraz obudowy wtyczki koloru czarnego. Złącza Han-Yellock mają zaokrąglone krawędzie i są łatwe w utrzymaniu i czyszczeniu. Są dostępne w wersji z górnym i bocznym wyprowadzeniem przewodu. Mogą być stosowane w większości aplikacji przemysłowych.

Wejście kablowe M25 Standardowe wejście w złączach tego rozmiaru to M20. Złącza Han-Yellock są dostępne z wejściami kablowymi M20, jak również w wersji z wejściem M25. Przewody do transmisji danych często mają spore średnice ze względu na specjalne ekrany. Niekiedy uniemożliwiało to stosowanie złączy tak małego rozmiaru bez wejścia M25. Złącza Han-Yellock 10 wyróżniają się bardzo dobrymi charakterystykami EMC. Wraz z Han-Yellock mogą być używane wkłady rozmiaru Han 3A, daje to 27 różnych możliwości – taka liczba złączy

Fot. Harting

wspomagające efektywność produkcyjną. Do tego typu rozwiązań można zaliczyć złącza serii Han-Yellock 10.

Fot. Harting

Obudowy gniazd mają gładką, metaliczną powierzchnię, a obudowy wtyczek charakteryzują się czarnym kolorem i żółtym przyciskiem odblokowującym

jest aktualnie dostępna. Umożliwia to spełnienie potrzeb wielu aplikacji: od przesyłu mocy aż do transmisji danych. Złącza mające od trzech do siedmiu kontaktów spełniają wymagania rzędu 16 A oraz 400 V, znajdując zastosowanie głównie w zasilaniu kompaktowych urządzeń. Złącza Han-Yellock 10 mogą być użyte nawet dla wartości 40 A/690 V, jak również w przesyle danych, np. sieci Ethernetowe a nawet połączenia światłowodowe.

Rosnące wymagania Podobnie jak w aplikacjach biurowych, odbiorcy przemysłowi wymagają kompleksowych rozwiązań i ich obsługi. Zgodnie z poszczególnymi wymogami aplikacyjnymi za pomocą złączy typu Han-Brid możliwe jest łączenie różnych interfejsów, np. USB i Firewire, seria Han-Yellock pozwala na tego typu rozwiązania. Uzupełnieniem tej serii produktów są pokrywy ochronne, które chronią złą-

cza w ciężkich warunkach środowiska przemysłowego. Więcej informacji na stronie: www.han-yellock.de/pl/han-yellock/. HARTING Polska Sp. z o.o. ul. Duńska 9 54-427 Wrocław tel. 71 352 81 71 fax 71 350 42 13 pl@HARTING.com www.HARTING.pl

REKLAMA

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Nowości normy i dyrektywy

Polskie Normy przemysłowe (PN) – przenumerowanie i aktualizacja W związku ze zmianą zasad numeracji Polskich Norm i publikowania norm wprowadzających Normy Europejskie, Polski Komitet Normalizacyjny ogłosił przenumerowanie niektórych tegorocznych norm.

Ze względu na wprowadzenie od 1 stycznia 2013 r. zmiany zasad numeracji Polskich Norm oraz publikowania tej samej Polskiej Normy w kilku wersjach językowych, zmieniła się numeracja Polskich Norm wprowadzających Normy Europejskie w języku polskim zatwierdzone w 2012r. i opublikowane w 2013 r. Normy podlegające przenumerowaniu będą opublikowane ponownie ze zmienionym numerem referencyjnym i dostarczone klientom, którzy kupili PN przed przenumerowaniem. Poniżej prezentujemy listę przenumerowanych norm odnoszących się do przemysłu. Pełna lista jest dostępna na stronach PKN. Jednocześnie przywrócona została aktualność Polskich Norm wprowadzających Normy Europejskie metodą uznania, wycofanych w wyniku zastąpienia przez Polskie Normy wprowadzające Normy Europejskie w języku polskim zatwierdzone w 2012 r. i opublikowane w 2013 r. W praktyce dotyczy to norm o oznaczeniach takich jak w trzeciej kolumnie powyższej tabeli, ale pozbawionych litery „P” na końcu.

Numer PN opublikowanej

Normalizacyjnego

Promocja

Numer PN po zmianie

PN-EN 12622:2013

Bezpieczeństwo obrabiarek – Prasy hydrauliczne krawędziowe

PN-EN 12622:2010P

PN-HD 60364-4-42:2013

Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 4-42: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa – Ochrona przed skutkami oddziaływania cieplnego

PN-HD 60364-4-42:2011P

PN-HD 60364-5-56:2013

Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 5-56: Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego – Instalacje bezpieczeństwa

PN-HD 60364-5-56:2010P

PN-EN 61812-1:2013

Przekaźniki czasowe do zastosowań przemysłowych i do użytku domowego – Część 1: Wymagania i badania

PN-EN 61812-1:2011P

PN-EN ISO 25457:2013

Przemysł naftowy, petrochemiczny i gazowniczy – Dane szczegółowe dotyczące pochodni używanych w przemyśle rafineryjnym i petrochemicznym

PN-EN ISO 25457:2009P

PN-EN 1114-3+A1:2013

Maszyny do przetwórstwa tworzyw sztucznych i mieszanek gumowych – Wytłaczarki i linie wytłaczarskie – Część 3: Wymagania bezpieczeństwa dotyczące odciągów

PN-EN 1114-3+A1:2008P

Kompatybilność elektromagnetyczna i zagadnienia widma radiowego (ERM) – Urządzenia bliskiego zasięgu (SRD) PN-ETSI EN 302 065 V1.2.1:2013 wykorzystujące technikę ultraszerokopasmową (UWB) w komunikacji – Zharmonizowana EN zapewniająca spełnienie zasadniczych wymagań zgodnie z artykułem 3.2 dyrektywy R&TTE

PN-ETSI EN 302 065V1.2.1:2011P

PN-EN 1114-1:2013

Maszyny do przetwórstwa tworzyw sztucznych i mieszanek gumowych – Wytłaczarki i linie wytłaczarskie – Część 1: Wymagania bezpieczeństwa dotyczące wytłaczarek

PN-EN 1114-1:2011P

PN-EN 415-9:2013

Bezpieczeństwo maszyn pakujących – Część 9: Metody pomiaru hałasu maszyn pakujących, linii pakujących i wyposażenia dodatkowego, klasa dokładności 2 i 3

PN-EN 415-9:2009P

PN-EN 50495:2013

Urządzenia zabezpieczające niezbędne do bezpiecznego działania urządzeń ze względu na zagrożenia wybuchem

PN-EN 50495:2010P

PN-EN ISO 13408-6:2013

Aseptyczne przetwarzanie produktów ochrony zdrowia – Część 6: Systemy izolatorów

PN-EN ISO 13408-6:2011P

PN-EN 60947-3:2013

Aparatura rozdzielcza i sterownicza niskonapięciowa – Część 3: Rozłączniki, odłączniki, rozłączniki izolacyjne i zestawy łączników z bezpiecznikami topikowymi

PN-EN 60947-3:2009P

PN-EN 13001-2:2013

Bezpieczeństwo dźwignic – Ogólne zasady projektowania – Część 2: Obciążenia

PN-EN 13001-2:2011P

PN-EN 61508-1:2013

Bezpieczeństwo funkcjonalne elektrycznych/elektronicznych/ programowalnych elektronicznych systemów związanych z bezpieczeństwem – Część 1: Wymagania ogólne

PN-EN 61508-1:2010P

PN-EN 1012-1:2013

Sprężarki i pompy próżniowe – Wymagania bezpieczeństwa – Część 1: Sprężarki powietrza

PN-EN 1012-1:2011P

PN-EN 50173-1:2013

Technika informatyczna – Systemy okablowania strukturalnego – Część 1: Wymagania ogólne

PN-EN 50173-1:2011P

PN-EN 55024:2013

Urządzenia informatyczne – Charakterystyki odporności – Poziomy wymagane i metody pomiarów

PN-EN 55024:2011P

PN-EN 55022:2013

Urządzenia informatyczne – Charakterystyki zaburzeń radioelektrycznych – Poziomy dopuszczalne i metody pomiarów

PN-EN 55022:2011P

Oprac. na podst. mat. Polskiego Komitetu

Polski tytuł normy

Elementy i wyposażenie Nowości

Modułowe złącza Multi-Contact w automatyce i robotyce Firma Multi-Contact ze Szwajcarii to światowej rangi producent złączy używanych w wielu dziedzinach techniki – wszędzie tam, gdzie liczy się dobry kontakt elektryczny

Fot. Semicon

oraz niezawodność. Automatyka, robotyka, sterowanie do nich również należą.

Do prezentowanych wcześniej na łamach miesięcznika PAR 3/2013 złączy firmy MC polecanych we wspomnianych dziedzinach należy dodać grupę złączy modułowych serii CombiTac dostosowywanych do potrzeb konkretnej aplikacji. Złącza konfigurowane są z modułów zawierających różne rodzaje kontaktów. Konstruktorzy mają do wyboru: • kontakty elektryczne o średnicy od 1 mm do 12 mm, złocone lub srebrzone, przenoszące prądy od 5 A do 300 A przy napięciu znamionowym przewód-ziemia 300 V lub 600 V, z końcówkami do zaciskania, lutowania lub pod śrubę, • kontakty wysokonapięciowe, max. 5 kV, • kontakty BNC dla kabli koncentrycznych, • kontakty dla kabli światłowodowych, • kontakty dla pięciu popularnych termopar: E, J, K, N, T, • kontakty pneumatyczne RCT i UCT o czterech średnicach: od 3 mm do 8 mm, z zaworami odcinającymi lub bez, • kontakty hydrauliczne SCT o średnicy 3 mm, ciśnienie robocze do 15 bar w temperaturze –15 °C do +90 °C, • ośmiobitowe moduły do transmisji danych, w dwóch opcjach: – Cat 6 Ethernet IEEE 802.3, Profibus, Profinet, Interbus, CAN-BUS, – Cat 5 Ethernet IEEE 802.3 (ze złączem RJ–45) w pełni ekranowane (360°, temperatura pracy od –40 °C do +90 °C, powyżej 5 tys. cykli połączeniowych). Złącza CombiTac są składane z modułów izolatorów z otworami na kontakty, spinanych sztywnymi ramkami. Dostępne są złącza do montażu na panelu lub na kablach. Dodatkową ochronę styków – IP65 (lub IP68) zapewniają szczelne aluminiowe obudowy (sześć rozmiarów) typu DIN, a system prowadnic i kluczy pozycjonujących – łatwe i bezbłędne łączenie. Kontakty elektryczne mocy i sygnałowe są wyposażone w specjalne elementy sprężyste wykonane z wielu żaluzjowo ułożonych blaszek z utwardzonej miedzi. Ta opatentowana przez firmę Multi-Contact technologia, nazwana MC Multilam, znacznie poprawia parametry elektryczne i mechaniczne. Prace nad doskonaleniem Multilam wciąż trwają, ponieważ to one zapewniają minimalną rezystancję kontaktu w długim okresie pracy (standardowo: 1–5 tys. cykli połączeniowych, a dla złączy wykorzystywanych w robotyce – do 1 000 000 cykli). Firma MC udostępniła interaktywną aplikację do samodzielnego projektowania złącza – program „CombiTac Configurator” (www.multi-contact.com/Products). Promocja

CombiTac

Złącza CombiTac stosowane są z powodzeniem w skomplikowanych projektach. Wiele aplikacji zrealizowano w Polsce. Wszystkie elementy połączeniowe produkowane przez firmę Multi-Contact odpowiadają obowiązującym normom zapewniając bezpieczeństwo użytkowania (gniazdo wtyczkowe złącza zapewnia ochronę przed dotykiem bezpośrednim – IP2X wg normy PN-EN 60529 ). Wszystkie elementy złącz spełniają wymogi normy RoHs (2002/95/EC). Dodatkowe informacje są dostępne u wyłącznego przedstawiciela firmy MC w Polsce, w firmie Semicon z Warszawy. Alicja Miłosz SEMICON Sp. z o.o. www.semicon.com.pl REKLAMA

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Nauka

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

Proste metody sprawdzania dokładności precyzyjnych mostków termometrycznych (1) Rys historyczny, zasada działania i parametry mostków AC, niekonwencjonalna metoda kontroli zera mostka Aleksander A. Mikhal*, Zygmunt L. Warsza** *Instytut Elektrodynamiki Narodowej Akademii Nauk Ukrainy, Kijów **Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

Streszczenie: W dwuczęściowej publikacji zostaną omówione niekonwencjonalne metody kontroli dokładności wysokoprecyzyjnych mostków termometrycznych przeznaczone do stosowania przy ich kalibracji i w pomiarach temperatur wzorcowych. W części pierwszej przedstawiono w zarysie rozwój historyczny przyrządów do dokładnych pomiarów temperatury, porównano podstawowe parametry metrologiczne współczesnych mostków termometrycznych oraz omówiono zasadę działania precyzyjnych mostków AC z regulowanymi dzielnikami indukcyjnymi. Podano model błędu systematycznego samego mostka, zawierający składową addytywną, multiplikatywną i błąd liniowości. Omówiono sposób pomiaru temperatur tym mostkiem przy użyciu platynowych czujników wzorcowych. Zaproponowano metodę sprawdzania błędu zera mostka polegającą na niekonwencjonalnym dołączaniu do jego wejścia 4-końcówkowych rezystorów wzorcowych. Przy rezystancjach znamionowych w zakresie 0,1 Ω – 100 MΩ uzyskano na wejściu mostka rezystancję zastępczą o wartości mniejszej niż 10 –10 Ω. Jako weryfikację eksperymentalną metody podano wyniki sprawdzenia zera mostka AC własnej konstrukcji. Otrzymano wskazania zbliżone dla każdego z jego zakresów, które nie przekraczały 0,5 LSB i były niezależne od użytej rezystancji standardowej. Słowa kluczowe: precyzyjny mostek temperaturowy AC, metoda kontroli błędu zera mostka

1. Rys historyczny i parametry precyzyjnych mostków temperaturowych Podstawą metrologiczną wzorcowych pomiarów temperatury jest skala międzynarodowa ITS-90. Ma ona szereg punktów kontrolnych (reperów). Temperaturę pomiędzy tymi punktami wyznacza się z pomiarów wzorcowymi rezystorowymi czujnikami platynowymi SPRT (ang. Standard Platinum Resistance Thermometer), stosując zalecone wzory interpolacyjne z dopuszczalnym błędem ±0,0001 K. Rezystancję takiego czujnika mierzy się wysokoprecyzyjnymi mostkami prądu stałego (DC) lub przemiennego (AC) z odniesioną do zakresu pomiarowego rozszerzoną niepewnością względną

poniżej (1–3)·10–7, tj. o dwa rzędy wyższą niż w pomiarach rezystancji mostkami uniwersalnymi. Przez wiele dziesięcioleci precyzyjne pomiary rezystancji elektrycznej były wykonywane kompensatorami i mostkami prądu stałego (DC). Pierwszą wzmiankę o możliwości zastosowania transformatora różnicowego do pomiaru rezystancji podał D. Rosenthal dokładnie 130 lat temu [1, 2], ale dopiero w latach 70. XX wieku rolę tę przejęły mostki AC z dzielnikami indukcyjnymi napięcia (lub prądu) o silnym sprzężeniu magnetycznym. Rozwój techniki pomiarów rezystancji opisał Hall [3]. Pierwsze mostki transformatorowe do pomiarów temperatury z czujnikami rezystancyjnymi opracowali Gibbings, Hill i Foord ze swoimi współpracownikami [4–6]. Podstawowym wymaganiem dla mostków termometrycznych, poza zapewnieniem dokładnego stosunku parametrów ramion, jest czterozaciskowe dołączanie rezystancji wzorcowej i mierzonej, w celu zminimalizowania wpływu rezystancji przewodów doprowadzających. Wpływ niemierzonej składowej reaktywnej na czułość układu mostków AC eliminuje się bez straty dokładności przez kompensację lub detekcję fazoczułą. Znaczne zwiększenie rozdzielczości i dokładności pomiarów uzyskano w mostkach AC z wielostopniowymi dzielnikami indukcyjnymi [7–9]. Wysoka impedancja tych dzielników umożliwiła zachowanie zalet mostków podwójnych DC. Powstały też warunki do automatyzacji równoważenia ich układów pomiarowych. Układy stosowanych w termometrii mostków transformatorowych opracowano 30–35 lat temu. Były one następnie ciągle doskonalone i wyposażane w najnowszą technikę cyfrową. Podstawowe dane metrologiczne wysokoprecyzyjnych przyrządów do pomiarów rezystancji czujników temperatury podano w tab. 1. Z danych w niej przedstawionych wynika, że obecnie najbardziej zaawansowany technicznie jest automatyczny mostek AC o symbolu F900 firmy ASL [10], ale czas realizacji pomiaru jest dość długi. Takich parametrów jeszcze nie osiągnęły intensywnie ostatnio rozwijane układy do pomiarów impedancji z cyfrowym przetwarzaniem chwilowych wartości napięć szeregowo połączonego rezystora wzorcowego z badaną impedancją, zrealizowanym za pomocą szybkich procesorów DSP.

Tab. 1. Podstawowe parametry metrologiczne kilku precyzyjnych mostków temperaturowych (dane ze stron internetowych) Tab. 1. Basic metrological data of some precision thermometric bridges (from websites)

Producent

Tinsley GB

Measurement International Canada

ASL Automatic System Laboratories GB

GuildLine Canada

Hart Scientific, Fluke USA +UE

Typ i model mostka

5840E Automatic Precision Rsistance Thermometer Bridge

6010T Automatic Precision Direct Current Comparator “DCC”

F-900 AC Bridge

6622T

1595A

Zakres pomiarowy

0–350 Ω

1–10 000 Ω

0–260 Ω Rt/Rs = 1,2999999

0,01–1×105 Ω

0–400 Ω

Rozdzielczość

1 ppm

0,001 ppm

0,0005 ppm

±0,001 ppm

0,06 ppm

Błąd liniowości

±5 ppm

0,01 ppm w całym zakresie

1 LSB

0,01 ppm

4 ppm

Prąd pomiarowy

(0,1; 0,3; 1,0; 3,0) mA

0,001–150 mA

0,1–50 mA

0,02–150 mA

0,001–20 mA

Częstotliwość pracy układu

AC 75 Hz

AC 25 Hz, 75 Hz (dla zasilania 50 Hz) 30 Hz, 90 Hz (dla zasilania 60 Hz)

Czas pomiaru

10 s

4–1000 s

20 s

–

Interfejs

IEEE-488 w pełni programowalny

IEEE-488 GRIB

IEEE-488 RS-232C

Dokładność pomiaru temperatury wzorcowej istotnie zależy od metod kalibracji precyzyjnych mostków [11, 12]. W tym celu opracowano specjalne układy [13] oraz oferowane są zautomatyzowane kalibratory [14]. Urządzenia te są kosztowne i dość skomplikowane w stosowaniu, a samodzielne ich powielanie jest ograniczone wskutek zastrzeżeń „know-how”. W publikacjach [15, 16] zaprezentowano przyczyny powstawania błędów mostka, dotychczas stosowane i proponowane proste metody i urządzenia do ich kontroli, w tym omawianą tu metodę badania składowej addytywnej błędu mostka, czyli kontroli zera mostka.

RS-232C

R0 mostka jest równa stosunkowi liczb zwojów obu uzwojeń dzielnika T, tj.

yId = x

(2)

gdzie: x º Rt /R0 – stosunek rezystancji, yId ≡ m1 m 0 – stosunek liczb zwojów cewek dzielnika T.

2. Zasada działania i błędy mostków AC Na rys. 1 podano zastępczy schemat układu pomiarowego precyzyjnych mostków AC. Z warunku równowagi tego układu, zachodzącej przy zerowym wskazaniu detektora D, otrzymuje się podstawowe równanie pomiaru:

Rx = Re (Z X = U D / I 0 )

(1)

Z wyrażenia (1) wynika, że stosunek mierzonej rezystancji Rt termometru platynowego i rezystancji wzorcowej

Rys.1. Schemat zastępczy układu pomiarowego mostków prądu przemiennego AC Fig. 1. Equivalent circuit of the AC measurement bridge

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Nauka

Równanie (2) jest funkcją przetwarzania idealnego mostka i ma postać linii prostej o nachyleniu równym 1. Rzeczywistą charakterystykę opisuje funkcja nieliniowa y = f (x). Wykorzystując wyrazy jej rozwinięcia w szereg, otrzymuje się dla wskazań bieżących

y = x (1 + δ m )(1 + δ l ) + ∆a

(3)

Na rys. 3 przedstawiono schemat układu do wyznaczenia zastępczej rezystancji Rx występującej na zaciskach mostka, gdy rezystor R0 jest dołączony wg układu z rys. 2. Obok rezystancji R0 i rezystancji doprowadzeń r1 – r4 oddziałuje tu też rezystancja wejściowa RD detektora różnicowego i impedancja ZL ujmująca upływu prądu I2 przez izolację do wspólnej masy.

gdzie: Δa = a0 – składowa addytywna (błąd zera) i dm = a1 – 1 – składowa multiplikatywna błędu mostka; dl – błąd liniowości opisany wyrazami rozwinięcia y = f(x) w szereg jako

δl =

1 n ∑ ai x i −1 a1 i = 2

Współczynniki ai są złożonymi i zwykle nieznanymi funkcjami o składowych deterministycznych i losowych różnych czynników wpływających, takich jak: pola rozproszenia obwodów sygnału, transformatorów sieciowych i pomiarowych we wnętrzu mostka, niedokładna wartość rezystancji wzorcowej R0 oraz jej bocznikowanie impedancją wejściową transformatora T (rys. 1), nieidealne parametry rdzenia, wpływ impedancji wyjściowej zasilacza i rezystancji obciążenia itp. Dalsze rozważania dotyczą składowych deterministycznych błędów mostka, czyli błędów systematycznych. W mostkach tych błędy przypadkowe są zwykle znacznie od nich mniejsze i nie przekraczają 0,5 najniższej wskazywanej cyfry (1LSB) wyniku pomiaru. Składowe błędu systematycznego pomiarów rezystancji mostkiem mają znaki przeciwne niż Δa, dm i dl dla mostka. Poniżej zostanie omówiona prosta oryginalna metoda kontroli błędu zera. Natomiast w kolejnej części artykułu zostanie podana metoda badania liniowości mostków temperaturowych. Obie te metody są łatwe w realizacji i powinny zainteresować szeroki krąg metrologów, gdyż mogą okazać się przydatne w bieżącej praktyce laboratoryjnej.

Rys. 2. Schemat zaproponowanego dołączania czterozaciskowgo rezystora R0 dla uzyskania wartości rezystancji mierzonej równej zeru Fig. 2. Conection of the standard rezystor R0 in the case to obtain the equal to zero value of the measured resistance

Mostek temperaturowy AC z definicji mierzy składową rezystancyjną stosunku napięcia na zaciskach napięciowych mostka do prądu płynącego przez jego zaciski prądowe, tj. Rx = Re (Z X = U D / I 0 ). Wartość wyniku pomiaru Rx, którą powinien wskazać mostek dla układu (rys. 2), można oszacować ze schematu zastępczego (rys. 3). W układzie tym zachodzą następujące zależności

I 0 = I 1 + I 2 , I 2 = I 3 + I 4 , I 3R3 = I 4 (RD + r4 )

(4)

z których wynika: ZX =

r1 r3  r3 (1 + r4 / RD )   r3  R0 + Z L + r1 +  1 + RD + r4  (5) 1 + (r3 + r4 ) / RD   

3. Nowa metoda pomiaru błędu zera mostka W proponowanej metodzie sprawdzenie początku zakresu pomiarowego, czyli zera mostka, uzyskuje się przez dołączenie na jego wejściu rezystora wzorcowego R0 w sposób niekonwencjonalny [15], podany na rys. 2. Para ekwipotencjalnych zacisków U1, I1 rezystora R0 jest tu dołączona do zacisków prądowych IH, IL, a druga para U2, I2 – do zacisków napięciowych UH, UL mostka, czyli po obróceniu o 90o względem dołączenia klasycznego (rys. 1). W układzie z rys. 2 prąd roboczy I0 mostka płynie tylko przez rezystancje doprowadzeń r2, r1, a rezystancja R0 pełni rolę zwory łączącej obwody prądowy i napięciowy mostka. Przy takim dołączeniu niemal każdy czterozaciskowy rezystor wzorcowy symuluje zerową wartość rezystancji mierzonej. Wskazanie mostka dla pomiaru rezystancji równej zeru powinno też wynosić zero, jednakże w rzeczywistym mostku taki idealny stan zwykle nie występuje.

Rys. 3. Układ do wyznaczania rezystancji zastępczej dla dołączenia R0 modelującego wartość rezystancji mierzonej równej zeru Fig. 3. Circuit for calculation the equivalent resistance for connection of R0 simulated the measured resistance equal to zero

Wzór (5) upraszcza się przy założeniu, że wszystkie rezystancje doprowadzeń ri są takie same i równe r. Zamiast nieznanej impedancji upływu izolacji ZL można użyć parametru, który zwykle występuje w specyfikacji technicznej urządzeń

elektrycznych, tj. rezystancji izolacji Ri.. Ze względu na bezpieczeństwo obsługi moduł impedancji upływu izolacji ZL nie powinien być mniejszy od jej dopuszczalnej rezystancji, tj. |ZL| ³ Ri, zaś natomiast rezystancja Ri. nie może być mniejsza niż 100 MΩ. Jeśli r/RD £ 10–5, to

RX ≤

r2 R0 + Ri + 2 r

(6)

Po uwzględnieniu wartości rezystancji występujących w rzeczywistych urządzeniach pomiarowych, z wyrażenia (9) wynika, że dla czterokońcówkowej rezystancji o wartości nominalnej R0 < Rx, zastępcza rezystancja RX nie przekracza 10–10 Ω.

Wyniki otrzymane dla kilku rezystorów wzorcowych o różnych wartościach nominalnych podano na rys. 5 [15]. Każdą serię, o około 25 obserwacjach pomiarowych, charakteryzowała prawie taka sama wartość średnia, równa 5,5 μΩ. Wartość ta odpowiada połowie jednostki dla dekady o najmniejszej wskazywanej wartości rezystancji (LSB) i jest składową addytywną błędu systematycznego. Wyznaczone wartości są niezależne od wartości rezystancji wzorcowej R0 w szerokim zakresie od 0,1 Ω do 1 MΩ.

4. Doświadczalna weryfikacja proponowanej metody kontroli zera mostka AC Przydatność przedstawionej metody kontroli zera sprawdzono eksperymentalnie w badaniach dokładności kilku egzemplarzy mostków precyzyjnych. Mierzono składową addytywną błędu mostków na różnych zakresach, czyli ich zero. Obiektem badań były mostki termometryczne CA 300 produkowane jednostkowo w firmie „Specavtomatika” Kijów do 2006 r. Zostały one opracowane pod kierunkiem A. Mikhala i miały różne częstotliwości robocze układu pomiarowego. Mostki CA 300 działają do dziś w laboratoriach metrologicznych Ukrainy, Rosji i innych krajów powstałych po rozpadzie byłego ZSRR.

Rys. 5. Wskazania mostka uzyskane dla czterozaciskowych rezystorów o różnej wartości nominalnej, dołączonych w układzie modelującym rezystancję równą zero Fig. 5. Experimental results obtained for bridge with different nominal value of four-terminal resistors connected by the mode modeling the resistance equal to zero

Tak więc uzyskano eksperymentalnie potwierdzenie, że po niekonwencjonalnym dołączeniu czterokońcówkowej rezystancji R0 do mostka, na jego wyświetlaczu pojawi się wskazanie odpowiadające rezystancji mierzonej równej zero. W tak łatwy, szybki i skuteczny sposób można zidentyfikować jeden z głównych parametrów metrologicznych precyzyjnych mostków termometrycznych – składową addytywną błędu systematycznego mostka.

5. Podsumowanie

Rys. 4. Automatyczny mostek AC typu CA 300 Fig. 4. Automatic bridge AC type CA 300

Jeden z mostków CA 300 przedstawiono na rys. 4. Przyrząd ten ma zakres pomiarowy 0–125 Ω z LSB 10–5 Ω i szerokość pasma szumu dla pojedynczego pomiaru 1 Hz. Inne parametry metrologiczne tego przyrządu były podobne jak w przypadku wcześniejszej wersji precyzyjnego mostka AC firmy ASL o symbolu F18. Dołączano do niego rezystory wzorcowe o wartościach nominalnych od 0,1 Ω do 1 MΩ w sposób przedstawiony na rys. 2. Pomiary przeprowadzano z włączoną w mostku funkcją automatycznego uśredniania kolejnych wskazań. Próbce o minimum 10 pomiarach odpowiadało pasmo szumu o szerokości 0,1 Hz.

Wykazano analitycznie i sprawdzono eksperymentalnie, że za pomocą dowolnego czterozaciskowego rezystora wzorcowego o wartości poniżej 100 MΩ, dołączonego do mostka w sposób niekonwencjonalny, tj. według rys. 2, uzyskuje się rezystancję zastępczą o wartości poniżej 10–10 Ω. Metoda ta może służyć do sprawdzania zera mostka. Przedstawioną oryginalną, a przy tym prostą metodę pomiaru składowej addytywnej błędu mostka można z powodzeniem stosować do kontroli jego zera, w każdym laboratorium metrologicznym dysponującym czterozaciskowymi rezystorami wzorcowymi. W części 2 zostanie zaproponowany sposób wyznaczania nieliniowości całkowitej precyzyjnych mostków AC, nazwany metodą dychotomii. Przeanalizowane zostaną błędy podwójnych rezystorów wzorcowych stosowanych podczas realizacji tej metody oraz przedstawione zostaną uzyskane wyniki sprawdzenia liniowości jednego z precyzyjnych mostków AC własnej konstrukcji.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Nauka

Bibliografia 1. Rosenthal D., Elektrotechnische Zeitschrift, 4, 1883. 2. German Patent No 147359, – 21e, opublikowany –11.01.1904, zgłoszony – 25.02.1903. 3. [www.ietlabs.com/pdf/GenRad_History/A_History_ of_Z_Measurement.pdf] Hall H. P., A history of impedance measurements. 4. Gibbings D.L.H., An alternating current analogue of the Kelvin double bridge, „Proc. IEE”, Vol. 109C, 1962, 307–316. 5. Hill J.J., Miller A.P., An AC double bridge with inductively coupled ratio arms for precision platinumresistance thermometry, „Proc. IEE”, Vol. 110, No 2, 1963, 453–458. 6. Foord T.R., Langlands R.C., Binnie A.J., Transformerratio bridge network with precise lead compensation, „Proc. IEE”, Vol. 110, No 9, 1963, 1693–1700. 7. Brooks H.B., Holtz F.C., The two-stage current transformer, „Transaction of AIEE”, Vol. 41, June, 1922 8. Cutkosky R.D., An automatic resistance thermometer bridge, „IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement”, Vol. 29, No 4, 1980, 330–333. 9. Knight R.B., Precision bridge for resistance thermometry using a single inductive current divider, Euromeas-77; Europe conference on precise electrical measurement, London, 1977, 132–134. 10. [www.aslltd.co.uk] – F900 Primary Thermometry Bridge. 11. Avramov S., Oldham N., Gammon R.,: Inductive voltage divider calibration for a NASA flight experiment, NCSL Workshop & Symposium, Session 3C, 1993, 225–232. 12. White D.R. at all, Uncertainties in the realization of the SPRT subranges of the ITS-90, CCT-WG3 on Uncertainties in Contact Thermometry. CCT/08-19/ rev. 13. White D.R., Jones K., Williams J.M., Ramsey I.E., A simple resistance network for calibrating resistance bridges, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 46, No 5, 1997, 1068–1074. 14. Walker R., Automatic linearity calibration in a resistance thermometry bridge, TEMPMEKO & ISHM 2010 Book of Abstracts. 15. Mikhal A.A., Warsza Z.L., Metody wykrywania składowej addytywnej błędu w precyzyjnych mostkach termometrycznych, „Pomiary Automatyka Kontrola”, Vol. 58, Nr 12, 2012, 1033–1036. 16. Mikhal A.A., Warsza Z.L., Niekonwencjonalna metoda wyznaczania nieliniowości całkowitej precyzyjnych mostków termometrycznych, „Pomiary Automatyka Kontrola”, Vol. 59, Nr 1, 2013, 19–22.

Simple methods to control of the accuracy of precision thermometric bridges (1) Historical review, parameters and circuit operation of AC bridges, new method of its zero control Abstract: In this two part paper referred are two new methods for controlling the accuracy of high precision bridges used in

measurements of standard temperatures. In part 1, after short historical review given are parameters of such bridges and operation of the AC bridge scheme with adjustable transformer voltage dividers based on the strongly magnetic coupling coils is described. Model of the error of temperature measurements by standard resistive Pt sensors (SPRT) connected to these bridges is presented. The additive, multiplicative and linearity components of error are considered. A new method developed for determining the zero of the bridge error is described. It is based on the non standard connection mode of the equipotential pairs of current and voltage terminals of standard resistance to the bridge. It is estimated that up to 100 MΩ of this resistance the effective resistance obtained on the bridge input is less than 10 –10 Ω. Fourterminal standard resistors of 0.1 Ω up to 1 MΩ, in experiments are used and bridge zero readings for such input resistance are find. Results indicate that the additive error of the tested homemade precision bridge CA 300 is about 0.5 LSB of any bridge range and is independent from the nominal value of the used standard resistance. Keywords: precision AC thermometric bridge, additive error, modeling of zero resistance Artykuł recenzowany, nadesłany 04.04.2013, przyjęty do druku 19.07.2013.

doc. dr inż. Zygmunt Lech Warsza Ukończył specjalność Miernictwo Elektryczne na wydziale Elektrycznym Politechniki Warszawskiej w 1959 r., doktor od w 1967 r., docent od 1970 r. Praca: Instytut Elektrotechniki 1958 –63 i 1994 –95. Politechnika Warszawska 1960 –1970, Politechnika Świętokrzyska 1970 –1978 (dziekan – organizator Wydziału Transportu), zorganizował też i kierował Ośrodkiem Aparatury Pomiarowej IMGW 1978 –82 oraz Zakładem Automatyzacji i Pomiarów Instytutu Chemii Przemysłowej 1983 –1992. Doradca Ministra Edukacji Narodowej 1992 –1994, Politechnika Radomska 1983 –2002, obecnie – Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP. Autor lub współautor ok. 160 publikacji, 4 monografii, kilkudziesięciu prac konstrukcyjnych i badawczych, 11 patentów oraz promotor 2 doktorów. e-mail: zlw@op.pl doc. dr inż. Aleksander A. Mikhal W 1981 r. Ukończył Politechnikę Kijowską w dziedzinie radiotechniki. Stopień kandydata nauki uzyskał w 1991 r. W 2000 r. Został powołany na stanowisko docenta. Obecnie kieruje Zakładem Pomiarów Elektrycznych i Magnetycznych w Instytucie Elektrodynamiki Ukraińskiej Akademii Nauk w Kijowie. Główne osiągnięcia: opracował i wdrożył wysoko precyzyjny mostek AC do pomiarów temperatury z niepewnością 0,00001 °C i stanowisko wzorca Ukrainy dla elektrolitycznej przewodności cieczy. Autor ponad 90 publikacji oraz 22 patentów. e-mail: a_mikhal@ukr.net

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

Symulator szybkich procesów dynamiki reaktora jądrowego wodnego ciśnieniowego Kazimierz Duzinkiewicz, Arkadiusz Cimiński, Łukasz Michalczyk Katedra Inżynierii Systemów Sterowania, Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Politechnika Gdańska

Streszczenie: W artykule przedstawiono symulator dynamiki reaktora jądrowego (RJ) zbudowany z wykorzystaniem punktowych modeli matematycznych procesów reaktora typu wodnego ciśnieniowego PWR (ang. Pressurized Water Reactor) i zaimplementowany w środowisku MATLAB/Simulink. Symulator stosowany jest obecnie jako narzędzie pomocne w dydaktyce i wstępnych badaniach w zakresie energetyki jądrowej na Politechnice Gdańskiej. W pierwszej części artykułu autorzy skupili się na szybkich procesach i szybkich oddziaływaniach regulacyjnych, czyli kinetyce neutronów, wymianie ciepła w obszarze rdzenia reaktora oraz regulacji kasetami sterującymi. Model obejmuje efekty reaktywnościowe wpływające na procesy kinetyki neutronów wynikające ze zmiany stanu termicznego rdzenia oraz położenia kaset regulacyjnych. W drugiej części artykułu przedstawiono cechy funkcjonalne symulatora. Słowa kluczowe: symulator, modelowanie matematyczne, reaktor jądrowy, energetyka jądrowa, kinetyka neutronów, wymiana ciepła

związku z planowaną budową pierwszej polskiej elektrowni jądrowej (EJ) i możliwości wyposażenia jej w reaktor typu wodnego ciśnieniowego, włączając się w realizację aktualnego programu jądrowego, postanowiono wykorzystać zdobyte doświadczenie i wyniki badań z poprzedniego programu jądrowego związanego z budową EJ „Żarnowiec”. Wydział Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej jako ośrodek akademicki był w istotny sposób zaangażowany w realizację tego programu, będąc koordynatorem i wykonawcą grupy celów Centralnego Programu Badawczo-Rozwojowego 5.3. “Energetyka Jądrowa”. W artykule, na podstawie wyników prac nad modelami reaktora WWER-440 [1], przedstawiono model szybkich procesów reaktora, a także zbudowany z wykorzystaniem tych modeli, symulator dynamiki RJ umożliwiający przeprowadzenie podstawowych badań o charakterze poznawczym.

1. Elektrownia jądrowa a konwencjonalna Zasadnicza różnica między elektrowniami cieplnymi konwencjonalnymi i jądrowymi wynika z rodzaju procesów wykorzystywanych do generacji ciepła [2, 3]. W elektrowniach cieplnych są to procesy spalania mediów organicznych w energetycznych kotłach parowych. W elektrowniach jądrowych są to procesy łańcuchowej reakcji rozszczepienia jąder izotopów, nazywanych paliwowymi, zachodzące w rdzeniu reaktora jądrowego. Para, wykorzystywana dalej do zamiany energii cieplnej na mechaniczną w turbinach, wytwarzana jest bądź bezpośrednio w reaktorze – elektrownie z reaktorami wrzącymi, bądź w wytwornicy pary – elektrownie z reaktorami ciśnieniowymi, dla której chłodziwo reaktora jest źródłem ciepła. W EJ z reaktorami ciśnieniowymi obieg chłodziwa, które odbiera ciepło generowane w rdzeniu reaktora zamyka się w tzw. obiegu pierwotnym obejmującym reaktor i wytwornicę pary. Między zespołami turbina–generator w elektrowniach cieplnych na paliwo organiczne i na paliwo jądrowe nie ma funkcjonalnych różnic.

2. Budowa i procesy zachodzące w reaktorze jądrowym PWR W EJ z reaktorami typu PWR źródłem energii są reakcje rozszczepienia jąder izotopów uranu i plutonu wywoływane, w dominującej części, neutronami o energii kinetycznej leżącej w zakresie energii termicznych (mała energia). Takie rozwiązanie technologiczne podyktowane zostało wysoką zdolnością takich neutronów do wywoływania rozszczepienia jąder izotopów paliwowych – dużym przekrojem czynnym na rozszczepianie. Powstające w wyniku rozszczepienia neutrony mają z kolei energię kinetyczną leżącą w zakresie energii dużych – należy je spowolnić do poziomu energii termicznych w procesie dyfuzji w środowisku rdzenia reaktora. W tym celu jako medium moderujące wykorzystywana jest (w reaktorach PWR) woda przepływająca w przestrzeni między prętami z materiałem rozszczepialnym. Woda pełni w reak-

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Nauka

torach PWR podwójną rolę – chłodziwa i moderatora. Rdzeń RJ umieszczony jest w ciśnieniowym cylindrycznym zbiorniku. Temperatura oraz ciśnienie chłodziwa są wystarczające dla uzyskania w wytwornicy pary o parametrach termicznych odpowiednich do przetworzenia jej energii cieplnej w turbinie w energię mechaniczną. Zasadniczymi procesami zachodzącymi w rdzeniu reaktora są procesy związane z łańcuchową reakcją rozszczepiania. Ich osią jest proces rozszczepiania jąder izotopów paliwowych. Rozpad promieniotwórczy jądra izotopu paliwowego, wywołany pojedynczym neutronem jest źródłem 2–3 neutronów. W wyniku reakcji rozszczepienia jądra atomu powstają neutrony o różnych energiach. Natomiast ze względu na czas pojawiania się, neutrony dzielą się na natychmiastowe i opóźnione. Neutrony natychmiastowe (ponad 99 % neutronów rozszczepieniowych) emitowane są bezpośrednio w reakcji rozszczepienia, natomiast neutrony opóźnione (mniej niż 1 %) powstają przy rozpadzie promieniotwórczym określonych produktów rozszczepienia. W omawianym typie RJ (PWR) neutrony szybkie spowalniane są do energii termicznych, stąd w symulatorze rozpatrywane są neutrony termiczne natychmiastowe i opóźnione [3, 4]. Wyzwolone neutrony mogą wchodzić w inne niż rozszczepienie jądra reakcje jądrowe, wśród których jako najważniejszą dla podtrzymania reakcji łańcuchowej jest reakcja pochłaniania neutronów przez izotopy pierwiastków inne niż paliwowe. Warunkiem podtrzymania reakcji łańcuchowej jest wywołanie kolejnego rozszczepienia przez co najmniej jeden z nich. W skali makroskopowej relację między liczebnością kolejnych pokoleń neutronów w rdzeniu reaktora określa efektywny współczynnik mnożenia neutronów kef. Jego wartość równa jedności oznacza generowanie w rdzeniu reaktora energii jądrowej z taką samą intensywnością, czyli generowanie stałej mocy. Jego wartość większa od jedności oznacza wzrastanie mocy reaktora, a mniejsza od jedności zmniejszanie mocy. Dla stanów pracy reaktora ze stałą mocą stosuje się częściej inną wielkość charakteryzującą relacje pomiędzy liczebnością neutronów w kolejnych pokoleniach – reaktywność r. Definiuje się ją jako względne odchylenie efektywnego współczynnika mnożenia od jedności, czyli

ρ=

kef − 1

kef

(1)

Umiejętność sterowania mocą reaktora sprowadza się zatem do umiejętności prowadzenia bilansu reaktywności. Jej wartość równa zero oznacza pracę reaktora ze stałą

mocą, większa od zera – wzrastanie mocy, mniejsza od zera – zmniejszenie mocy. Na kształtowanie się bilansu wpływają procesy jądrowe zachodzące w rdzeniu reaktora. Na warunki te można wpływać przez oddziaływania sterujące. Sterowanie wytwarzaną mocą RJ typu PWR polega na zmianie położenia kaset regulacyjnych (sterujących) lub zmianę stężenia kwasu borowego w chłodziwie [3, 4].

3. Zakres modelowania Reaktor jądrowy jest obiektem o parametrach rozłożonych, niestacjonarnym i niejednorodnym. Do budowy symulatora wykorzystano modele stacjonarne o parametrach skupionych, tzn. modele, w których parametry należy traktować jako wartości uśrednione po objętości, i dodatkowo ustatecznione dla pewnych przedziałów czasu. Dla potrzeb budowy symulatora uwzględnione zostały procesy szybkie związane z kinetyką neutronów i wymianą ciepła (paliwo–chłodziwo).

Rys. 1. Efekty reaktywnościowe w RJ Fig. 1. Reactivity effects in a nuclear reactor

W symulatorze uwzględniono wpływ poszczególnych procesów fizycznych na warunki zachodzenia łańcuchowej reakcji rozszczepienia. Wpływ ten wyrażany jest przez tzw. efekty reaktywnościowe (rys. 1).

4. Kinetyka neutronów Model kinetyki neutronów opisuje zmiany gęstości neutronów termicznych n(t) (zależność (2)) oraz 6 grup prekursorów neutronów opóźnionych w czasie (zależność (3)). Na zmianę gęstości neutronów termicznych w rdzeniu RJ ma wpływ wynik bilansu zmiany gęstości spowolnionych neutronów natychmiastowych, zmiany gęstości spowolnionych neutronów opóźnionych oraz natężenie neutronów źródła. Natomiast na zmianę

liczby prekursorów neutronów opóźnionych i-tej grupy ma wpływ wynik bilansu natężenia powstawania jąder prekursorów neutronów opóźnionych należących do i-tej grupy oraz natężenia rozpadania się jąder prekursorów neutronów opóźnionych i-tej grupy. Punktowy model tych procesów jest postaci:

(2)

dC i (t )

kefi (t ) β

( ) λi

()

(3)

gdzie: Ci – średnia gęstość prekursorów neutronów opóźnionych i-tej grupy, kef – współczynnik mnożenia, b – udział neutronów opóźnionych w bilansie neutronów termicznych, l – średni czas życia neutronów natychmiastowych, λi – stała rozpadu prekursorów neutronów opóźnionych i-tej grupy, bi – efektywny udział neutronów opóźnionych i-tej grupy w bilansie neutronów termicznych, s – wydajność zewnętrznego źródła neutronów [1]. Gęstość neutronów w rdzeniu decyduje o wytwarzanej mocy cieplnej. Zależność między tymi wielkościami jest proporcjonalna, tzn. Q R = kQ ⋅ n, gdzie kQ to współczynnik, który zależy m.in. od makroskopowych przekrojów czynnych izotopów paliwowych znajdujących się w rdzeniu, ich gęstości w rdzeniu oraz energii generowanej podczas ich rozszczepienia [1]. Rdzeń RJ, w zależności od wartości współczynnika mnożenia, może znajdować się w jednym z trzech stanów: (i) podkrytycznym (kef < 1), (ii) krytycznym (kef = 1), (iii) nadkrytycznym (kef > 1).

5. Wymiana ciepła element paliwowy – chłodziwo Model wymiany ciepła opisuje zmiany temperatury elementów paliwowych (4) i chłodziwa (5) w czasie. Na zmianę temperatury elementów paliwowych ma wpływ wynik bilansu zmiany całkowitej energii cieplnej generowanej w rdzeniu reaktora Q R i zmiany energii cieplej przenoszonej na styku koszulka paliwowa–chłodziwo. Natomiast na zmianę temperatury chłodziwa w objętości rdzenia ma wpływ wynik bilansu zmiany energii cieplej przenoszonej na styku koszulka paliwowa–chłodziwo i zmiany energii unoszonej poza obszar rdzenia.

(4)

(5)

gdzie: Tfe, Tc, Ti – odpowiednio średnia temperatura elementu paliwowego, chłodziwa w RJ oraz chłodziwa na wlocie, Mfe – całkowita masa elementów paliwowych w objętości rdzenia, cfe – średnie ważone ciepło właściwe elementów paliwowych w rdzeniu, R – oporność cieplna rdzenia, Mc – całkowita masa chłodziwa i materiałów konstrukcyjnych w objętości rdzenia, cc – średnie ważone ciepło właściwe chłodziwa i materiałów konstrukcyjnych rdzenia, w – masowy wydatek chłodziwa przepływającego przez element paliwowy, cp – ciepło właściwe chłodziwa [1].

6. Efekty reaktywnościowe Efekty reaktywnościowe to fizyczne sprzężenia zwrotne od poszczególnych zjawisk zachodzących w RJ (rys. 1). Ponieważ w symulatorze uwzględniono tylko procesy szybkie, zaimplementowano sprzężenia od zmiany: pozycji kaset sterujących Δρst(t), temperatury elementów paliwowych rdzenia RJ Δρep(t) oraz chłodziwa Δρc(t). W RJ, w celu skompensowania wpływu reaktywnościowego poszczególnych zjawisk, istnieje tzw. wbudowany zapas reaktywności Δρz(t), który wyznaczany jest w trakcie projektowania RJ. Przyjęto, że symulacje będą rozpoczynane od stanu początkowego ustalonego podkrytycznego lub krytycznego. Dla symulacji w stanach podkrytycznych przyjęto, że moc cieplna reaktora jest zerowa i efekty reaktywnościowe są pomijane. Dla symulacji rozpoczynających się w stanie krytycznym przyjęto przyrostowy model efektów reaktywnościowych względem początkowego stanu równowagi:

(6)

gdzie: ast, aep, ac – odpowiednio, odpowiednio, współczynnik reaktywności zależy od zmian: położenia prętów kasety sterującej, temperatury rdzenia; Tfe,0, TC,0 – temperatura elementów paliwowych rdzenia i chłodziwa w stanie ustalonym; hst,0 – położenie prętów kasety sterującej w stanie ustalonym.

7. Symulator Symulator został zaimplementowany w środowisku MATLAB za pomocą graficznego interfejsu GUI oraz solvera ode23tb z wykorzystaniem metody RungegoKutty [5]. Pierwszym elementem symulatora jest okno wyboru modułu symulatora. Dostępne są dwa moduły: „Kinetyka neutronów” oraz „Kinetyka i wymiana ciepła”. Moduł „Kinetyki neutronów” (rys. 2) podzielony został na kilka obszarów. W obszarze „Przebiegi” przedstawione są wykresy przebiegów względnej gęstości neu-

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

Nauka

tronów n* i względnej koncentracji prekursorów neutronów opóźnionych C*i, które prezentowane są w wartościach względnych odniesionych do wartości bazowych, czyli parametrów w stanie pracy przy nominalnej mocy RJ. W obszarze „Sterowanie” znajdują się elementy związane ze sterowaniem RJ. Możliwa jest skokowa zmiana: współczynnika kef, położenia kaset sterujących hVI oraz przeprowadzenie awaryjnego zrzutu kaset awaryjnych. Obszar „Wielkości obserwowane” umożliwia obserwację aktualnych wartości najważniejszych zmiennych procesu. W obszarze „Wielkości początkowe” można ustawiać wielkości początkowe symulacji, tj. stan RJ (podkrytyczny lub krytyczny), numer kampanii reaktora nk oraz efektywnej doby kampanii reaktora dk pozwalających na określenie warunków początkowych symulacji. W przypadku wyboru stanu podkrytycznego, możliwe jest: podanie początkowego współczynnika mnoże-

nia reaktora, uwzględnienie lub nie zewnętrznego źródła neutronów oraz wyboru początkowej względnej gęstości neutronów n*(0). Na rys. 2 przedstawiono przykładowe przebiegi n* i C*i w stanie podkrytycznym reaktora dla skokowej zmiany położenia kaset sterujących hst od 175 cm do 185 cm oraz od 185 cm do 175 cm. Wysunięcie kaset sterujących powoduje wzrost liczny neutronów (mniej neuronów wychwytują kasety sterujące), a co za tym idzie wzrost mocy generowanej przez reaktor. Natomiast wsunięcie kaset powoduje zmniejszenie liczby neutronów. Moduł „Kinetyka i wymiana ciepła” (rys. 3), umożliwia badanie temperatury elementów RJ. Okno symulatora zbudowane jest analogicznie jak w przypadku modułu „Kinetyka neutronów”. W górnym oknie przebiegów przedstawione przebiegi: n* i C*i, natomiast w dolnym: T *c oraz T *fe. Przy schematycznym rysunku reaktora jądrowego wyświetlane są: aktualne wartości w, Ti, Tc, Tfe

Rys. 2. Zrzut ekranu modułu „Kinetyka neutronów” – panel obsługi i okna wykresów Fig. 2. Screenshot of the „Neutron kinetics” module – control panel and graph window

Rys. 3. Zrzut ekranu modułu „Kinetyka i wymiana ciepła” – panel obsługi i okna wykresów Fig. 3. Screenshot of the „Neutron kinetics and heat transfer” module – control panel and graph window

100

i wartości początkowe Tc0 i Tfe0. W obszarze „Sterowanie”, poza zmianą wielkości jak w module „Kinetyka neutronów”, możliwa jest skokowa zmiana: w i Ti. Możliwe jest uwzględnienie lub nie w symulacji efektów reaktywnościowych ΔρT(t) związanych ze zmianą Tfe i Tc. Na rys. 3 przedstawiono przykładowe przebiegi n*, C *i, Tc i Tfe dla skokowej zmiany położenia kaset sterujących hst od 175 cm do 185 cm oraz od 185 cm do 175 cm. Wysuniecie kaset powoduje wzrost mocy reaktora i wzrost temperatury elementów paliwowych rdzeniami chłodziwa. Wsunięcie prętów powoduje proces odwrotny.

8. Podsumowanie W artykule przedstawiono dwa moduły symulatora o parametrach skupionych szybkich procesów dynamiki RJ PWR. Moduły te dotyczyły kinetyki neutronów oraz procesów wymiany ciepła pomiędzy elementami paliwowymi oraz chłodziwem. W symulatorze możliwe jest badanie zachowania się wielkości fizycznych RJ (np. względna gęstość neutronów, temperatura chłodziwa) w zależności od warunków początkowych oraz sterowania (pręty sterujące). Oprócz omówionych symulacji, możliwa jest także analiza wpływu zatrucia ksenonem i zapopielenia samarem na kinetykę neutronów. Dalsze prace związane z rozbudową symulatora są ukierunkowane na opracowanie dodatkowych modułów realizujących automatyczne sterowanie, podłączenie dodatkowych urządzeń znajdujących się w obiegu pierwotnym (wytwornica pary, stabilizator ciśnienia), jak i wtórnym (turbina, generator).

Podziękowania Badania zostały wsparte przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach Strategicznego Projektu Badawczego Nr SP/J/10/176450/12. Autorzy pragną wyrazić podziękowanie za wsparcie.

Bibliografia 1. Baum G., Duzinkiewicz K., Michalak A., Wojtoń K., Model symulacyjny podstawowych procesów dynamicznych reaktora typu WWER oparty o modele o parametrach skupionych, Raporty, Instytut Elektroenergetyki i Automatyki, Politechnika Gdańska, Gdańsk 1989. 2. Chmielniak T., Technologie energetyczne, WNT, Warszawa 2008. 3. Kubowski J., Nowoczesne elektrownie jądrowe, WNT, Warszawa 2010. 4. Ackermann G., Eksploatacja elektrowni jądrowych, WNT, Warszawa 1987. 5. Fortuna Z., Macukow B., Wąsowski J., Metody numeryczne, WNT, Warszawa 2002.

Point kinetic and heat transfer basic principles simulator of PWR Abstract: In the paper point kinetics and heat transfer basic principles simulator of light water nuclear power reactor has been presented. The simulator is used as an educational tool and for a preliminary research. In the first part of the paper point models of the fast processes of the light water nuclear power reactor are presented. The neutron point kinetics and heat transfer, as well as the reactivity effect models are described. In the second part of the paper functionalities of the simulator are demonstrated. Keywords: simulator, mathematical modelling, nuclear reactor, nuclear power, neutron kinetics, heat transfer Artykuł recenzowany, nadesłany 08.05.2013, przyjęty do druku 09.08.2013.

dr hab. inż. Kazimierz Duzinkiewicz Kierownik Katedry Inżynierii Systemów Sterowania na Wydziale Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej. Stopień naukowy doktora uzyskał na Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej w 1982 r. Dorobek naukowy obejmuje publikacje z zakresu sterowania systemami złożonymi (przemysł petrochemiczny, systemy elektroenergetyczne, systemy wodociągowo-kanalizacyjne), metody optymalizacji, analizy ryzyka dla obiektów technicznych oraz modelowanie matematyczne. e-mail: k.duzinkiewicz@eia.pg.gda.pl

mgr inż. Arkadiusz Cimiński Absolwent Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej w Katedrze Automatyki (2005). Pracownik Katedry Inżynierii Sterowania. Tematyka jego zainteresowań obejmuje zagadnienia modelowania i sterowania systemami wodociągowymi oraz elektrownią jądrową. e-mail: a.ciminski@eia.pg.gda.pl

mgr inż. Łukasz Michalczyk Absolwent Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej w Katedrze Inżynierii Systemów Sterowania (2010). Słuchacz Studium Doktoranckiego od 2010 r. Obszar jego działalności badawczej obejmuje zagadnienia modelowania i sterowania systemami w przemyśle petrochemicznym i w elektrowni jądrowej. e-mail: michalczyk_l@wp.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

101

Nauka

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

Układ elektroniczny cyfrowej syntezy konduktancji Jacek Korytkowski Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

Streszczenie: W pracy opisano zasadę działania współczesnych elektronicznych układów syntezy immitancji do dokładnej symulacji konduktancji. Szczegółowo omówiono opracowany przez autora układ cyfrowej syntezy konduktancji złożony ze wzmacniaczy monolitycznych oraz zawierający cyfrowo sterowany monolityczny przetwornik cyfrowo-analogowy. Podano opis matematyczny charakterystyki konduktancji symulowanej w funkcji sterującego sygnału cyfrowego. Przedstawiono wyniki badań dokładności modelowego układu symulatora konduktancji w przedziale zmian od ok. 1 mS (milisimensa) do 0,244 µS (mikrosimensa). Opracowany układ elektroniczny umożliwia symulowanie charakterystyki konduktancji z dużą dokładnością, z błędami poniżej 0,01 % (100 ppm). Słowa kluczowe: wzmacniacz monolityczny, monolityczny przetwornik cyfrowo-analogowy, czujnik konduktometryczny, symulacja konduktancji

1. Wprowadzenie Dokładne symulatory konduktancji są niezbędne we współczesnych komputerowych i mikroprocesorowych technikach kontroli właściwości metrologicznych sprzętu automatyki i sprzętu pomiarów przemysłowych. Symulatory te stanowią wyposażenie komputerowych stanowisk pomiarowych oraz mikroprocesorowych testerów przenośnych przeznaczonych zarówno dla producentów sprzętu, jak i dla ich użytkowników w laboratoriach lub na obiekcie. Liczne rozwiązania symulatorów konduktancji były opisywane w polskiej literaturze technicznej [1–5], w tym symulator konduktancji sterowany układem mikroprocesorowym przeznaczony do dokładnej symulacji platynowego termorezystancyjnego czujnika temperatury Pt 100 [2]. Ważną w praktyce grupę układów pomiarowych stanowią układy z wejściowymi czujnikami elektrolityczno-rezystancyjnymi [6], zwanymi też czujnikami konduktometrycznymi [1]. Nazwa „czujnik konduktometryczny” wydaje się bardziej właściwa dla czujników elektrolitycznych, które charakteryzuje w przybliżeniu liniowa zależność konduktancji od stężenia elektrolitu, czyli od zawartości rozpuszczonego w nim związku chemicznego. Przeważnie badane elektrolity są na bazie wody (H2O), ale mogą być tworzone na bazie płynnych związków organicznych. Przewodnictwo prądu elektrycznego charakteryzowane konduktancją elektryczną występuje zarówno w elektrolitach, jak i w stopionych w odpowiedniej

102

temperaturze solach oraz metalach. Stężenie jednego składnika takiego roztworu może się charakteryzować, w przybliżeniu liniową zależnością od mierzonej konduktancji. Dlatego we współczesnych stanowiskach pomiarowych i testerach do kontroli właściwości metrologicznych urządzeń pomiarowych stosowane są dokładne symulatory konduktancji sterowane sygnałem cyfrowym. Z symulatorami konduktancji współpracują różne urządzenia pomiarowe. Mogą to być cyfrowe lub analogowe mierniki, przetworniki pomiarowe o sygnałach wyjściowych analogowych lub cyfrowych oraz mikroprocesorowe regulatory procesów ciągłych. Opisywany w artykule układ cyfrowej syntezy konduktancji, wykorzystujący monolityczny przetwornik cyfrowoanalogowy oraz monolityczne wzmacniacze, autor nazywa cyfrowym syntezatorem konduktancji (ang. conductance synthesizer). Syntezator konduktancji umożliwia wytwarzanie cyfrowo sterowanej konduktancji na podstawie wartości odniesienia rezystancji rezystora dokładnego oraz wartości cyfrowo sterowanego wzmocnienia lub tłumienia sygnału napięciowego (lub prądowego) w układzie elektronicznym z przetwornikiem cyfrowo-analogowym. Celem artykułu jest przedstawienie opracowanego układu syntezatora konduktancji o parametrach dokładności znacznie lepszych od układów dotychczas opisanych w literaturze.

2. Zasada działania symulatorów konduktancji Wejściowy sygnał cyfrowy o odpowiednim kodzie steruje stanami załączeń układu analogowych przełączników sieci zawierającej dokładne rezystory. W układzie realizowane są następujące funkcje [7, 8]:  bezpośrednie zadawanie wartości konduktancji między dwoma zaciskami wyjściowymi symulatora;  zadawanie wartości konduktancji odpowiednio wzmocnionej lub tłumionej przez aktywny układ wzmacniacza i symulowanie jej między dwoma zaciskami wyjściowymi symulatora;  cyfrowe sterowanie współczynnikiem wzmocnienia napięcia proporcjonalnego do mierzonego prądu na wyjściu symulatora i wymuszanie napięcia między jego zaciskami wyjściowymi, lub odpowiednio cyfrowe sterowanie współczynnikiem wzmocnienia prądu proporcjonalnego do mierzonego napięcia na wyjściu symulatora i wymuszanie wartości prądu między jego zaciskami wyjściowymi – w obu przypadkach symulowane są wartości konduk-

tancji między zaciskami wyjściowymi symulatora. Ze względu na sposób realizacji wyróżnia się trzy grupy symulatorów konduktancji:  symulatory dwójnikowe bezpośrednie konduktancji;  symulatory zawierające konwerter lub inwerter impedancji obciążony symulatorem dwójnikowym bezpośrednim rezystancji lub konduktancji;  symulatory, zwane tu syntezatorami konduktancji, zawierające przetwornik cyfrowo-analogowy CA oraz odpowiednie układy wzmacniające służące do pomiaru prądu symulatora lub pomiaru napięcia symulatora, służące do wymuszania odpowiednio sterowanego cyfrowo napięcia lub sterowanego cyfrowo prądu między zaciskami wyjściowymi symulatora. W pierwszej grupie dwójnikowych symulatorów bezpośrednich wykorzystuje się łączenie równoległe rezystorów stanowiących konduktancje bitowe (o wartościach konduktancji proporcjonalnych do wagi bitów sterujących) odpowiednio włączane lub przerywane przełącznikami analogowymi sterowanymi sygnałem cyfrowym w celu otrzymania cyfrowo sterowanej wartości konduktancji. Konduktancja symulatora może zostać opisana wzorem:

Gwy = 2 G (a1 2-1 + a2 2-2 + a3 2-3 + a4 2-4 … + an 2-n), (1)

gdzie: 2 G – pełny zakres konduktancji wyjściowej n-bitowego symulatora; a1, a2, …, an – funkcje dwuwartościowe (wagi) określające stany bitów cyfrowego sygnału sterującego. Wartość G to wartość konduktancji rezystora najbardziej znaczącego bitu, kolejne bity mają wartości konduktancji dwukrotnie mniejsze (G 2-1, G 2-2 itd.). Symulatory dwójnikowe bezpośrednie mają dwie wady. Wadą są niepomijalne wartości rezystancji przełączników analogowych (rząd setek mΩ) w porównaniu do rezystancji włączanych dokładnych rezystorów stanowiących najbardziej znaczące bity, co może być przyczyną błędów przetwarzania, jeżeli nie skoryguje się odpowiednio rezystancji najbardziej znaczących bitów. Drugą wadą tych symulatorów jest konieczność stosowania aż kilku kosztownych rezystorów dokładnych o niejednakowych, różnych wartościach wynikających z wag najbardziej znaczących bitów. Przykładowy symulator konduktancji dwójnikowy bezpośredni, sterowany przez układ mikroprocesorowy, opisany w literaturze [2] jako symulator czujnika Pt 100, zapewnia błąd symulacji rzędu 0,05 % (500 ppm). W drugiej grupie symulatorów z konwerterami lub inwerterami impedancji stosuje się połączenie kaskadowe dwóch konwerterów ujemnej impedancji, a symulator dwójnikowy bezpośredni zadaje wartość konduktancji obciążenia ostatniego konwertera proporcjonalną do cyfrowego sygnału sterującego. Konduktancja ta jest odpowiednio wzmacniana lub tłumiona i przetwarzana na dodatnią konduktancję wejściową pierwszego konwertera, którego zaciski wejściowe są zaciskami wyjściowymi symulatora. W tej grupie symulatorów stosować można znane z elektrotechniki teoretycznej [9] dwa proste, jednowzmacniaczowe konwertery o ujemnej impedancji NIC (ang. Negative Impedance Converter). W drugiej grupie symulatorów stosować też można żyrator stanowiący inwerter o dodatniej impedancji (ang. Positive Impedance Inverter). W realizacji elektronicznej [9] jest to układ dwuwzmacnia-

czowy z siedmioma dokładnymi rezystorami w obwodach sprzężeń i obwodach obciążenia wzmacniaczy. Żyrator ma tę właściwość, że jego konduktancja wejściowa jest dodatnia i jest odwrotnie proporcjonalna do konduktancji obciążenia wyjścia żyratora, tak więc zaciski symulatora stanowią wejście żyratora. W symulatorze tym należy cyfrowo sterować wartością rezystancji zadawanej na wyjściu żyratora odpowiednim symulatorem dwójnikowym bezpośrednim. Wady drugiej grupy symulatorów są takie same jak grupy pierwszej, jednak przy realizacji symulatora z dwoma konwerterami o ujemnej impedancji niezbędna liczba dokładnych rezystorów wzrasta o cztery, a przy realizacji symulatora z układem żyratora liczba dokładnych rezystorów wzrasta o siedem. Przykładowe ceny rezystorów dokładnych podawane są w katalogach [10]. Obecnie cena jednego dokładnego rezystora (0,01 %) jest zbliżona swoim rzędem do ceny monolitycznego przetwornika CA o wysokiej rozdzielczości, np. 16 bitów, co świadczy o dużej przewadze rozwiązań cyfrowych syntezatorów należących do grupy trzeciej, gdzie liczba rezystorów dokładnych nie jest duża. Trzecią grupę symulatorów stanowią układy elektroniczne syntezujące wartość konduktancji między dwoma zaciskami symulatora zgodnie z zależnością opisującą konduktancję takiego dwójnika: (2) gdzie: I – prąd dwójnika, U – napięcie dwójnika. Są dwie możliwości uzyskania sterowania konduktancji proporcjonalnie do sterującego sygnału cyfrowego XC. Pierwsza polega na formowaniu napięcia U odwrotnie proporcjonalnego do sygnału cyfrowego XC, a druga na formowaniu prądu I proporcjonalnego do sterującego sygnału cyfrowego XC. W trzeciej grupie symulatorów możliwe są więc dwie odmiany cyfrowych syntezatorów konduktancji. Pierwsza odmiana cyfrowego syntezatora konduktancji zawiera wzmacniacze i przetwornik CA stanowiące układ formujący sygnał proporcjonalny do prądu I na wyjściu syntezatora oraz formujący i wymuszający napięcie U na dwóch zaciskach wyjściowych syntezatora proporcjonalne do prądu i odwrotnie proporcjonalne do wartości cyfrowego sygnału sterującego XC. A to powoduje, że syntezowana konduktancja jest proporcjonalna do sygnału cyfrowego. Konduktancja takiego syntezatora może być opisana wzorem: Gwy = GO (a1 2-1+ a2 2-2 + a3 2-3 + a4 2-4 + … + an 2-n), (3) gdzie: GO – pełny zakres konduktancji wyjściowej n-bitowego symulatora, a1, a2, …, an – dwuwartościowe stany (wagi) bitów cyfrowego sygnału sterującego. Wartość GO jest odwrotnie proporcjonalna do wartości charakterystycznej rezystancji rezystora dokładnego w torze pomiarowym prądu. Współczynnik proporcjonalności może być też korygowany wzmocnieniem wzmacniacza wymuszającego napięcie na zaciskach wyjściowych. Wadą pierwszej odmiany syntezatora konduktancji, w prostych rozwiązaniach układowych, jest brak wspólnego punktu sygnałowego układu elektronicznego (napięciowego poziomu odniesienia) syntezatora z żadnym z zacisków Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

103

Nauka

wyjścia syntezatora. Układ taki jest bardzo podatny na działanie zakłócających źródeł, na przykład prądów pojemnościowych o częstotliwości 50 Hz sieci zasilającej. A takie źródła zakłócające często występują między elektronicznym układem urządzenia, dla którego jest symulowana konduktancja, a układem elektronicznym syntezatora. W omawianej trzeciej grupie symulatorów jest druga odmiana syntezatora konduktancji, która została opracowana i opisana w niniejszym artykule. W tym przypadku cyfrowy syntezator konduktancji zawiera wzmacniacze i przetwornik CA stanowiące układ formujący sygnał proporcjonalny do napięcia U na wyjściu syntezatora oraz formujący i wymuszający prąd I między zaciskami wyjściowymi syntezatora. Prąd ten jest proporcjonalny do napięcia U oraz jest proporcjonalny do cyfrowego sygnału sterującego XC. Powoduje to, że syntezowana konduktancja jest proporcjonalna do sygnału cyfrowego, a także jest odwrotnie proporcjonalna do wartości charakterystycznej rezystancji rezystora dokładnego zawartego w układzie wymuszającym prąd na wyjściu syntezatora. Zaletą tej drugiej odmiany syntezatora jest wspólny punkt sygnałowy układu elektronicznego syntezatora z jednym z zacisków wyjścia syntezatora. Układ ten jest odporny na działania zakłócających źródeł, a w szczególności na zakłócające prądy pojemnościowe o częstotliwości 50 Hz sieci zasilającej.

3. Syntezator konduktancji z przetwornikiem CA o układzie z sygnałem prądowym wymuszanym na wyjściu syntezatora Uproszczony schemat syntezatora konduktancji o sygnale prądowym wymuszanym na zaciskach wyjściowych został podany na rys. 1. Elektroniczny układ syntezatora o tej zasadzie działania został opracowany w Przemysłowym Instytucie Automatyki i Pomiarów PIAP w Warszawie i został oznaczony symbolem ZK213AI1mS. Jest to układ aktywny, który wymusza wartość prądu IS odbieranego z zacisków wyjściowych „1” i „2” syntezatora. Prąd ten jest proporcjonalny do

napięcia na zaciskach wyjściowych US oraz proporcjonalny do cyfrowego sygnału sterującego XC. Można przedstawić fizyczną realizację takiego syntezatora konduktancji jako kaskadowe połączenie:  wtórnika napięcia ze wzmacniaczem W1 (o nieskończenie dużym wzmocnieniu napięciowym, o pomijalnym napięciu niezrównoważenia na wejściu, o pomijalnej konduktancji wejściowej wzmacniacza) i przetwornika cyfrowo-analogowego CA, które formują sygnał napięciowy U1 o sterowanym współczynniku wzmocnienia napięcia wejściowego US mnożonym przez wartość sygnału cyfrowego sterującego XC według zależności: U1 = US XC,

gdzie:

(4)

XC = a1 2-1 + a2 2-2 + a3 2-3 + … + an 2-n;

 przetwornika sygnału napięciowego U1 na sygnał prądowy IS z inwersją, co oznacza, że dla dodatniego napięcia na wejściu przetwornika, sygnał prądowy jest odbierany przez zacisk wyjściowy „1” tego przetwornika. Transmitancja przetwornika napięcia na prąd ma wymiar konduktancji, a jego sygnał wyjściowy opisuje równanie:

IS =

2 U 1. RS

(5)

Z równań (4) i (5) otrzymamy wzór na konduktancję wyjścia opisujący charakterystykę syntezatora:

(6) gdzie: RS to charakterystyczna rezystancja rezystora dokładnego zawartego w układzie przetwornika napięcia na sygnał prądowy. W układzie został zastosowany monolityczny przetwornik CA typ AD7545A z wbudowaną tak zwaną odwróconą drabinką R–2R [11, 13]. Wymaga on zastosowania wzmacniacza W2 równoważącego prądy formowane cyfrowo na podstawie sygnału sterującego XC z prądem sprzężenia zwrotnego

Rys. 1. Schemat uproszczony syntezatora konduktancji z cyfrowo sterowanym sygnałem prądowym wymuszanym na jego zaciskach wyjściowych 1 i 2 Fig. 1. The simple circuits diagram of conductance synthesizer with digital control current signal applied at output points 1 and 2

104

Rys. 2. Schemat syntezatora konduktancji ZK213AI1mS Fig. 2. The schematic of ZK213AI1mS conductance synthesizer

wzmacniacza W2, w celu wytworzenia sygnału napięciowego równego –USXC. Drugi wzmacniacz W3 pracujący jako dokładny inwerter napięcia formuje nieinwersyjne napięcie +USXC, niezbędne do zrealizowania funkcji sterowanej cyfrowo syntezy konduktancji. Jak wynika ze schematu (rys. 1), ważną zaletą układu jest wspólny punkt wyjścia syntezatora 2 i wspólnego punktu sygnałowego AGND całego układu elektronicznego syntezatora. Schemat układu syntezatora konduktancji o oznaczeniu ZK213AI1mS dla wykonania o zakresie 1 mS został podany na rys. 2. Syntezator ten ma wyjście o połączeniu czteroprzewodowym zwanym też połączeniem Kelvina [12] przystosowanym do bardzo dokładnej symulacji i dokładnych pomiarów rezystancji. Zaciski prądowe oznaczono Hinput, Linput, a napięciowe S„+”, S„−” zgodnie z oznaczeniem tych zacisków w zastosowanym do pomiarów wysokiej dokładności multimetrze typ 2002 firmy Keithley o spodziewanej względnej niedokładności jednorocznej ok. 10 ppm na zakresie 2 kΩ (0,5 mS). W celu uzyskania lepszej przejrzystości na schemacie nie umieszczono kondensatorów odprzęgających, o pojemności 680 nF, dołączanych między wspólny punkt AGND do końcówek 7 poszczególnych wzmacniaczy dla dodatnich napięć zasilających +Uz oraz między wspólny punkt AGND do końcówek 4 poszczególnych wzmacniaczy dla ujemnych napięć zasilających –Uz. Przetwornik CA typu AD7545A ma dopro-

wadzone tylko dodatnie napięcie zasilające +Uz na końcówce 18. Dla tego przetwornika zastosowano dwa kondensatory odprzęgające o pojemności 680 nF między końcówką 18 a AGND, oraz między końcówką 18 a DGND, stanowiącym wspólny punkt zasilania dla sygnałów cyfrowych. Dla sygnałów cyfrowych przetwornika AD7545A zastosowano osobny wspólny punkt zasilania DGND, zasilany z dodatkowego napięcia ujemnego o wartości –0,5 V, a uzyskanego z odpowiednio zasilanej ujemnym napięciem diody krzemowej D4. W ten sposób wyeliminowano wpływ zakłócającego działania sygnałów cyfrowych na obwód syntezatora konduktancji. Na schemacie (rys. 2) przedstawiono układ inwersyjnego przetwornika napięcie –prąd [8], zrealizowany na dwóch tanich wzmacniaczach monolitycznych typu OPA277P (Burr-Brown) oznaczonych na schemacie symbolami W2 oraz W3. W układzie tym, przy spełnieniu warunku: R1 = R2 + R3, prąd wyjściowy IS jest niezależny od napięcia US na wyjściu syntezatora i przy założeniu podanego na schemacie zwrotu prądu, wynikającego z inwersji układu, wartość prądu jest opisana równaniem: 2 kU REF XC , R3

(7) gdzie k »1 jest współczynnikiem podziału dzielnika na wyjściu wzmacniacza W5 służącym do precyzyjnego zestrojenia zakresu nominalnego symulowanej konduktancji. IS =

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

105

Nauka

Rezystancja wejściowa układu przetwornika napięcie– prąd jest na tyle duża, że układ tego przetwornika nie obciąża wyjścia dzielnika napięcia wzmacniacza W5. Zastosowany dzielnik napięcia z wieloobrotowym potencjometrem strojeniowym P52 pozwala na bardzo precyzyjne zestrojenie zakresu nominalnej rezystancji syntezatora. Wzmacniacz W1 jest dokładnym wtórnikiem, również o bardzo dużej rezystancji wejściowej, a dzięki współpracy z przetwornikiem CA i ze wzmacniaczami W4 i W5 (typ OPA277P), wzmocnienie napięciowe tego układu jest proporcjonalne do cyfrowego sygnału sterującego XC. W opisywanym układzie zastosowano zerowanie potencjometrem strojeniowym P11 napięcia niezrównoważenia wzmacniacza W1, co spowodowało, że napięcie wejściowe wzmacniacza US jest praktycznie równe napięciu sprzężenia zwrotnego, zgodnie ze wzorem: US = UREF.

(8)

Przekształcając odpowiednio równania (7) oraz (8), przy założeniu, że sygnał sterowania cyfrowego jest 12-bitowy, otrzymuje się następujący opis charakterystyki symulatora rezystancji: (9) Syntezator ma zakres konduktancji nominalny od 0,999756 mS dla pełnego zakresu, do 0,244 µS dla najmniej znaczącego 12 bitu zwanego LSB. Jako rezystory zakresowe R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7 zastosowano rezystory dokładne RM67Z, RM70Y oraz RM43B o różnicach współczynników temperaturowych rezystancji poszczególnych par rezystorów nieprzekraczających 3 ppm/°C, odpowiednio wyselekcjonowane i korygowane rezystorami równoległymi dla zapewnienia dokładności lepszej od 0,1 %. Wieloobrotowe potencjometry strojeniowe P11, P21, P31, P51, P52 służyły do odpowiedniego zestrojenia rezystorów zakresowych oraz zakresu symulowanej konduktancji

syntezatora. Pozostałe rezystory, niedecydujące bezpośrednio o dokładności, były rezystorami o tolerancji 5 %. Monolityczne wzmacniacze scalone OPA277P miały sprawdzone niewielkie wartości (±2 µV) napięcia niezrównoważenia. W celu zabezpieczenia przed przepięciami obwodów wyjściowych przetwornika CA, na jego końcówkach 1, 2 oraz 3 zastosowano, jako diody ograniczające napięcia D1, D2, D3, złącza kolektor-baza tranzystorów BC107 o dość wysokim napięciu ograniczenia ok. 680 mV, znacznie wyższym od dodatkowego ujemnego napięcia zasilania (–0,5 V) DGND. Dla zapewnienia stabilnej pracy układu wzmacniaczy objętych ujemnymi sprzężeniami zwrotnymi, zastosowano jako ujemne sprzężenie dynamiczne kondensatory o pojemnościach 33 pF lub 10 nF. Poziom szumów zminimalizowano na zaciskach symulatora, gdyż równolegle do nich dołączono kondensator o pojemności ok. 300 nF typu KSF/63 V o pomijalnej upływności. Po uruchomieniu układów dokonano sprawdzenia charakterystyk stosując multimetr cyfrowy typ 2002 firmy Keithley. Wyniki badania charakterystyki układu syntezatora ZK213AI1mS przeznaczonego do symulacji konduktancji o nominalnym zakresie zmian od 0,999756 mS do 0,000244 mS podano w tab. 1. Są to dwie charakterystyki dla ujemnych oraz dla dodatnich napięć wyjściowych między zaciskami 1 oraz 2. Dla ujemnych napięć wyjściowych wyniki oznaczono wy„−”, a dla dodatnich napięć wyjściowych wyniki oznaczono wy„+”. Symbolem Gid oznaczono idealną wartość zadawanej konduktancji sygnałem cyfrowym. Największy błąd nieliniowości charakterystyki nie przekracza 60 ppm. Błąd przy zerowej wartości to +43 ppm. Celem badań eksperymentalnych, w których wykorzystano 12-bitowy tani przetwornik CA [13] było sprawdzenie charakterystyki całego układu syntezatora. Uzyskano błąd nieliniowości mniejszy niż graniczny błąd nieliniowości (relative accuracy [13]) przetwornika CA, który w najgorszym przypadku może wynosić ±1/2 LSB, gdyż producenci dostarczają układy scalone o lepszej dokładności niż gwarantowana. Najniższy punkt pomiarowy odpowiadający sygnałowi

Tab. 1. Zmierzone wartości błędów względnych nieliniowości charakterystyki syntezatora ZK213AI1mS odniesionych do zakresu 1 mS Tab. 1. Measured values of relative errors nonlinearity characteristics of sustained synthesizer ZK213AI1mS, range to 1 mS Gid mS

0,999756

0,87500

0,750000

0,625000

0,500000

0,375000

0,25000

0,125000

0,062500

Gwy mS

0,999753

0,87500

0,749991

0,625002

0,499993

0,374968

0,249975

0,124990

0,062486

dGwy wy„−”

–3 ppm

0 ppm

–9 ppm

+2 ppm

–7 ppm

–32 ppm

–25 ppm

–10 ppm

–14 ppm

Gwy mS

0,999755

0,875005

0,749995

0,625010

0,499996

0,375039

0,250019

0,125025

0,062507

dGwy wy„+”

–1 ppm

+5 ppm

–5 ppm

+10 ppm

–4 ppm

+39 ppm

+19 ppm

+25 ppm

+7 ppm

Gid mS

0,031250

0,015625

0,007813

0,003906

0,001953

0,000977

0,000488

0,000244

0.000000

Gwy mS

0,031193

0,015596

0,007790

0,003870

0,001935

0,000968

0,000483

0,000239

0.000043

dGwy wy„−”

–57 ppm

–29 ppm

–23 ppm

–36 ppm

–18 ppm

–9 ppm

–5 ppm

+43 ppm

Gwy mS

0,031310

0,015656

0,007821

0,003945

0,001974

0,000988

0,000493

0,000248

0,000043

dGwy wy„+”

+60 ppm

+31 ppm

+9 ppm

+39 ppm

+21 ppm

+11 ppm

+5 ppm

+4 ppm

+43 ppm

106

cyfrowemu o wadze najmniej znaczącego bitu (LSB) a12 = 1 dotyczy wartości Gid = 0,000244 mS. W zastosowaniach praktycznych, dla osiągnięcia pomijalnego błędu rozdzielczości nastawy należy stosować przetwornik CA 16-bitowy, co zapewni błąd rozdzielczości nastawy nie większy niż 16 ppm.

4. Podsumowanie W opisanym układzie 12-bitowego syntezatora ZK213AI1mS uzyskano błędy względne charakterystyki nieprzekraczające 60 ppm (0,006 %), odniesione do zakresu nominalnego 1 mS wartości konduktancji. Błąd zera charakterystyki nie przekracza 43 ppm (0,004%). Tak wysokie dokładności symulacji konduktancji mogą zostać zilustrowane przykładowym zastosowaniem symulowania temperatury czujników rezystancyjnych Pt 1000. Przy zastosowaniu opisanego syntezatora konduktancji do symulacji czujnika Pt 1000 w zakresie od 0,1 °C do 850 °C błąd nieliniowości symulowanej charakterystyki nie przekroczy 0,08 °C, co dla zakresu pomiarowego 850 °C oznacza błąd względny nieprzekraczający 95 ppm. Jednak dla takiej aplikacji warto rozważyć zastosowanie układu syntezatora rezystancji [14], dla którego błąd względny pomiaru temperatury może być jeszcze mniejszy. Zaletą opisanego syntezatora konduktancji jest wspólny punkt sygnałowy AGND jego układu elektronicznego z wyjściem syntezatora oznaczonym S„–” (2), co zapewnia odporność na działania przez pojemności zakłócających źródeł prądowych o częstotliwości 50 Hz z sieci zasilającej.

Bibliografia 1. Moroń Z., Pomiary przewodności elektrycznej cieczy przy małych częstotliwościach, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2003. 2. Bartoszewski J., Dusza D., Sterowany cyfrowo symulator czujników termorezystancyjnych, „Pomiary Automatyka Robotyka”, nr 2/2008, 14–18. 3. Przygodzki J.R., Bezstykowe metody pomiarów konduktywności roztworów przewodzących (monografia), Zeszyty Naukowe Politechniki Świętokrzyskiej (E27), Kielce 1992. 4. Suchocki K., Zastosowanie pomiarów przewodności wody morskiej do wyznaczania stopnia jej zasolenia, „Elektronizacja” nr 3/1997, 21–22. 5. Moroń Z., Gęsiarz T., Mikroprocesorowy konduktometryczny miernik stężeń roztworów elektrolitów, XI Konferencja Naukowo-Techniczna: Zastosowania Mikroprocesorów w Automatyce i Pomiarach, Warszawa 1998, Materiały tom 2, 323–326. 6. Łapiński M., Pomiary elektryczne i elektroniczne wielkości nieelektrycznych, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1974. 7. Korytkowski J., Cyfrowo sterowane symulatory rezystancji i konduktancji – przegląd, opisy działania, przykłady rozwiązań, „Pomiary Automatyka Robotyka”, nr 2/2008, 6–13. 8. Korytkowski J., Liniowe i nieliniowe układy ze wzmacniaczami monolitycznymi w urządzeniach pomiarowych, Oficyna Wydawnicza PIAP, Warszawa 2011.

9. Mikołajuk K., Podstawy analizy obwodów energo-elektronicznych, PWN, Warszawa 1998. 10. ELFA DISTRELEC: Metalizowane rezystory foliowe 0,01 %, [www.elfaelektronika.pl/elfa3~pl_pl/elfa/init. do?toc=20011&name=Metalizowane+rezystory+foliowe+0%2C01%25]. 11. Korytkowski J., Układy przetwarzania cyfrowo-analogowego oraz właściwości scalonych przetworników CA, Oficyna Wydawnicza PIAP, Warszawa 2012. 12. Pease R. A., Projektowanie układów analogowych. Poradnik praktyczny, Wydawnictwo BTC, Legionowo 2005. 13. Analog Devices, CMOS 12-Bit Buffered Multiplying DAC AD7545A. Analog Devices Inc.2000 rev.C, [www.analog. com/static/imported-files/data_sheets/AD7545A.pdf]. 14. Korytkowski J., Układ elektroniczny cyfrowej syntezy rezystancji do dokładnej symulacji rezystancyjnych czujników temperatury, „Pomiary Automatyka Robotyka”, nr 5/2013, 86–92.

Digital controlled conductance synthesis electronic circuit Abstract: Principles of conductance simulators operation are described and simulator advantages or demerits are discussed. The paper describes the new electronic circuit for digital controlled conductance synthesis including monolithic amplifies and monolithic digital-analogue converter. On fig. 2 it is shown the electronic schematic of this digital controlled conductance synthesizer. It was formulated equation as the characteristic description of this conductance synthesizer. The experimental examination results of synthesizer model for conductance sensors at the range from 1 mS to 0,244 µS are described. The elaborated electronic circuit of conductance synthesizer have very good qualities of conductance characteristic accuracy, it is better than 0,01 % (100 ppm). Keywords: monolithic amplifier, monolithic digital-analogue converter, conductance sensor, conductance simulation Artykuł recenzowany, nadesłany 11.06.2013, przyjęty do druku 29.07.2013.

dr inż. Jacek Korytkowski, prof. PIAP Ukończył Wydział Elektryczny Politechniki Warszawskiej w 1956 r., doktorat 1972 r., docent 1978 r., prof. nzw. 2010 r. Kierownik Pracowni w Instytucie Elektrotechniki 1962–70. Kierownik Zespołu w Przemysłowym Instytucie Automatyki i Pomiarów w latach 1970–2007. W okresie 1973–1982 starszy wykładowca i docent w Instytucie Sterowania i Elektroniki Przemysłowej Wydziału Elektrycznego Politechniki Warszawskiej. Jest laureatem kilkunastu nagród za wdrożenia przemysłowe, w tym Zespołowej Nagrody Państwowej drugiego stopnia w 1976 r. Ma w swoim dorobku jako autor, współautor lub tłumacz: 8 wydawnictw książkowych, jest autorem lub współautorem 60 publikacji oraz 14 patentów polskich. Jest specjalistą w dziedzinie elektroniki przemysłowej. e-mail: jkorytkowski@piap.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

107

Nauka

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

Adaptacyjna regulacja temperatury w piecu do wypału płytek ceramicznych Ryszard Janas Politechnika Śląska

Streszczenie: W artykule opisano zastosowanie sterowania adaptacyjnego do automatycznej regulacji temperatury w piecu do wypału płytek ceramicznych. Scharakteryzowano dotychczas stosowane techniki regulacji PID, sytuacje ruchowe w sektorze pieca, określono wady takiego rozwiązania i wady produktów powstające w wyniku wahań temperatury w komorze pieca. Zaproponowano rozwiązanie problemu polegające na zastosowaniu regulacji adaptacyjnej, omówiono jej cechy charakterystyczne, sposób doboru parametrów i procedurę ich zmiany w funkcji zmiennej wiodącej, jak również prowadzenie ruchu pieca przy zastosowaniu regulacji adaptacyjnej. Słowa kluczowe: regulacja adaptacyjna, regulator PID, piec ceramiczny, nastawy regulatora, zmienna wiodąca, jakość regulacji, płytki ceramiczne, wady wypału, badania symulacyjne

lub podział wg [15]: –– układ ze sprzężeniem do przodu, –– układ ze sprzężeniem zwrotnym, –– układ z modelem odniesienia, –– układ z estymacją parametrów modelu. Zastosowanie układów sterowania adaptacyjnego jest bardzo szerokie, np. do regulacji temperatury w przechowalniach jabłek [13], gdzie zmiennym parametrem jest malejąca w czasie ich masa, jak również do sterowania wyważeniem samolotu w zależności od zmniejszającej się podczas lotu masy paliwa. Układy takie stosuje się także do regulacji poziomu wody w kulistych zbiornikach [14]. Autorzy wskazują na znaczącą poprawę jakości regulacji po zastosowaniu adaptacji parametrów.

2. Przedstawienie problemu 1. Istota sterowania adaptacyjnego

W procesie wytwarzania ceramiki użytkowej, w szczególności płytek ściennych i podłogowych, jednym z elementów procesu technologicznego jest proces wypału. Jest on realizowany najczęściej w piecu tunelowym sektorowym [1], wewnątrz którego na przenośniku rolkowym TR przesuwa się wsad PŁ (rys. 1). Sektor pieca ma dwa niezależne układy regulacji temperatury, oddzielne dla przestrzeni pod płytkami i nad płytkami. Składają się one z czujnika temperatury C, regulatora R, modulatora przepływu gazu M oraz

Sterowanie adaptacyjne znajduje zastosowanie w przypadkach, kiedy w czasie realizacji procesu regulacji zachodzą zmiany w samym układzie regulacji, bądź na układ ten oddziałują zakłócenia, których wcześniej nie było, lub które są znane i występują w określonych okolicznościach. Zachodzi wtedy zjawisko niedopasowania parametrów regulatora do parametrów obiektu, co wpływa negatywnie na jakość procesu regulacji, prowadząc do nadmiernych uchybów bądź oscylacji. Wyjściem z sytuacji jest ciągłe dopasowywanie parametrów regulacji do parametrów obiektu, osiągane na drodze pomiaru jego parametrów, zakłóceń, jak również innych czynników mających wpływ na proces regulacji [6]. Wyróżniamy kilka typów układów sterowania adaptacyjnego: –– z programową zmianą parametrów regulatora (ang. gain scheduling), –– regulacji bezpośredniej, –– regulacji pośredniej, –– regulacji pośredniej z syntezą reguRys. 1. Schemat sektora pieca latora; Fig. 1. Diagram of the kiln chamber

108

Parametry układu regulacji adaptacyjnej odniesione do rzeczywistego procesu technologicznego: wartość zadana – temperatura wymagana w sektorze wysokotemperaturowym pieca; regulator – regulator PID firmy EROELECTRONIC, typ TFS SERVO; obiekt regulacji – sektor pieca; program zmian parametrów regulatora – program zmieniający wzmocnienie członu P w zależności od sytuacji w sektorze; zmienna wiodąca – zmienna dwustanowa [0; 1] określająca obecność lub nieobecność płytek w sektorze; wielkość regulowana – rzeczywista, zmierzona temperatura w sektorze pieca Rys. 2. Ogólna zasada regulacji adaptacyjnej Fig. 2. General principle of adaptive control

palnika P. Usuwanie produktów spalania z sektora zapewnia wentylator W. Piec składa się z poszczególnych sektorów różniących się temperaturą. Sektory wysokotemperaturowe ogrzewane są palnikami gazowymi, sektory niskotemperaturowe ciepłem spalin pochodzących z sektorów wysokotemperaturowych. We wszystkich przypadkach stosowane są cyfrowe regulatory PID z odpowiednio dobranymi parametrami, gwarantujące osiągnięcie zadanej jakości regulacji zapewniającej prawidłowy przebieg procesu wypału [2]. Parametry te są ustawiane dla danego asortymentu płytek na stałe, niezależnie od sytuacji ruchowej (produkcyjnej) w piecu. Szczególnie ważne jest utrzymanie zadanej wartości temperatury w sektorach wysokotemperaturowych, gdzie temperatura osiąga wartość nawet 1200 °C. Jest to warunek uzyskania zadanych parametrów geometrycznych płytki (płaskość, prostokątność, liniowość krawędzi, wymiary, brak pęknięć, pęcherzy, rozwarstwień), jak również parametrów warstwy wierzchniej (szkliwa), takich jak: kolor, parametry w przestrzeni barw, równomierność, połysk, brak porowatości, gładkość. W sektorach tych regulator PID współpracuje z zaworem proporcjonalnym [3] regulującym dopływ gazu i powietrza do palnika. Zawór taki napędzany jest silnikiem i jego parametrem jest m.in. czas, jaki jest potrzebny do całkowitego otwarcia zaworu z pozycji całkowitego zamknięcia. Temperatura mierzona jest za

pomocą termopar, a proces regulacji jest prowadzony niezależnie dla przestrzeni nad i pod przenośnikiem rolkowym. W warunkach pracy ustalonej (ciągły napływ płytek do pieca) taki układ zapewnia założoną jakość regulacji, co pozwala na osiągnięcie zadanych parametrów jakościowych płytek. Sytuacja zmienia się, gdy z powodów technologicznych lub awarii przerwany zostaje strumień dopływu płytek. Mogą tutaj zachodzić dwa podstawowe rodzaje problemów: 2.1. Przerwa w dopływie płytek jest „krótka” – jest to stan, w którym po zaniku strumienia płytek temperatura w sektorach wzrasta. Przyczyną jest zmiana warunków w sektorze z uwagi na zanik przegrody między przestrzenią górną i dolną, jaką stanowią płytki oraz brak wpływających „zimnych” płytek, jak również opóźnienie w zmniejszeniu strumienia gazu spowodowane określonym czasem reakcji zaworu proporcjonalnego. Następna partia płytek nadchodzi, gdy temperatura jeszcze nie spadła do wartości zadanej, wskutek czego płytki poddane są działaniu zbyt wysokiej temperatury, co jest powodem powstania braków produkcyjnych. 2.2. Przerwa w dopływie płytek jest „długa” – temperatura po początkowym wzroście opada do wartości zadanej, palniki pracują na mocy minimalnej. Parametry regulatora PID są niedopasowane do parametrów „pustego” pieca, z chwilą nadejścia następnej partii temperatura przejściowo spada (reakcja zaworu,

powstanie przegrody), płytki poddane są działaniu zbyt niskiej temperatury, co jest, podobnie jak poprzednio, przyczyną powstawania braków produkcyjnych. W dotychczas stosowanych dokumentacjach techniczno-ruchowych pieców [1] opisywane są sposoby prowadzenia interwencji manualnej (sterowania ręcznego) służb operatorskich pieca w celu ograniczenia liczby braków i zapobiegnięcia uszkodzeniu pieca. Sprowadza się ona do wygaszania części palników, obniżenia temperatury zadanej po przejściu końcowej części strumienia płytek ceramicznych i przywrócenia parametrów nominalnych przed nadejściem następnej partii płytek. Stosowane są także automatyczne procedury interwencyjne, zaimplementowane przez firmy instalujące i uruchamiające piece, jak również przez producenta. Polegają one na zmniejszeniu wartości zadanej o kilkadziesiąt stopni przy powstaniu przerwy w strumieniu płytek (powoduje to zamknięcie zaworu gazowego i chwilowe wygaśnięcie palników) oraz powrocie wartości zadanej do prawidłowej technologicznie tuż przed napływem nowej partii (zawór gazowy otwiera się, palniki zapalają się automatycznie). Nie eliminuje to jednak braków produkcyjnych i w praktyce przemysłowej zwykle pierwsze kilkadziesiąt lub nawet kilkaset płytek po wyżej opisane przerwie posiada dyskwalifikujące wady wynikające z niewłaściwych parametrów wypału. Służby operatorskie starają się zmniejszać tę liczbę wprowadzając do pieca początkowo „dyżurną partię” wybrakowanych wcześniej płytek. Jest to jednak trudne do przeprowadzenia, szczególnie w całkowicie zrobotyzowanych liniach technologicznych stanowiąc dodatkowe zakłócenie w przebiegu procesu i powodując także dodatkowe niepotrzebne zużycie paliwa gazowego. Identyfikacja problemu: Stosowane w praktyce sposoby nie rozwiązują problemu, zmiana wartości zadanej przy zmianie parametrów sektora pieca nie jest działaniem właściwym z punktu widzenia teorii regulacji. Przyczyną problemu jest niedopasowanie parametrów regulatorów PID do parametrów pieca, wynikające z istnienia dwóch różnych stabilnych sytuacji

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

109

Nauka

cieplnych w piecu oraz sytuacji przejściowych wynikających z zanikania wsadu i jego pojawiania się w piecu. Dobranie właściwych parametrów dla każdej sytuacji ruchowej pieca zapewniłoby oczekiwaną stałość temperatury. Parametry te mogą być przełączane skokowo lub w sposób ciągły, który zapewnia możliwie najlepsze dopasowanie nastaw regulatora do obiektu, także w sytuacjach przejściowych.

3. Metodyka rozwiązania problemu Rozwiązanie problemu polega na obliczeniu (określenie) dwóch zestawów parametrów regulatorów PID (dla sektora pieca bez płytek i z płytkami) oraz zastosowaniu sterowania adaptacyjnego poprzez automatyczną zmianę zestawów parametrów (z pozostawieniem niezmienionej wartości zadanej) w określonych przedziałach czasu charakterystycznych dla przemieszczania strumienia płytek przez sektory pieca. Parametry takie byłyby stosowane do regulacji temperatury w przestrzeni nad i pod płytkami. W badanym rozwiązaniu przyjęto koncepcję zastosowania do regulacji temperatury w sektorze pieca przedstawionym na rys. 1, układu regulacji typu „gain scheduling” (rys. 2) z programową zmianą parametrów regulatora określoną przez zmienną wiodącą, którą jest stwierdzona przez system czujników obecność, bądź nieobecność wsadu w sektorze pieca. Zmienna wiodąca może przy tym być określona wyprzedzająco w stosunku do zdarzenia, bowiem system przepływu płytek jest monitorowany począwszy od formowania płytki aż do zapakowania gotowych płytek na palety transportowe. Przyjęcie sterowania adaptacyjnego takiego typu wynika z budowy pieca, jego wyposażenia technologicznego, systemu regulacji temperatury i wyboru zakłóceń (np. zmienność strumienia płytek w czasie), których wpływ na proces wypału powinien być zmniejszony.

4. Możliwości prowadzenia regulacji adaptacyjnej W zakresie przyjętej koncepcji istnieją dwa warianty (algorytmy) prowadzenia regulacji adaptacyjnej: 4.1. Przygotowane są dwa zestawy parametrów regulatora, jeden dla sektora pieca wypełnionego całkowicie płytkami, drugi dla sektora pustego (bez płytek). Zmiana tych zestawów odbywa się skokowo w określonych chwilach cyklu wypału (jest to początek zanikania bądź pojawiania się płytek w sektorze). Osobnym problemem jest określenie momentu przełączania, ponieważ niezależnie od jego wyboru zawsze będzie istniał etap przejściowy, w którym parametry są niedopasowane do aktualnej sytuacji w sektorze. Warto zauważyć, że jeżeli strumień płytek jest symulowany jako przebieg prostokątny, to taki sam musi być przebieg zmian nastaw regulatora. 4.2. Zestawy parametrów przygotowane są jak poprzednio, lecz parametry zmieniane są w sposób ciągły w obu kierunkach, zgodnie z malejącą lub zwiększającą się masą płytek. Masa płytek znajdujących się w sektorze, zwiększa się i zmniejsza liniowo podczas ich zaniku i pojawiania się, zaś stała czasowa obiektu inercyjnego pierwszego rzędu z opóźnieniem, jakim jest sektor pieca, zależy w pewnym

110

Oznaczenia: V – przepływ gazu w %, D – zakres roboczy

– kąt otwarcia zaworu w %,

Rys. 3. Charakterystyka zaworu gazowego sterującego dopływem paliwa do sektora pieca Fig. 3. Characteristics of the gas control valve fuel inlet to the kiln sector

przybliżeniu liniowo od masy ładunku. Zmiana parametrów regulatora współbieżna z masą płytek zapewnia optymalne i ciągłe w czasie dopasowanie parametrów regulatorów PID do zmiennych parametrów cieplnych sektora pieca. Do dalszych rozważań został wybrany wariant 4.1 ze skokową zmianą parametrów.

5. Określenie parametrów procesu regulacji Do określenia parametrów sektora pieca wykorzystano program: „Analizator wielowymiarowych obiektów i sygnałów dla systemu Multi-Edip” wersja 6.0, opracowany w Instytucie Automatyki Politechniki Śląskiej w Gliwicach [16]. Umożliwia on wyznaczenie parametrów obiektu (m.in. wzmocnienie kob, czas opóźnienia To, stała czasowa Tz) na podstawie zarejestrowanych przebiegów wielkości wejściowych i wyjściowych, w tym przypadku modulacji palnika gazowego i temperatury analizowanego sektora pieca. Dla danych wyznaczany jest model ARX1, po czym obliczane są parametry modelu inercyjnego pierwszego rzędu z opóźnieniem (ciągłego w czasie) na drodze minimalizacji sumy kwadratów różnic odpowiedzi skokowej modelu ARX i odpowiedzi modelu ciągłego [9]. Dane takie zostały zarejestrowane podczas rozruchu pieca do wypału płytek ceramicznych po remoncie i zapisane w postaci pliku grzan1.dat (tab. 1). Temperatura jest mierzona w sektorze pieca i stanowi wejście regulatora. Modulacja jest wielkością wyjściową z regulatora i steruje proporcjonalnym zaworem przepływu gazu do palnika ogrzewającego sektor. Model ARX (ang. autoregressive with exogenous input – model autoregresywny z zewnętrznym wejściem) jest dyskretnym modelem wejściowowyjściowym dla procesów stochastycznych.

Tab. 1. Przykładowe dane Tab. 1. Sample data Temperatura [°C]

Modulacja [%]

Temperatura [°C]

Modulacja [%]

Temperatura [°C]

Modulacja [%]

900

1028

127

1122

127

905

1042

127

1121

127

917

1048

127

1120

121

924

1055

127

1119

119

946

127

1060

127

1119

111

957

127

1070

127

1119

114

967

127

1076

127

1119

109

974

127

1085

127

1119

107

986

127

1090

127

1118

107

994

127

1096

127

1118

107

1004

127

1103

127

1118

106

1012

127

1110

127

1118

106

1020

127

1119

127

1119

101

Uwaga: maksymalne wysterowanie zaworu gazowego (maksymalne otwarcie – 100 %) odpowiada wartości modulacji (wielkość wyjściowa z regulatora) 127 % – jest to wartość generowana przez system kompleksowego nadzoru pieca firmy SACMI.

6. Model do symulacji procesu w środowisku MATLAB/Simulink

Po wprowadzeniu danych do programu otrzymano:

kob = 2,01, Tz = 13,95 s, To = 2,00 s

Na podstawie otrzymanych w ten sposób parametrów obiektu zostały obliczone metodą Zieglera-Nicholsa, za pomocą wzorów (1), parametry regulatora PID regulującego temperaturę w sektorze pieca, współpracującego z zaworem gazowym (rys. 3). 1, 4Tz kp = kobTo

TI = 1,3 To

Otrzymano:

TD = 0,5 To

kp = 4,86

TI = 2,60 s

TD = 1,00 s

(1)

gdzie: kp – wzmocnienie członu P, TI – czas (stała) całkowania, TD – czas (stała) różniczkowania. Postępując w analogiczny sposób, wyznaczono dla sektora pieca wypełnionego płytkami parametr

kp = 5,11

Piece rolkowe są szeroko stosowane do wypału płytek ceramicznych, jak również do hartowania płytek stalowych. Do symulacji zjawisk cieplnych zachodzących w ich sektorach stosuje się często modele matematyczne [11, 12], oparte na teorii sterowania, w szczególności dotyczącej opisu obiektów [4, 5], jak również technik regulacji temperatury [7] oraz cyfrowych algorytmów regulacji [8]. W celu zbadania wpływu proponowanego rozwiązania na jakość procesu regulacji, został w tym przypadku również zbudowany model pieca (rys. 4) w środowisku MATLAB/Simulink. Przyjęto przy tym następujące założenia: –– model procesu regulacji jest liniowy – spełnia określone warunki w założonym przedziale wartości zmiennych, –– model zbudowano na podstawie [12], –– nie wzięto pod uwagę oddziaływania promieniowania cieplnego i towarzyszących mu zjawisk opisanych w [10], –– model symuluje temperaturę wewnątrz sektora pieca, –– zostały wzięte pod uwagę przepływy ciepła z i do sąsiednich sekcji, do obudowy, jak również ciepło uchodzące ze spalinami i konieczne do podgrzania powietrza do spalania, –– temperatura nad i pod płytkami jest taka sama. Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

111

Nauka

Przyjęto oznaczenia (rys. 4): q1 – strumień ciepła dostarczany przez palnik w rozpatrywanym sektorze pieca [J/s], q2 – strumień ciepła przepływający z sektora rozpatrywanego do sektora poprzedniego pieca [J/s], q3 – strumień ciepła przepływający z sektora następnego do sektora rozpatrywanego pieca [J/s], Rys. 4. Model sektora pieca Fig. 4. Model of the kiln sector

q1ob – strumień ciepła przepływający z sektora rozpatrywanego do otoczenia [J/s], – całkowite ciepło oddane płytkom w piecu [J/s], [J/s], [J/s], T1 – średnia temperatura w rozpatrywanym sektorze [K], T2 – średnia temperatura w poprzednim sektorze [K], T3 – średnia temperatura w następnym sektorze [K], T1ob – średnia temperatura na obudowie [K], Tpin – temperatura strumienia masy płytek na wejściu do sektora [K], Tpout – temperatura strumienia masy płytek na wyjściu z sektora [K], C1 – pojemność cieplna sektora [J/K],

Rys. 5. Model analizowanego sektora pieca Fig. 5. Model of the analysed kiln sector

R12, R31, R1ob – opory termiczne, odpowiednio: z rozpatrywanej sekcji do sekcji poprzedniej, z sekcji następnej do rozpatrywanej, z sekcji pieca na obudowę [m2K/W], cpw – ciepło właściwe płytek [J/kgK],

m – strumień masy płytek [kg/s].

Równanie bilansu cieplnego sektora: (2) Po podstawieniu (wg oznaczeń jw.):

Rys. 6. Model – wnętrze sektora pieca Fig. 6. Model – inside of the kiln sector

Oznaczenia (rys. 5 i 6): F_gazu – strumień gazu, dm – strumień masy płytek, pozostałe oznaczenia są zgodne z opisem rys. 4.

112

pwTpout q pout = mc

Otrzymujemy:

Dla celów symulacji i modelowania dynamiki samej sekcji pieca, wpływ poszczególnych sąsiednich sekcji został pominięty, zamiast tego wartość R1 została przyjęta jako wartość liczbowa reprezentująca wypadkowy opór termiczny konstrukcji sekcji. Transformata Laplace’a dla sektora pieca:

Na podstawie zależności (2), (3) został zbudowany model sektora pieca w środowisku MATLAB/Simulink (rys. 5, rys. 6). Temperatura w analizowanym sektorze jest regulowana za pomocą regulatora PID, a jego parametry są przełączane skokowo jednocześnie ze zmianami strumienia płytek w sektorze (rys. 7, rys. 8). Przyjęto, że zmieniany będzie współczynnik wzmocnienia kp. Jako moment przełączania przyjęto pojawianie się, bądź znikanie płytek w piecu (skokowa zmiana parametrów). Przewiduje się rozszerzenie symulacji o zmianę parametrów przebiegającą według różnych funkcji, z różnymi wartościami wyprzedzenia w stosunku do zjawisk zachodzących w sektorze.

(3)

Oznaczenia stosowane na rys. 7 i rys. 8: tp – typ strumienia płytek: stały w czasie lub o przebiegu prostokątnym (zanikanie i pojawianie się płytek w piecu), bp – wyłączanie strumienia płytek (badanie sektora pieca całkowicie bez płytek), kor – włączanie lub wyłączanie korekcji parametrów regulatora, awind – włączanie lub wyłączanie funkcji anti-windup regulatora PID, opn – sygnał otwierania zaworu gazowego, cls – sygnał zamykania zaworu gazowego, ln1 – sygnał zmiany parametrów współbieżny ze strumieniem płytek.

Rys. 7. Model zmiennego strumienia płytek Fig. 7. Model of the variable stream of tiles

Rys. 8. Model regulatora PID zastosowanego w procesie symulacji Fig. 8. PID controller model used in the process simulation Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

113

Nauka

7. Wyniki symulacji procesów zachodzących w piecu Przeprowadzono próby modelu układu regulacji temperatury sektora pieca (zadana temperatura 1002 °C – określona w technologii temperatura wypału) w następujących rodzajach pracy: 1. praca pieca z jednostajnym strumieniem płytek, 2. praca pieca ze zmiennym strumieniem płytek bez sterowania adaptacyjnego, 3. praca pieca ze zmiennym strumieniem płytek przy zastosowaniu sterowania adaptacyjnego. Wyniki symulacji przedstawiono na wykresach (rys. 9 –11), gdzie oś pionowa – temperatura w sektorze [°C], oś pozioma – czas [s]. Wykresy temperatury wynikowej sektora w poszczególnych przypadkach przedstawiają się następująco: 1. temperatura sektora pieca jest stała i wynosi 1002 °C – rys. 9, 2. temperatura sektora pieca jest zmienna w czasie – odchyłka wynosi 20,0 °C – rys. 10, 3. temperatura sektora pieca jest zmienna w czasie – odchyłka wynosi 18,0 °C – rys. 11. Z przeprowadzonych badań wynika, że wprowadzenie sterowania adaptacyjnego może poprawić jakość regulacji – odchyłka temperatury po wprowadzeniu korekty współczynnika wzmocnienia jest mniejsza. Należy przypuszczać, że badając różne rodzaje korekt parametrów regulatora, w odniesieniu do strumienia płytek (skokowa, liniowa, wg innej krzywej), jak również wprowadzając korektę parametrów członów różniczkującego i całkującego, jest możliwe znaczące zmniejszenie odchyłki wartości zadanej w trakcie występowania opisywanego zakłócenia, tj. zmiennego w czasie strumienia płytek. Zaobserwowano dodatkowo powstanie niewielkich oscylacji temperatury po wprowadzeniu zmiennego w czasie strumienia płytek, zarówno podczas pracy z adaptacją parametru, jak i bez. Wyjaśnienie źródła i istoty zauważonych oscylacji wymaga dalszych prac badawczych.

114

Rys. 9. Temperatura sektora pieca – jednostajny strumień płytek Fig. 9. Temperature of the kiln section – a steady stream of tiles

Rys. 10. Temperatura sektora pieca – zmienny strumień płytek bez adaptacji parametrów regulatora Fig. 10. Temperature of the kiln section– variable flow of tiles without adaptation of controller parameters

Rys. 11. Temperatura sektora pieca – zmienny strumień płytek z adaptacją parametrów regulatora Fig. 11. Temperature of the kiln section – variable flow of tiles with adaptation of the controller parameters

8 Przeprowadzenie prób ruchowych w warunkach przemysłowych Rezultaty symulacji zostaną zweryfikowane podczas prób na obiekcie rzeczywistym, co jest planowane po przeprowadzeniu pełnego cyklu prób symulacyjnych i potwierdzeniu ich pozytywnego wyniku. Oczekiwana jest poprawa jakości procesu regulacji, charakteryzująca się zmniejszeniem wahań temperatury przy zmianach strumienia płytek, co powinno przyczynić się do zmniejszenia liczby braków produkcyjnych.

9. Wnioski Zastosowanie regulacji adaptacyjnej do sterowania temperaturą w procesie wypału płytek ceramicznych może w wydatnym stopniu poprawić jakość procesu przez zmniejszenie liczby braków, jak również przyczynić się do zmniejszenia zużycia gazu i wzrostu trwałości ceramicznych ścian sektorów pieca. W artykule opisano wybrane etapy prowadzonych badań układów regulacji temperatury w piecach do wypału płytek ceramicznych. Jest to także temat rozprawy doktorskiej, w której będą dyskutowane wyniki przeprowadzonej dokładnej analizy wielu rodzajów zmian strumienia płytek w sektorze pieca i stosowanych w celu poprawienia jakości regulacji poprzez zmianę parametrów regulatora.

Bibliografia 1. Dokumentacja Techniczno-Ruchowa: Piec rolkowy jednowarstwowy SF 01A001A, SACMI FORMI Włochy, 2002. 2. Dokumentacja Regulatora PID firmy EROELECTRONIC, typ TFS SERVO. 3. Dokumentacja zaworu gazowego firmy Kromschröder AG, typ LFC 108. 4. Kaczorek T., Teoria sterowania i systemów, PWN, Warszawa 1999. 5. Bubnicki Z., Teoria i algorytmy sterowania, PWN, Warszawa 2005. 6. Niederliński A., Mościński J., Ogonowski Z., Regulacja adaptacyjna, PWN, Warszawa 1995. 7. Skoczowski S., Technika regulacji temperatury, PAK, Warszawa2000. 8. Pułaczewski J., Cyfrowe algorytmy regulacji, Prace IAiIS PW, Warszawa 1999–2000. 9. Horla D., Sterowanie Adaptacyjne, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2010. 10. Kostowski E., Promieniowanie cieplne, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2009. 11. Kim M.Y., A heat transfer model for the analysis of transient heating of the slab in a direct-fired walking beam type reheating furnace, “Int. J. Heat Mass Transfer”, vol. 50, 2007, 3740–3748.

12. Srisertpol J., Tantrairatn S., Tragrunwong P., Estimation of the Mathematical Model of the Reheating Furnace Walking Hearth Type in Heating Curve Up Process, “International Journal of mathematical models and methods in applied sciences”, Issue 1, Vol. 5, 2011, 167–174. 13. Wachowicz E., Modelowanie procesów zachodzących w przechowalniach jabłek, „Inżynieria Rolnicza” 9(51), 2003, 99–108. 14. VanDoren V., Urbański Ł., Sterowanie adaptacyjne, „Control Engineering Polska”, maj 2011. 15. Isermann R., Lachmann K-H, Matko D., Adaptive Control System, UK, Prentice Hall International 1992. 16. Kasprzyk J., MULTI-EDIP – An Interactive Software Package For Process Identification. Proceedings of the 13th IFAC Symposium on System Identification SYSID’2003, Rotterdam 2003, 1484–1489.

Adaptive temperature control in the kiln for firing ceramic tiles Abstract: The article describes the use of adaptive control for regulation of the temperature in the kiln for firing the ceramic tiles. It describes the PID technology used before and material movement cases in the kiln chamber zone, and also determines defects in the solutions used before and product defects resulting from temperature fluctuations in the kiln chamber. The article presents the problem solution involving the use of adaptive control, its characteristics, guidelines for selecting the parameters, and procedure of their changes as a function of the scheduling variable, as well as the operation of the kiln using adaptive control, simulation studies. Keywords: adaptive control, PID controller, ceramic kiln, controller settings, scheduling variable, adaptive control quality, ceramic tile, firing defects Artykuł recenzowany, nadesłany 08.05.2013, przyjęty do druku 26.07.2013.

mgr inż. Ryszard Janas Autor jest doktorantem Politechniki Śląskiej. Jest nauczycielem akademickim, wicedyrektorem szkoły technicznej, prowadzi zajęcia dydaktyczne w pracowni elektrycznej i elektronicznej w Zespole Szkół Politechnicznych „Energetyk” w Wałbrzychu, zajmuje się regulacją PID i sterownikami PLC, jest twórcą pracowni i wielu stanowisk dydaktycznych do ćwiczeń z zakresu techniki PLC, posiada uprawnienia egzaminatora Centralnej Komisji Egzaminacyjnej w zawodzie technik informatyk i technik mechatronik. e-mail: rjanas1@wp.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

115

Indeks firm zestawienie reklam i materiałów promocyjnych

ABB Sp. z o.o.

tel. 22 22 02 034 www.abb.pl

46–47

Automatyka-Pomiary-Sterowanie SA

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

25, 50–51

B&L International Sp. z o.o.

www.bil.com.pl

Balluff Sp. z o.o.

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

COMAU Poland Sp. z o.o

tel. 32 217 99 55 www.comau.com

62–63

Conrad Electronic Polska

tel. 12 622 98 16 www.conrad.pl

Danfoss Poland Sp. z o.o.

tel. 22 755 06 68 www.danfoss.pl/napedy

PPUH Eldar

116

tel. 22 213 88 76

tel. 77 442 04 04 www.eldar.biz

52–54, IV okł.

Elesa+Ganter Polska Sp. z o.o.

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

3, 7

Elmark Automatyka Sp. z o.o.

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

10, 75

Expo Silesia Sp. z o.o.

tel. 32 788 75 66 www.exposilesia.pl

Farnell element14

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

84–85

Festo Sp. z o.o.

tel. 22 711 42 71 www.festo.pl

59–61

GBI Partners Sp. z o.o.

tel. 22 458 66 10 www.gbi.com.pl

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

I okł., 8, 88–89

ifm electronic Sp. z o.o.

tel. 32 608 74 58 www.ifm.com/pl

igus Sp. z o.o.

tel. 22 863 57 70 www.igus.pl

68–69

IRtech Beata Kasprzycka

tel. 12 267 37 74 www.irtech.pl

Jumo Sp. z o.o.

KUKA Roboter CEE Sp. z o.o. Oddział w Polsce

tel. 71 339 82 39 www.jumo.com.pl

tel. 32 730 32 14

www.kukarobotics.pl

38–39

42–44

MH PRODUKTY – MAŁGORZATA HUTNA

tel. 601 525 602 www.resqtape.pl

Orion Test Systems and Automation Polska

tel. 61 890 64 63 www.oriontest.com

72–74, III okł.

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

tel. 61 835 08 00 www.wobit.com.pl

Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

tel. 22 874 00 00 www.piap.pl

Radwag Wagi Elektroniczne

tel. 48 384 88 00 www.radwag.pl

II okł.

Rittal Sp. z o.o.

tel. 22 310 06 12 www.rittal.pl

30–32

RS Components GmbH

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

SABUR Sp. z o.o.

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

48–49, po 118

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

tel. 22 816 85 78 www.schmersal.pl

SCHUNK Intec Sp. z o.o.

tel. 22 726 25 00 www.schunk.com

36, 37, 64–65

SEMICON Sp. z o.o.

tel. 22 615 73 71 www.semicon.com.pl

.steute Polska

tel. 22 843 08 20 www.steute.pl

TERMO-PRECYZJA sp. j.

tel. 71 782 72 00 www.termo-precyzja.com.pl

Targi Lublin SA

tel. 81 532 37 10 www.targi.lublin.pl

Testo Sp. z o.o.

tel. 22 292 76 82 www.testo.com.pl

33–35

WIKA Polska spółka z ograniczoną odpowiedzialnością sp. k.

tel. 54 23 01 100 www.wikapolska.pl

40–41

9, 66–67

11, 70–71

Pomiary Automatyka Robotyka nr 9/2013

117

REDAKCJA

PRENUMERATA miesięcznika „Pomiary Automatyka Robotyka” Rok 17 (2013) nr 9 (199) 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

118

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.

119

PAR-reklama-broszura-205x295mm.indd 1

2013-02-20 12:05:17

Bądź innowacyjny w automatyce napędowej, zaufaj ekspertom Danfoss i produktom marki VLT® AutomationDrive Najlepszą kontrolę silnika elektrycznego napędzającego maszynę zapewni przetwornica częstotliwości VLT®. Danfoss dzięki globalnej organizacji sprzedaży i serwisu jest obecny i oferuje swoje produkty oraz usługi w ponad 100 krajach. Także w Polsce nasi eksperci służą Klientom fachowym doradztwem.

to rok w historii kiedy Danfoss, jako pierwsza firma na świecie, rozpoczął masową produkcję przetwornic częstotliwości o nazwie VLT®

www.danfoss.pl/napedy

Danfoss Poland Sp. z o.o., ul. Chrzanowska 5, 05-825 Grodzisk Mazowiecki Telefon: (48 22) 755 06 68 telefax: (48 22) 755 07 01 vlt@danfoss.pl

THE REAL DRIVE