PAR 12/2013

12/2013

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

PAR miesięcznik naukowo-techniczny

9 771427 91230 6

12

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

www.par.pl

Temat Numeru

rozmowa par

rynek i technologie

Budynki inteligentne i zeroemisyjne

Philip Harting, wiceprezes zarządu firmy Connectivity & Networks HARTING

Panele, komputery panelowe, oprogramowanie, SCADA

16

33

44

Pobierz bezpłatną aplikację PAR+ i odkryj trzeci wymiar papieru PAR+ to bezpłatna aplikacja mobilna na systemy iOS oraz Android, dzięki której Czytelnicy miesięcznika „Pomiary Automatyka Robotyka” uzyskują bezpośredni dostęp do dodatkowych treści powiązanych z wybranymi publikacjami.

PAR jest pierwszym miesięcznikiem naukowo-technicznym w Polsce, który oferuje swoim odbiorcom to unikatowe rozwiązanie.

Dzięki PAR+można jednym dotknięciem palca obejrzeć film lub animację powiązaną z artykułem, przejść na stronę internetową lub do galerii zdjęć z wydarzenia opisanego w relacji prasowej, przeczytać rozszerzoną wersję artykułu, przejrzeć i pobrać specyfikację produktu opisywanego w artykule, skomentować artykuł na Facebooku, i wiele, wiele więcej.

Więcej informacji na par.pl/plus

Pobierz i uruchom bezpłatną aplikację PAR+

2

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

3

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

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

FACEBOOK

VIDEO

Spis treści

16

Wydarzenia 6

Aktualności

11

Energetics 2013

Temat numeru

Budynki inteligentne i zeroemisyjne 22

Urządzenia Saia do zarządzania zużyciem mediów

25

Napędy i sterowanie do automatyki budynkowej

APLIKACJE 26

Wielofunkcyjny system paletyzacji opakowań szklanych

Temat numeru

Systemy automatyki budynkowej oparte na technologii KNX Wraz z rozwojem techniki rośnie liczba obszarów, w których można zastosować nowoczesne technologie. Współczesne systemy elektroniczne wychodzą ze swojego matecznika – obszarów nauki i przemysłu, znajdując coraz szersze zastosowania także w budynkach mieszkalnych i biurowych.

Nowości

44

12

Nowe produkty

64

Han High Temp – złącza do wysokiej temperatury

65

Han-Eco: sprawdzone i nowe rozwiązania

66

Seria Unistream – nowa gama sterowników

Przegląd rozwiązań dla małych i średnich aplikacji

Czujnik siły i momentu obrotowego – najnowszy trend w robotyce

w interfejsach operatorskich maszyn i urządzeń.

68

Geniusz metody TRIZ tkwi w jej prostocie

kształtowane przez powszechnie dostępne gadżety

69

„Patrząc na to, na co patrzą inni, dostrzega się to, czego nikt nie zauważył”

67

4

Rynek i technologie

Graficzne panele operatorskie z ekranem dotykowym Panele z ekranem dotykowym są coraz częściej obecne Ich funkcjonalność łączy rosnące wymagania użytkowników, elektroniczne, z koniecznością zachowania wysokiego stopnia niezawodności podczas pracy w trudnych warunkach.

33

forum młodych 70

Pierwsza liga robotyczna już działa

Nauka 71

Pomiary LDV amplitudy osiowych oscylacji narzędzi stosowanych w procesach obróbki ze wspomaganiem ultradźwiękowym

mgr inż. Roman Wdowik*, dr inż. Piotr Nazarko**, dr hab. inż. Janusz Porzycki, prof. PRz* *Katedra Technik Wytwarzania i Automatyzacji, Politechnika Rzeszowska **Katedra Mechaniki Konstrukcji, Politechnika Rzeszowska

Rozmowa PAR

Polska jest i będzie ważnym rynkiem dla firmy HARTING Wywiad z Philipem Hartingiem, wiceprezesem zarządu firmy Connectivity & Networks HARTING Führungs AG.

76

Projektowanie urządzeń pomiarowo-sterujących zintegrowanych z systemem KNX

dr inż. Michał Porzeziński – Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki

82

Problemy diagnozowania zaworów maszyn tłokowych

prof. dr hab. inż. Piotr Bielawski – Katedra Diagnostyki i Remontów Maszyn, Akademia Morska w Szczecinie

90

Application of data fusion for welding process diagnostics

Marek Fidali, PhD Eng., Wojciech Jamrozik, PhD Eng. – Institute of Fundamentals of Machinery Design, Silesian University of Technology

Automatyka 36

System JUMO mTRON T – do pomiaru, regulacji i automatyzacji

38

Seria ADAM-6200 – moduły I/O do sieci Ethernet

96 Indeks firm 98

Prenumerata

Pomiary 40

Rozszerzenie zakresu akredytacji laboratorium spółki CZAH-POMIAR

43 Systemy profilowania temperatury marki Phoenix

Rynek i technologie 55

Panele SIMATIC HMI – interfejsy operatorskie spełniające wszystkie wymagania

60

ASIX – SCADA nie tylko dla przemysłu

63

UPC-V315 – komputer odporny na czynniki środowiskowe

12/2013

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

Miesięcznik naukowo-techniczny Pomiary Automatyka Robotyka

PAR miesięcznik naukowo-techniczny

issn 1427-9126 indeks 339512 cena 10,00 zł w tym 8 % VAt

www.par.pl

Rok 17 (2013) nr 12 (202) ISSN 1427-9126, Indeks 339512

Na okładce: złącza przemysłowe i elektroniczne, switche, systemy RFID firmy HARTING

9 771427 91230 6

12

TEMAT NUMERU

ROZMOWA PAR

RYNEK I TECHNOLOGIE

Budynki inteligentne i zeroemisyjne

Philip Harting, wiceprezes zarządu firmy Connectivity & Networks HARTING

Panele, komputery panelowe, oprogramowanie, SCADA

16

33

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

44

5

Wydarzenia AKTUALNOŚCI

Tegorocznych targów Expo Silesia w Sosnowcu organizatorzy nie mogą zaliczyć do udanych. W dniach 13–15 listopada 2013 r. odbyły się cztery imprezy targowe. W zapowiedziach można było przeczytać o licznym udziale firm z takich branż, jak robotyka, hydraulika, automatyka, pneumatyka, techniki smarownicze oraz przetwórstwo tworzyw sztucznych i gumy. Ciekawie zapowiadały się towarzyszące targom seminaria. Ostatecznie cztery imprezy targowe obejmowały łącznie 53 stoiska, wśród których znaczną część stanowiły stoiska patronów medialnych. Na jednym ze stoisk można też było zaopatrzyć się w kolekcję portfeli, toreb lub walizek. Organizator nie wydał tym razem drukowanego katalogu

VIII Spotkanie Użytkowników Systemów B&R W Hotelu Ossa koło Rawy Mazowieckiej, w dniach 9–10 października 2013 r., odbyło się VIII Spotkanie Użytkowników Systemów B&R. Dla firmy B&R w Polsce, organizatora imprezy, zawsze niezmiernie ważne było, aby coroczne spotkanie było atrakcyjne i inspirujące zarówno pod względem zakresu przedstawionej wiedzy, jak i sposobu, w jaki ta wiedza jest prezentowana. Kontynuując te starania, w tym roku firma B&R zaproponowała nową formułę, w której zerwała

6

– ukazał się on jedynie na płycie CD. W katalogu można było przeczytać m.in. o tym, że „Targi Robotyzacji i Automatyzacji ROBOTshow to aktualnie jedyna w Polsce targowa platforma prezentacji ofert branży robotyki i pozyskiwania kontaktów z różnych sektorów przemysłu”. To zdanie, podobnie jak kilka innych, wywołało na pewno szereg dyskusji wśród wystawców i odwiedzających targi.

Gości targowych, zainteresowanych branżą automatyki i robotyki, przyciągnęły zapewne stoiska takich firm, jak KUKA Roboter, Mitsubishi Electric, MV Center, Pepperl+Fuchs oraz Stäubli Łódź. W związku z nikłą frekwencją wystawców organizatorzy nie mieli raczej problemu z przyznaniem nagród.

Nasuwa się tylko pytanie: jaka jest ich „wartość”?

Wyróżnienie Targów Robotyzacji i Automatyzacji ROBOTshow za efektowną formę prezentacji przyznano firmie KUKA Roboter.

Nagrody Targów Przemysłu Gumowego i Tworzyw Sztucznych RubPlast EXPO 2013 to wyróżnienie za skaner 3D scan 3D UNIVERSE 5Mpix, które otrzymała firma Smarttech oraz wyróżnienie za efektowną formę prezentacji targowej przyznane firmie EREMA Engineering Recycling Maschinen und Anlagen.

Uczestnikom Targów Olejów, Smarów i Płynów Technologicznych dla Przemysłu OILexpo 2013 przyznano: medal Expo Silesia – firmie Svantek za zespół mierników poziomu emisji hałasu, wyróżnienie – firmie MTM Dariusz Seferyński za palnik olejowy CTB 180/KTS 220 kW, certyfikat nadania tytułu Srebrnego Partnera targów OILexpo2013 – firmie SmarT Plus.

Przyznano także dwa wyróżnienia Targów Hydrauliki, Automatyki i Pneumatyki HAPexpo: za skaner 2D R2000 – firmie Pepperl+Fuchs oraz za efektowną formę prezentacji – firmie Tech Data Polska.

Imprezy zakończone – gospodarze zapraszają za rok. Może jednak warto się zastanowić, czy nie przesunąć targów jeszcze o kolejny rok?

z tradycyjną formą jednostronnego przekazu podczas prezentacji, na rzecz „antykonferencji” i bezpośredniej wymiany opinii oraz kontaktu pomiędzy uczestnikami.

W tym roku w Spotkaniu Użytkowników Systemów B&R uczestniczyło 88 osób. Po przywitaniu i przedstawieniu nowości organizacyjnych uczestnicy zostali zaproszeni do Kafejek Wiedzy, gdzie mogli nie tylko poznawać prezentowane rozwiązania automatyzacji, lecz również tworzyć wspólną przestrzeń ekspercką, angażując się w dyskusje i dzieląc się doświadczeniami. Uczestnicy mogli m.in. poznać szereg sztuczek i skorzystać ze wskazówek oraz porad, dotyczących efektywnej pracy z narzędziem Automation Studio 4.0. Inżynierowie B&R wyjaśniali, jak za pomocą ethernetowej sieci czasu rzeczywistego POWERLINK można łatwo i skutecznie zintegrować wiele obszarów automatyki oraz w jaki sposób, poprzez redundantność procesora lub sieci, uczynić bezpieczniejszym system automatyki. W Kafejce Wiedzy o nazwie AS 4.0 System Designer przedstawiano wydajne i wygodne narzędzie do zarządzania konfiguracją sprzętową. Zaproszeni goście wykazali też duże zainteresowanie demonstrowanym w Kafejkach Wiedzy oprogramowaniem, umożliwiającym monitorowanie zużycia energii APROL EnMon i chętnie angażowali się w eksperyment wykorzystujący moduł X20 do pomiarów i analizy energii elektrycznej.

Fot. Stäubli Łódź, B&R, IDTechEx, Siemens

Kryzys czy przesyt targami branżowymi?

ASTOR Technology Park, czyli studium inteligentnego budynku W dniach 16–18 października br. w Krakowie odbyła się multikonferencja Intelligent Building Technologies & Multimedia Management – IBTMM 2013.

W trakcie jej trwania przedstawiciele firmy ASTOR zaprezentowali praktyczne przykłady inwestycji realizujących ideę inteligentnych i ekonomicznych budynków oraz metody integracji w jednym systemie IT wielu niezależnych systemów „budynkowych” i automatyki.

W ramach multikonferencji IBTMM odbyły się trzy konferencje, podejmujące tematykę inteligentnych budynków z punktu widzenia systemów automatycznego sterowania, wykorzystania energii odnawialnych, technologii budowlanych oraz systemów zarządzania informacją multimedialną. Zaprezentowano innowacyjne podejście do inteligentnego budynku na przykładzie ASTOR Technology Park, który określany jest mianem „poligonu nowych technologii” – w ramach jednego systemu informatycznego integrowane są m.in. systemy ogrzewania, alarmowe, rekuperacji ciepła oraz kamery.

Termoelektryka i jej rozwój Firma IDTechEx opracowała analizę rynku urządzeń termoelektrycznych. Z raportu wynika, że o ile zjawisko termoelektryczne było od dawna wykorzystywane do chłodzenia lub ogrzewania, to do zamiany różnic temperatury na energię elektryczną jest używane na większą skalę dopiero od niedawna. Termoelektryka w nowoczesnych aplikacjach obejmuje przede wszystkim przemysłowe urządzenia monitorujące, inteligentne systemy pomiarowe i urządzenia montowane w pojazdach. Z raportu wynika, że chociaż obecnie dominują zastosowania militarne i kosmiczne, najszybszy rozwój będzie dotyczył różnego typu aplikacji typowo konsumenckich.

PGE Górnictwo i Energetyka Konwencjonalna SA oraz Konsorcjum firm Siemens Sp. z o.o. i Siemens Industrial Turbomachinery AB zawarły 3 października 2013 r. kontrakt na budowę bloku gazowo-parowego w PGE GiEK SA – Oddział Elektrociepłownia Gorzów oraz świadczenie wieloletniej umowy serwisowej turbozespołów gazowych. Dzięki wykorzystaniu taniego gazu ze źródeł lokalnych budowa bloku w Gorzowie jest rentownym projektem, wykorzystującym efektywną, niskoemisyjną technologię.

Nowy blok będzie stanowił niezależny, kompletny obiekt energetyczny, wyposażony we wszystkie systemy niezbędne dla jego prawidłowej pracy. Zakres kontraktu obejmuje zaprojektowanie, dostawę, roboty budowlane, montaż, rozruch, uzyskanie pozwolenia na budowę, przekazanie do eksploatacji, szkolenie personelu, zapewnienie serwisu gwarancyjnego oraz wieloletniej usługi serwisowej dla turbin gazowych kogeneracyjnego bloku gazowo-parowego o mocy 138 MWe netto, wraz z instalacjami i obiektami pomocniczymi.

Nowa instalacja po części zastąpi dotychczas używane, wysłużone elementy infrastruktury, wykorzystujące węgiel jako paliwo. Będzie działać w oparciu o dwie turbiny gazowe SGT-800 i jedną turbinę parową SST 400, wraz z kompletnym systemem elektrycznym i systemem sterowania.

REKLAMA

Fot. Stäubli Łódź, B&R, IDTechEx, Siemens

Siemens wybuduje blok gazowo-parowy

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

7

Wydarzenia AKTUALNOŚCI

Modułowa stacja elektroenergetyczna ABB dla laboratorium Firma ABB została wybrana na dostawcę stacji elektroenergetycznej dla Laboratorium Aerodynamiki Przepływów Turbinowych. Będzie to największe i najnowocześniejsze tego typu laboratorium na świecie.

W laboratorium będzie można m.in. projektować i testować turbiny montowane w silnikach samolotów nowej generacji, optymalizowane pod kątem profilu, masy, emisji zanieczyszczeń i hałasu. Symulacje mają odbywać się w warunkach

podobnych do tych, jakie występują w czasie lotu – szybkość przepływu powietrza wpychanego w turbinę będzie wynosić nawet 80 kg na sekundę. Laboratorium ma pełnić funkcję bazy infrastrukturalnej oraz ośrodka szkoleniowego.

Ze względu na to, że obiekt będzie zasilany z jednej linii energetycznej, inwestorowi zależało na rozwiązaniu, które zagwarantuje maksymalne bezpieczeństwo dostaw energii elektrycznej. Firma ABB zaproponowała budowę napowietrznej stacji elektroenergetycznej 110 kV w oparciu o transformator mocy 50 MVA oraz najnowocześniejszą aparaturę modułową PASS. Systemowe rozwiązanie, wykorzystujące izolację gazową SF6, ułatwi ewentualną modernizację lub rozbudowę stacji w przyszłości. ABB zaprojektuje i wybuduje też budynek kontenerowy, w którym zainstaluje obwody wtórne dla stacji – szafy zabezpieczeń, układ potrzeb własnych i urządzenia łączności. Wartość całego zamówienia to około 3 mln USD brutto.

Inicjatorem budowy jest konsorcjum naukowo-przemysłowe „Polonia Aero”, w skład którego weszła Politechnika Warszawska, Wojskowa Akademia Techniczna, Wojskowe Zakłady Lotnicze nr 4 oraz firma Avio Aero. Termin realizacji projektu ABB to 31 marca 2014 r. Laboratorium ma zostać oddane do użytku z końcem przyszłego roku.

Nagrody Manufacturing Excellence 2013 rozdane

wych, innowacyjnych produktów i systemów informatycznych, które są dostarczane firmom produkcyjnym.

Ponadto w kategorii zakładów przemysłowych, w dziedzinie utrzymania ruchu, bezpieczeństwa przemysłowego i zarządzania zakładami przemysłowymi, nagrodę otrzymała firma ABB. W dziedzinie biznesu i nauki nagrodzono General Motors Manufacturing, w dziedzinie innowacyjnych produktów – Philips Lighting, a w dziedzinie zarządzania produkcją – Flextronics International Poland.

Poprawa sytuacji w polskim przemyśle Najnowsze analizy pr zeprowadzone przez firmę KPMG i bank HSBC oraz organizację Markit Economics wskazują, że poprawia się sytuacja gospodarcza w polskim przemyśle. Coraz lepiej radzą sobie firmy z branż: elektromaszynowej, papierniczej i meblarskiej. Mimo iż sytuacja gospodarcza jest wciąż uznawana za trudną, a wzrost obrotów w polskiej gospodarce

8

jest wolniejszy niż w 2009 r., nastroje wśród przedsiębiorców poprawiają się – tak wynika z wyliczeń wskaźnika HSBC PMI Polskiego Sektora Przemysłowego, który trzeci miesiąc z rzędu przekroczył 50 punktów. Oznacza to, że polski sektor produkcyjny będzie się szybciej rozwijał, ale na realne efekty tego przyspieszenia trzeba będzie jeszcze trochę poczekać.

Z zaprezentowanych analiz wynika także, ze najgorsza sytuacja dotyczy branży budowlanej, w której spadek obrotów był o 6 punktów proc. wyższy, niż przewidywano niecały rok temu i wyniósł aż 17 proc. w skali roku. Nie ma jednak co się temu dziwić, ponieważ dobry wynik budownictwa w ubiegłym roku wynikał częściowo z realizacji projektów związanych z Mistrzostwami Europy w Piłce Nożnej.

Fot. ABB, Manufacturing Excellence Awards, newseria.pl, Honeywell, Nidec

24 października w Warszawie wręczone zostały po raz pierwszy nagrody Manufacturing Excellence Awards dla firm z regionu Europy Środkowo-Wschodniej. Założeniem Central and Eastern Europe Manufacturing Excellence Awards było wyróżnienie przedsiębiorstw produkcyjnych i dostawców reprezentujących wszystkie gałęzie przemysłu w Europie Środkowo-Wschodniej.

Uroczyste wręczenie nagród poprzedziła konferencja Manufacturing Strategy Summit, w trakcie której dyskutowano o najskuteczniejszych praktykach w dziedzinie produkcji przemysłowej oraz strategiach na rzecz automatyki, strategii HR, projektowania i produkcji.

W kategorii Dostawca Roku w dziedzinie Robotyka/Automatyzacja wygrała firma ASTOR. Nagroda przyznawana jest za doskonałość w zakresie doradztwa i usług outsourcingo-

HONEYWELL zmodernizuje największą skandynawską rafinerię Firma Honeywell została wybrana przez szwedzką firmę Preem AB do modernizacji jednej z największych europejskich rafinerii, zakładu Preemraf Lysekil w południowej Szwecji. Liczba sterowników na terenie zakładu zostanie potrojona.

Do aplikacji wybrano sterowniki Honeywell Enhanced High Performance Process Manager. Wdrożenie powinno znacznie wydłużyć czas życia istniejącego systemu sterowania w rafinerii. Montaż nowego sprzętu odbędzie się w czasie zaplanowanego przeglądu serwisowego w rafinerii, dzięki czemu nie będzie trzeba wstrzymywać prac na dłuższy czas niż przewidywano. Wdrożenie powinno zakończyć się przed upływem końca bieżącego roku.

Sterowniki EHPM, dzięki obsłudze komunikacji peer-to-peer, pozwolą w przyszłości na zaimplementowanie innych komponentów i technologii firmy Honeywell, mimo że obecnie będą współpracować ze starszymi urządzeniami.

Preem AB to największy szwedzki przetwórca ropy naftowej. Przetwarza nawet do 18 mln ton ropy rocznie, co odpowiada ¾ mocy produkcyjnych wszystkich szwedzkich rafinerii. Jet też największym szwedzkim dostawcą oleju napędowego o ultraniskiej zawartości siarki, 10-krotnie niższej niż przewidują wymagania normy Euro 4.

Nidec Sankyo przejmuje Misubishi Materials CMI

Zmiana na stanowisku dyrektora działu systemów mocy ABB Brice Koch, dotychczasowy dyrektor działu Power Systems w firmie ABB odchodzi ze stanowiska, by przejąć funkcję dyrektora generalnego szwajcarskiej firmy Oerlikon. Wolne stanowisko ma zostać obsadzone przed końcem pierwszego kwartału 2014 r.

Brice Koch dołączył do zespołu ABB w 1994 r. i piastował różne funkcje w szwajcarskim oddziale firmy, zanim w 2002 r. objął stanowisko dyrektora działu transformatorów całego koncernu ABB. W 2007 r. został dyrektorem na region Chin i Azji Północnej, a w 2010 r. dołączył do komitetu wykonawczego jako szef działu marketingu. Za dział systemów mocy był odpowiedzialny od marca 2012 r.

Koncern ABB jest jednym z wiodących przedsiębiorstw w branży automatyki i systemów dużej mocy. Cała grupa ABB działa w około 100 krajach świata i zatrudnia łącznie blisko 150 tys. pracowników.

REKLAMA

Fot. ABB, Manufacturing Excellence Awards, newseria.pl, Honeywell, Nidec

Koncern Nidec ogłosił, że jego spółka zależna, Nidec Sankyo, wykupi od koncernu Mitsubishi Materials spółkę Mitsubishi Materials CMI. Firma Nidec Sankyo starała się umocnić swoją pozycję na kilku rynkach i poszukiwała spółek, które mogłaby zakupić w tym celu. W październiku 2012 r. spółka zainwestowała w południowokoreańskiego producenta napędów do sprzętu gospodarstwa domowego. W tym roku zdecydowała się na zakup Mitsubishi Minerals CMI, co pozwoli jej wzmocnić pozycję na rynku motoryzacyjnym oraz rozszerzyć jeszcze bardziej gamę oferowanych produktów.

Dotychczas Nidec Sankyo oferowała przede wszystkim silniki krokowe o małych wymiarach, stosowane w różnego rodzaju urządzeniach elektronicznych, począwszy od napędów optycznych, przez urządzenia multimedialne, a kończąc na precyzyjnych modułach automatyki przemysłowej. Zakup Mitsubishi Minerals CMI pozwoli firmie dostarczać silniki elektryczne do napędzania m.in. zaworów wtrysku paliwa w pojazdach.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

9

Rynek zaworów w Chinach

Sieci ethernetowe w przemyśle

Szybki wzrost przemysłu w Chinach skutkuje dynamicznym rozwojem wielu dziedzin, urządzeń i komponentów przemysłowych. Mimo że wiele wskazuje na pewną stabilizację chińskiego przemysłu, wciąż można zaobserwować silny wzrost w wielu sektorach przemysłu – w tym przypadku zaworów. Analizy ARC Advisory Group wykazują, że większość wzrostu na rynku zaworów, ich aktuatorów i urządzeń sterujących zaworami, związana jest z małymi i średnimi projektami. Rozwój największych inwestycji w Chinach nieco przyhamował, wzrosło jednak zapotrzebowanie na obsługę serwisową i konserwację dotychczas zainstalowanych komponentów. Daje to szanse na rozwój nowych firm, choć i tak w Państwie Środka dominują przede wszystkim międzynarodowi dostawcy. Niemniej sytuacja się zmienia i należy się spodziewać wzrostu popularności lokalnych producentów, takich jak Wuzhong, SICC i SAIC. Ich udział w rynku w 2012 r. znacznie wzrósł.

Z raportu firmy IMS Research wynika, że mimo istnienia różnorodnych przemysłowych standardów ethernetowych w zakładach fabrycznych dominuje on w czystej, konsumenckiej postaci. W 2012 r. na świecie było zainstalowanych około 131 mln przemysłowych urządzeń sieciowych. 27 proc. spośród nich łączyło się za pomocą Ethernetu, przy czym 41 proc. w tej grupie przez klasyczny, konsumencki, 100-megabitowy Ethernet, a 4 proc. przez Ethernet gigabitowy. W rozwiązaniach Ethernetu przemysłowego dominowały standardy EtherNet/IP i PROFINET (po 18 proc. wszystkich rozwiązań ethernetowych), a następnie Modbus TCP/IP (9 proc.). Sieć EtherCAT była użyta w 5 proc. omawianych urządzeń, POWERLINK w 4 proc., a Sercos III w około 1 proc.

Obecnie aż 73 proc. przemysłowych instalacji sieciowych pracuje w oparciu o komunikację inną niż ethernetowa, toteż pole do rozwoju jest bardzo duże.

Słabe perspektywy rynku samodzielnych routerów przemysłowych Jeszcze do niedawna dominującym rozwiązaniem w sieciach przemysłowych było stosowanie routerów i switchy ethernetowych w postaci dwóch niezależnych urządzeń. Aktualne trendy wskazują, że samodzielne routery zostaną zastąpione przez routery zintegrowane ze switchami.

Jak prognozuje firma IHS, samodzielne routery przemysłowe być może nie znikną całkowicie z rynku, ale ich sprzedaż w najbliższych czterech latach będzie stale mala-

ła. Wynika to z faktu, że na rynku jest coraz więcej switchy ethernetowych, pracujących w warstwie trzeciej modelu OSI. Jeszcze do niedawna zdecydowanie dominowały modele pracujące jedynie w warstwie drugiej. Obsługa warstwy trzeciej pozwala realizować funkcje routingu sieciowego na podstawie adresów IP. Trend ten jest przede wszystkim wynikiem chęci wprowadzenia oszczędności. Zastosowanie drogich zarządzalnych switchy ethernetowych i niezależnych, dodatkowych routerów jest znacznie bardziej kosztowne niż użycie urządzeń zintegrowanych.

Duża konkurencja na chińskim rynku DCS

Nagroda GameChanger Award dla UNIVERSAL ROBOTS

Z raportu opracowanego przez ARC Advisory Group wynika, że na chińskim rynku systemów DCS (Distributed Control Systems) trwa zacięta walka o klienta. Skutkuje ona minimalizacją marż i wszystko wskazuje na to, że sytuacja nie ulegnie zmianie w najbliższych latach.

Na chińskim rynku rozproszonych systemów sterowania działają zarówno dostawcy lokalni, jak i oddziały międzynarodowych koncernów. Ze względu na dużą konkurencję wszystkie one są zmuszone do walki o klienta, co prowadzi przede wszystkim do spadku cen oferowanych produktów. Aby skompensować spadające zyski, dostawcy starają się oferować coraz więcej dodatkowych usług i akcesoriów, na których marże są znacznie wyższe. Wskutek tego rośnie też sprzedaż dodatkowych komponentów do systemów rozproszonego sterowania.

Firma Universal Robots została nagrodzona przez amerykański magazyn „Robotics Business Review” za robota UR5.

Nagroda GameChanger Award została przyznana firmie Universal Robots w dziedzinie interakcji maszyn z człowiekiem. Mimo iż UR5 nie jest systemem HMI, jest świetnym przykładem tego, w jaki sposób ludzie mogą współpracować z maszynami. Parametry robota, takie jak niewielka masa, rozmiary i udźwig sprawiają, że może on bezpośrednio współpracować z człowiekiem, nie narażając nikogo na utratę zdrowia lub życia.

10

Dział powstaje we współpracy z portalem

Fot. ARC Advisory Group, IMS Research ARC, Robotics Business Review

Wydarzenia AKTUALNOŚCI

RELACJE Wydarzenia

ENERGETICS 2013 Automaticon, Energetab… i gdzie jeszcze? Oto dylemat wielu wystawców z branży automatyki, planujących kalendarz imprez targowych. Jedną

Fot. ARC Advisory Group, IMS Research ARC, Robotics Business Review, S. Ścibior (PAR)

z nowszych propozycji są Lubelskie Targi Energetyczne Energetics.

Tegoroczna, szósta już edycja tych targów zakończyła się 21 listopada.

Podczas trwającej trzy dni imprezy zwiedzający mogli zapoznać się z ofertą ponad 140 firm oraz wziąć udział w jednym z kilku towarzyszących targom szkoleń, seminariów czy paneli dyskusyjnych.

Całkowita powierzchnia ekspozycji wyniosła 1728 m2, a liczba zwiedzających przekroczyła 4,5 tys.

Podobnie jak w dwóch poprzednich latach, imprezę zorganizowano w tandemie z Targami Technologii Szerokopasmowych Infostrada. Te ostatnie jednak wyraźnie zostały zdominowane przez stoiska administracji państwowej, a ściśle rzecz biorąc, wspólne, ogromne stoisko Minister-

stwa Administracji i Cyfryzacji, Ministerstwa Finansów Ministerstwa Pracy i Polityki Społecznej, Ministerstwa Sprawiedliwości, a ponadto Centrum Projektów Informatycznych (ePUAP) i Instytutu Łączności – PIB. Niewątpliwym plusem lubelskich targów jest infrastruktura – przestronna, widna i nowoczesna hala z rozległymi parkingami wokół zapewnia komfort zarówno wystawcom, jak i zwiedzającym.

Doskonałe warunki i dobra organizacja to zalety, które w kuluarowych rozmowach wystawcy podkreślali najczęściej.

Nieco gorzej jest z dojazdem i wyjazdem z obiektu – ze względu na licznie

prowadzone w Lublinie prace drogowe wystawcy nocujący w hotelach zlokalizowanych na obrzeżach miasta muszą zarezerwować sobie około godziny na dojazd do Targów Lublin, z kolei wyjazd wiąże się z koniecznością „wystania” minimum pół godziny, a to ze względu na bardzo zakorkowaną w godzinach popołudniowych ulicę Młyńską, do której prowadzi jedyny wyjazd z targów ulicą Dworcową. Problemy komunikacyjne to jednak bolączka wielu centrów targowych w Polsce, i ani EXPO XXI w Warszawie, ani ZIAD w Bielsku-Białej nie prezentują się pod tym względem lepiej.

Zdecydowanie najmniej korzystnie wypada natomiast ruch na targach.

Owszem, w godzinach targowego szczytu (1100–1400) w hali robiło się nawet tłoczno, ale nie można oprzeć się wrażeniu, że frekwencję zapewniali głównie studenci z Politechniki Lubelskiej oraz uczniowie i nauczyciele z lubelskich techników. Pod względem liczby gości targom Energetics wiele jeszcze brakuje do bijącego rekordy popularności Energetabu (21 tys. zwiedzających w 2013 r.), choć z drugiej strony mówimy tu o kilkukrotnie mniejszej imprezie wystawienniczej, i to zarówno pod względem liczby stoisk, jak i powierzchni zabudowy.

Jednak na tle targów o podobnej wielkości, jak np. EuroLab/CrimeLab, Lubelskie Targi Energetyczne wypadają już całkiem przyzwoicie.

Wracając do pytania z początku artykułu: Energetics na pewno nie ma ambicji konkurowania z dwiema najważniejszymi imprezami targowymi w kraju, czy jednak dobre zaplecze ekspozycyjne i organizacja to wystarczający wabik dla wystawców, których marki i oferta przyciągną rzesze zwiedzających? – wydaje się, że przetrwanie targów w perspektywie najbliższych kilku lat, bez odpowiedniej promocji i lobbingu wśród przedstawicieli przemysłu energetycznego, jest poważnie zagrożone. Mamy jednak nadzieję, że ta diagnoza okaże się mylna.

Seweryn Ścibior

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

PAR

11

Nowości Nowe produkty

Prowadnice liniowe GN 491 i GN 492

Firma Elesa+Ganter rozszerzyła ofertę o nowy rodzaj prowadnic liniowych z napędem na śrubie trapezowej. Nowe produkty, noszące oznaczenia GN 491 i GN 492, są przeznaczone do zastosowań w układach regulacji dużych i ciężkich urządzeń. Mogą także stanowić ważne uzupełnienie osprzętu linii produkcyjnych. Nowe układy techniki liniowej mają aluminiowe korpusy, malowane epoksydowo na czarno (RAL 9005). Między nimi osadzono aluminiowy wózek, a jako łącznik obu elementów zastosowano dwie precyzyjne rury chromowane, po których wózek się porusza. Śruba trapezowa oraz nakrętka odpowiadają za napęd wózka.

REKLAMA

12

Promocja

Zastosowanie obu tych elementów pozwala na uzyskanie dokładności pozycjonowania wózka rzędu 0,2 mm/300 mm.

Maksymalny moment obrotowy śruby to 250 obr./min.

Wynik ten został osiągnięty dzięki osadzeniu śruby w korpusach za pomocą łożysk kulkowych.

Prowadnica liniowa GN 491 jest wyposażona w pojedynczy wózek. Model GN 492 zbudowany jest z dwóch wózków, spiętych razem płytą aluminiową, co pozwala na uzyskanie większych obciążeń osiowych i momentów skręcających.

Prowadnice GN 491 i GN 492 są wykonywane w dwóch wielkościach: • średnica rur prowadzących 30 mm dla śruby TR 14 × 4,

• średnica rur prowadzących 50 mm dla śruby TR 20 × 4.

Nowe prowadnice liniowe są oferowane w czterech wariantach standardowej długości skoku: 100 mm, 150 mm, 200 mm i 300 mm. Na specjalne zamówienie możliwe jest wykonanie innych długości przesuwu. Maksymalna dopuszczalna długość to 2675 mm. Aby ułatwić pozycjonowanie, prowadnice można wyposażyć

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

Niskonapięciowe, energooszczędne przetworniki ciśnienia i sondy hydrostatyczne W ramach oferty firmy Peltron w zakresie przetworników ciśnienia typu NPX i TPX oraz sond hydrostatycznych PLX27 do wody czystej i PLC64 do ścieków wprowadzona została nowa opcja elektroniki wzmacniacza pomiarowego, charakteryzująca się niskim napięciem zasilania – już od 4,5 V – i niskim poborem energii. Pomiarowy sygnał wyjściowy to napięcie w zakresie od 0 V do 3 V. Urządzenia pomiarowe w tej opcji można zastosować wszędzie tam, gdzie mamy do czynienia z ograniczonym, niskim napięciem zasilania lub w przypadkach, w których szczególnie istotne jest ograniczenie poboru energii (np. zasilanie bateryjne).

PELTRON TPH Sp. z o.o. tel. 22 615 63 56 fax 22 615 70 78 e-mail: peltron@home.pl www.peltron.pl

Fot. Elesa+Ganter, Peltron, HARTING Polska, Elmark Automatyka

Prowadnica liniowa GN 491 (z lewej) oraz GN 492 (z prawej)

we wskaźniki położenia (DD51 lub DD52R).

Nowe prowadnice GN 491 i GN 492 są skonstruowane z myślą o dowolnych układach ręcznych regulacji urządzeń i osprzętu działającego przy liniach produkcyjnych. Przykładem zastosowania może być pozycjonowanie drukarek przemysłowych oraz etykieciarek. Nowe prowadnice Elesa+Ganter mogą być stosowane zarówno w położeniu pionowym, jak i poziomym.

Sprawdzona seria obudów złączy Han B w wykonaniu o stopniu ochrony IP67 Standardowe obudowy złączy Han firmy HARTING oferują bardzo dobre właściwości oraz chronią urządzenia przed działaniem czynników zewnętrznych. Seria produktowa Han B zapewnia stopień ochrony IP65 dla zamkniętego złącza.

Ulepszone wersje obudów gniazd Han B, które są nowością w ofercie,

zapewniają jeszcze większy stopień ochrony – IP67.

Specjalnie wykonany kołnierz ochrania przed wnikaniem wody, dzięki czemu jeszcze lepiej zabezpiecza urządzenia pracujące ze złączami Han B. Stosowanie nowych złączy nie pociąga za sobą żadnych dodatkowych kosztów, ponieważ mogą one

być stosowane na tych samych wykrojnikach, które są stosowane dotychczas.

Nowe obudowy gniazd mają znane i sprawdzone klamry zatrzaskowe Han-Easy Lock, umożliwiające łatwe, a zarazem stabilne i mocne, zamknięcie obudów złącza.

HARTING Polska Sp. z o.o. ul. Duńska 9, 54-427 Wrocław tel. 71 352 81 71, fax 71 350 42 13 e-mail: pl@HARTING.com www.HARTING.pl

Fot. Elesa+Ganter, Peltron, HARTING Polska, Elmark Automatyka

ICF-1280I-M-ST – konwerter standardu PROFIBUS na światłowód Moxa wprowadziła nowy media konwerter, który realizuje konwersję PROFIBUS (miedź) na światłowód.

Jego symbol to: ICF-1280I. To zaawansowane urządzenie, umożliwiające budowanie rozległych sieci PROFIBUS, gdzie odległość między urządzeniami może być znacznie większa niż ta dla warstwy fizycznej tego protokołu. Urządzenia, które korzystają z takiego konwertera nie są „świadome”, że pośredniczy on między nimi, ponieważ jest on przezroczysty dla protokołu.

Dzięki podwójnemu portowi światłowodowemu możliwe jest budowanie redundantnych pierścieni, które zwiększają niezawodność komunikacji. Ważną funkcją konwertera jest „PROFIBUS bus fail”. Funkcja ta odpowiada za filtrowanie, tzn. blokowanie zaszumionego sygnału, w przypadku jego wystąpienia. Pozwala to uniknąć zaszumienia innych segmentów sieci PROFIBUS. Istnieją cztery wersje tego konwertera:

z portem w wersji wielomodowej i jednomodowej, przy czym każda z nich na rozszerzony zakres temperatury (od –40 °C do 75 °C).

Najważniejsze cechy konwertera: tryb redundantnego pierścienia, z zerowym czasem przełączania, zdalna diagnostyka światłowodu, wykrywanie prędkości transmisji do 12 Mbps, PROFIBUS bus fail – ochrona magistrali

PROFIBUS, która zapobiega uszkodzeniu całej sieci, izolacja galwaniczna 2 kV, podwójne wejście zasilania, wydłużenie dystansu transmisji PROFIBUS do 45 km, wyjście przekaźnikowe, umożliwiające alarmowanie w przypadku określonego zdarzenia, dostępne modele o temperaturze pracy od –40 °C do 75 °C. Więcej informacji można znaleźć na stronie http://www.elmark.com.pl/ pl/sklep/moxa/icf-1280i.

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

REKLAMA

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

13

Nowości Nowe produkty

Firma Rittal wprowadziła do oferty szafy PC na bazie systemu SE 8, które pomagają chronić komputery PC i ich otoczenie.

Dzięki jednolitemu korpusowi z blachy stalowej, w którym ściany boczne i dach są wykonane z jednego kawałka blachy, zapewniają one zwiększoną ochronę przed nieupoważnionym dostępem, pyłem i strumieniami wody. Szafy, dostępne również w wersji z blachy nierdzewnej, mają stopień ochrony IP55 wg normy EN 60529, NEMA 12.

Przeznaczona do przyjaznego dla użytkownika sterowania urządzeniami szafa PC spełnia różne wymagania, dotyczące bezpiecznego umieszczenia kompletnego wyposażenia komputera: od monitora, przez komputer, aż po drukarkę, klawiaturę i mysz. Dla klawiatury dostępny jest np. występ pulpitowy, a dla ograniczonych warunków przestrzennych – zamykana szuflada lub składana półka. Górna

14

część szafy PC służy do zainstalowania monitora.

Dobre zabezpieczenie dostępu gwarantują przeszklone drzwi z szybą z bezpiecznego szkła i z wewnętrznym zamkiem. W dolnej części szafy PC jest miejsce na drukarkę. W przypadku prac serwisowych szybki dostęp zapewniają drzwi na tylnej ścianie.

Szafa na bazie SE 8 jest wyposażona w automatyczne wyrównanie potencjałów korpusu szafy z tylną ścianą i płytami podłogi. Umożliwiają to specjalne elementy stykowe, które podczas montażu dociskają się do powłoki, tworząc bezpieczne połączenie elektryczne. Szafa jest kompatybilna z akcesoriami stosowanego na całym świecie systemu szeregowego TS 8 dla przemysłu i IT. Zagwarantowane są także niższe koszty montażu oraz dostęp do rozbudowanej platformy klimatyzacji, a dzięki koncepcji dwóch płaszczyzn – lepsze wykorzystanie przestrzeni.

Nowa pompa tłokowa Bosch Rexroth Firma Bosch Rexroth wprowadziła do oferty nową rodzinę pomp tłokowych osiowych o zmiennej objętości roboczej. Model A15VSO jest przeznaczony do aplikacji przemysłowych. Nowa konstrukcja pompy A15VSO pozwoliła na uzyskanie niższego poziomu hałasu, bardziej zwartej budowy, zmniejszenia gabarytów, zwiększenia maksymalnego ciśnienia oraz uniwersalnej możliwości zabudowy kolejnej pompy. Zakres geometrycznych objętości roboczych został dostosowany do zapotrzebowania producentów maszyn i urządzeń.

Jednocześnie nowa pompa uzupełnia zakres objętości powszechnie stosowanych pomp A4VSO, dzięki czemu możliwy jest optymalny jej dobór pod względem cenowym i technicznym. Pompa charakteryzuje się dobrą sprawnością, do 93 proc. Jej dostępne wielkości to: 110, 145, 175, 210, 280 cm3/obr.

Ciśnienie nominalne wynosi 350 bar, a maksymalne 420 bar. Przeprowadzone próby wykazały, że w porównaniu z pompami konkurencji o identycznej objętości roboczej poziom hałasu pomp A15VSO jest niższy o 2– 4 dBA. Do pompy dostępny jest szeroki wybór urządzeń regulacyjnych i nastawczych. Firma dostarcza na zamówienie pompy z tzw. regulatorem „mooring system”, stosowanym np. w układach regulacji naciągu lin cumowniczych na statkach. System ten pracuje w zakresie ±100 % wychylenia tarczy wychylnej pompy.

FX3S – prosty sterownik od Mitsubishi Firma Mitsubishi poszerzyła swoją rodzinę kompaktowych sterowników FX3 o model FX3S. Jest on przeznaczony dla użytkowników, którzy nie mogą sobie pozwolić na większe

wydatki, a jednocześnie potrzebują wydajnego sterownika. Omawiany PLC pozwala bowiem na rozszerzanie go o wybrane przez

użytkownika funkcje, potrzebne do pracy w konkretnej aplikacji.

Nowy sterownik zachowuje wszystkie podstawowe funkcje i ma wydajność rodziny FX3 oraz może korzystać z wielu istniejących aplikacji, napisanych dla tych urządzeń. Ma wbudowane szybkie wejścia i wyjścia oraz udostępnia wyjścia przekaźnikowe i wiele wbudowanych portów komunikacyjnych.

Może też zostać rozbudowany o moduły interfejsów RS-232, RS-485, Modbus i Ethernet, a także o wyprowadzenia analogowe i przeznaczone do systemów regulacji temperatury.

Fot. Rittal, Bosch Rexroth, Mitsubishi Electric, Festo, ProSoft Technology, Datapaq

Szafy Rittal do ochrony komputerów PC

Pneumatyczna wyspa zaworowa ISO VTSA/VTSA-F Firma Festo wprowadziła do sprzedaży nową wyspę zaworową ISO VTSA/VTSA-F, przeznaczoną do instalacji pneumatycznych. Nowością w produkcie są zintegrowane funkcje bezpieczeństwa i wybór rozmiarów do ISO 3. Zastosowano nietypowe rozwiązanie: zestaw pięciu wielkości zaworów na jednej wyspie zaworowej. Dostępny jest kompletny typoszereg zaworów

w rozmiarze ISO 3 o maksymalnym przepływie 4500 l/min, a także kompletny typoszereg do zabudowy pionowej z regulatorami, dławikami i manometrami.

Wyspy można łączyć z zaworami we wszelkich istniejących rozmiarach, tj. 02, 01, 1, 2 i 3. Produkt pozwala na optymalne wykorzystanie przestrzeni. Wyspa zaworowa ma też

nowe, zaawansowane funkcje: elastycznego zasilania powietrzem i odpowietrzania z powolnym wzrostem ciśnienia oraz zawór

łagodnego rozruchu i zawór bezpieczeństwa 5/2. Nowa wyspa zaworowa obsługuje zaawansowane funkcje autodiagnostyczne.

wymi poniżej 50 ms.

Moduł jest zgodny ze standardami szyfrowania 802.11i oraz AES z kluczem 128-bitowym. Może pracować w paśmie 2,4 GHz lub 5 GHz. Udostępnia zaawansowane narzędzia zarządzania, w tym IH Browser, Web serwer i OPC serwer.

Pozwala na automatyczny zapis i odczyt konfiguracji z karty microSD, co redukuje czas ewentualnych przestojów.

Nowy hotspot został zaprojektowany do pracy w ciężkich warunkach przemysłowych i strefach zagrożonych wybuchem, m.in. na platformach wydobywczych.

Jest idealnym rozwiązaniem do bezprzewodowej transmisji danych w sieciach PLC/PAC, zdalnych I/O, instalacjach bezpieczeństwa, systemach nadzoru wideo i systemach zdalnej łączności z pracownikami.

Może pracować w zakresie temperatur od –40 °C do +75 °C. Uzyskał szereg zatwierdzeń i certyfikatów, w tym Class1, Division 2 i ATEX Zone 2. Jest odporny na silne wstrząsy i wibracje. W tym zakresie zapewnia zgodność z normami IEC 60068 2-6 (20 g dla trzech osi) i IEC 60068 2-27 (5 g, 10–150 Hz).

czy niejednorodna odporność powierzchni na udary, zapewniając dzięki temu zarówno wysoką jakość produktu końcowego, jak i efektywność procesu produkcji. System RotoPaq jest rutynowo wykorzystywany do atestacji nowych materiałów i procesów oraz przy zmianach parametrów środowiskowych. Znakomita odporność cieplna pozwala na jego ciągłą pracę przez maksymalnie 14 godzin.

Firma Datapaq dostarcza również bariery termiczne do wykorzystania przy chłodzeniu wodnym.

Hotspot z technologią Fast Roaming

Fot. Rittal, Bosch Rexroth, Mitsubishi Electric, Festo, ProSoft Technology, Datapaq

Firma ProSoft Technology wprowadziła do oferty przemysłowy hotspot zgodny ze standardem 802.11 abgn. Nowy model RLX2 zapewnia szybką transmisję danych, optyma-

lizację pakietów ethernetowych i rozbudowaną diagnostykę. Gwarantuje on niezawodne i szybkie połączenia ethernetowe w maszynach ruchomych i pojazdach przemierzających długie dystanse w obrębie fabryki, dźwigu czy platformy wydobywczej. Bezpieczna sieć bezprzewodowa pozwala zmniejszyć koszty projektu, równocześnie zwiększając wydajność produkcji i eliminując konieczność montażu elementów mechanicznych, związanych z prowadzeniem kabli czy przesyłem danych.

Technologia Fast Roaming zapewnia czas przełączenia między punktami dostępo-

RotoPaq do systemów formowania rotacyjnego Firma Datapaq opracowała system RotoPaq do kontroli temperatury w systemach formowania rotacyjnego. Umożliwia on zbieranie danych bezpośrednio wewnątrz pieca, z powierzchni odlewu, a nawet z wnętrza odlewu.

Rejestrator danych, bariera termiczna i termopary są przymocowane do obracającej się formy i dokonują pomiaru temperatury w sposób ciągły, przez cały czas

trwania cykli nagrzewania i chłodzenia. Zgromadzone wyniki pomiarów są przechowywane w rejestratorze.

Mogą być także transmitowane w czasie rzeczywistym przy użyciu telemetrii radiowej. Rejestracja profilu temperaturowego pozwala użytkownikowi kontrolować i optymalizować proces w celu uniknięcia typowych defektów produkcyjnych, takich jak odkształcenia, pory, odbarwienia

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

15

Temat numeru BUDYNKI INTELIGENTNE I ZEROEMISYJNE

Wraz z rozwojem techniki rośnie liczba obszarów, w których można zastosować nowoczesne technologie. Współczesne systemy elektroniczne wychodzą ze swojego matecznika – obszarów nauki i przemysłu, znajdując coraz szersze zastosowania także w budynkach mieszkalnych i biurowych.

16

Celem właścicieli i zarządców budynków jest minimalizacja kosztów utrzymania – mniejsze zużycie energii cieplnej i elektrycznej. Można to osiągnąć dzięki inteligentnemu zarządzaniu tymi obiektami. Przemyślane, odpowiednio zbudowane i zaprogramowane systemy mogą wykorzystywać jedynie połowę wcześniej zużywanej energii, przy niezmienionym (lub zwiększonym) komforcie użytkownika. Wyłączenie ogrzewania w pomieszczeniu z otwartym oknem, automatyczna regulacja intensywności światła w zależności od warunków pogodowych czy dostosowanie mocy klimatyzatorów do liczby osób w pomieszczeniu, to jedynie najprostsze przykłady zastosowań nowoczesnego systemu zarządzania budynkiem.

Systemy zarządzające budynkami różnią się od siebie w zależności od przeznaczenia. Inaczej wygląda automatyka domu jednorodzinnego, powierzchni biurowych czy hal produkcyjnych. W przypadku systemu zarządzającego obiektem mieszkalnym kluczowe znaczenie ma łatwość dostosowania do użytkownika i spełnienie wymagań pojedynczych jednostek. Stosowane są wtedy systemy wykrywania i identyfikacji ludzi w pomieszczeniu w celu maksymalizacji ich komfortu – przykładowo przez ustawienie ulubionej (zaprogramowanej wcześniej) temperatury, wilgotności czy sceny świetlnej. Dla właściciela domu z omawianym systemem niebagatelne znaczenie ma też tempo zwrotu inwestycji czyli zaoszczędzonej energii, dlatego powszechnie instalowane są np. inteligentne sterowniki ogrzewania, sprzężone z czujnikami otwarcia okien i sensorami nasłonecznienia. Funkcją systemów inteligentnego budynku stosowaną tylko w domach jednorodzinnych jest integracja sprzętu AGD i RTV z systemem, dzięki czemu np. informacja o skończeniu prania będzie wyświetlana na ekranie telewizora lub przekazywana użytkownikowi za pomocą wiadomości SMS. Na rynku dostępne są także aplikacje na smartfony, dzięki którym

Fot. Bozart

Systemy automatyki budynkowej oparte na technologii KNX

można zdalnie sterować temperaturą czy oświetleniem w domu.

Systemy zarządzające biurowcami dbają nie tylko o komfort, ale też o bezpieczeństwo pracowników i firmy. W porównaniu z domami jednorodzinnymi, mniejszą wagę przykłada się do personalizacji systemu, natomiast większą do kwestii monitoringu, kontroli dostępu i szeroko pojętego bez-

pieczeństwa pracowników i klientów.

Zamiast indywidualnego rozpoznawania użytkowników stosuje się sterowanie mocą klimatyzacji, w zależności od liczby osób w pomieszczeniu. Dodatkowo system może nadzorować swoją pracę w aspektach niezwiązanych z komfortem użytkownika.

Jednym z niedawno wprowadzonych rozwiązań jest zastosowanie czujnika

entalpii w celu uniknięcia kondensacji pary wodnej w sufitach chłodzących.

W przypadku obiektów przemysłowych, takich jak hale produkcyjne i magazyny, podstawowym zastosowaniem systemu jest oszczędność energii i kontrola warunków pracy.

Oszczędność energii elektrycznej można osiągnąć przez uruchamianie oświetlenia tylko w miejscach wykonywania

Moduły sterowania ogrzewaniem Producent

Theben

Berker

Satel

Siemens

Model

HMG 8

75316003

centrala Integra

RMH760B-4

Liczba kanałów

8

6

4…256

3

Tryby regulacji

ciągła/dwustanowa

ciągła/dwustanowa

ciągła

ciągła/trójstanowa

Obiekt sterowania

nastawki termiczne, zawory grzejnikowe

zawory grzejnikowe

zawory grzejnikowe

kotły cieplne, podgrzewacze wody

Program awaryjny

tak

tak

brak danych

tak

możliwość wykorzystania do zautomatyzowania całego budynku

Uwagi

Czujniki jakości powietrza Producent

Theben

Elsner Elektronik

Gira

Siemens

Model

AMUN 716 KNX

KNX AQS-UP Basic

2104203

QMX3.P70

Zakres pomiarowy CO2

300...9999 ppm

0...2000 ppm

0...2000 ppm

400...10 000 ppm

Dokładność pomiaru CO2

brak danych

±50 ppm ±3 % wartości mierzonej

±50 ppm ±2 % wartości mierzonej

±50 ppm ±5 % wartości mierzonej

Zakres pomiarowy temperatury

0...+40 °C

–10...+50 °C

0...+45 °C

0...+50 °C

Rozdzielczość pomiaru temperatury

brak danych

0,1 °C

brak danych

0,5 °C

Zakres pomiarowy wilgotności

1...100 %

0...95 %

10...95 %

10...95 %

Dokładność pomiaru wilgotności

brak danych

5 %

brak danych

4...6 %

Liczba programowalnych wartości progowych

3

11

4

brak danych

Fot. Bozart

Liczba bramek logicznych

brak danych

16

1

brak danych

Zintegrowany regulator PI

brak danych

tak

tak

tak

Regulacja PWM

brak danych

brak danych

tak

nie

Stopień ochrony obudowy

IP20

IP20

IP20

IP30

Napięcie zasilania

z magistrali KNX

z magistrali KNX

z magistrali KNX

z magistrali KNX

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

17

Temat numeru BUDYNKI INTELIGENTNE I ZEROEMISYJNE

precyzyjnych prac i dostosowywanie oświetlenia do warunków zewnętrznych oraz ilości światła padającego przez okna. Kontrola warunków pracy polega na pomiarze szkodliwych substancji, takich jak tlenek węgla czy pochodne azotu i odpowiednie sterowanie systemami wentylacji oraz klimatyzacji.

nieczność stosowania jednostki centralnej i zapewnia poprawne funkcjonowanie reszty systemu w przypadku awarii jednego modułu.

W artykule przedstawione zostały dostosowane do standardu KNX moduły do sterowania ogrzewaniem, wentylacją, klimatyzacją i oświetleniem, a tak-

torzy nie są zależni od wyposażenia budynku. Urządzenia mogą komunikować się ze sobą wykorzystując standardy TP – po „skrętce”, PL – po sieci zasilającej, z zastosowaniem sieci LAN w budynku (IP) czy też przez fale radiowe (RF).

System KNX jest oparty na architekturze rozproszonej, co wyklucza koModuły sterowania klimatyzacją

System KNX/EIB Inteligentne i programowalne urządzenia nie są w stanie samodzielnie stworzyć kompleksowego systemu zarządzania budynkiem. Niezbędny jest zunifikowany standard komunikacji wszystkich elementów systemu. Znajdującym najszersze zastosowania i dynamicznie rozwijającym się rozwiązaniem jest magistrala KNX. Technologia KNX jest stosowana na całym świecie – została zatwierdzona jako standardy europejskie (CENELEC EN 50090 i CEN EN 13321-1), amerykański (ANSI/SHRAE 135), chiński (GB/T 20965) i międzynarodowy (ISO/ IEC 14543-3), a liczący się producenci automatyki budynkowej są członkami stowarzyszenia KNX. Zaletą systemu KNX jest znaczna liczba standardów komunikacji między urządzeniami, dzięki czemu projektanci i instala-

Producent

Intesis

Zennio

Model

IBOX-KNX-LON

KNX-IRSC

Zasada działania

konwersja sygnału KNX na standard LON

konwersja sygnału KNX na sygnał podczerwony

Obszar zastosowań

automatyka budynkowa

włączanie pojedynczych klimatyzatorów do systemu KNX

Szacowana liczba obsługiwanych modeli klimatyzatorów

większość urządzeń takich producentów, jak Dalkin, Mitsubishi, Samsung, Fujitsu, LG i innych

ponad 300

Liczba urządzeń obsługiwanych przez moduł

do 128

1

Stopień ochrony obudowy

IP20

IP20

Zasilanie

9–30 V DC lub 24 V AC

z magistrali KNX

Dodatkowe zastosowania

integracja innych urządzeń z interfejsem LON do sieci KNX

Moduły sterowania oświetleniem Producent

Altenburger

Zennio

HDL

HDL

Model

ALTODIM 600-0

Luzen Plus

M/D01.6

M/R8.16.1

Pobór mocy

230 mW

150 mW

450 mW

450 mW

Obciążalność wyjść

600 W

400 W

750 W

w zależności od obciążenia 1500…3500 W

pojemnościowym

brak danych

tak

tak

brak danych

rezystancyjnym

tak

tak

tak

tak

indukcyjnym

tak

tak

tak

tak

Pamięć sceny

nie

nie

tak

tak

Stopień ochrony obudowy

IP20

IP20

IP20

IP20

z magistrali KNX

z magistrali KNX Dodatkowe zasilanie 24 V DC umożliwia szybkie równoległe przełączanie kanałów

do 6 wyjść mogących służyć do sterowania np. żaluzjami i ogrzewaniem

do 16 wyjść mogących służyć do sterowania np. żaluzjami i ogrzewaniem

Praca z obciążeniami:

Napięcie zasilania

Uwagi

18

z magistrali KNX

z magistrali KNX

Czujniki natężenia oświetlenia Producent

Elsner Elektronik

Zennio

Siemens

Model

KNX L

QUAD + DETEC

N1943

Styki przełączające

3 zmierzchowe, 3 dzienne

brak danych

brak styków – sygnał wyjściowy (0…10 V lub 4...20 mA) proporcjonalny do natężenia światła

Zakres pomiarowy

0...150 klux

brak danych

0...1 [k·W/(m2)]

Bramki logiczne

8 × AND, 8 × OR

pełna programowalność

nie dotyczy

Zintegrowany czujnik ruchu

nie

tak

nie

Stopień ochrony obudowy

IP44

IP20

IP65

Napięcie zasilania

z magistrali KNX

z magistrali KNX

18...36 V DC

możliwość stosowania do pomiaru i regulacji temperatury lub do sterowania oświetleniem albo żaluzjami

Uwagi

Czytniki kart dostępu Producent

Genway

PCTherm

Roger

Model

ECK-03A

C31UH-W-26-CZ

PRT12LT

Obsługiwany standard kart zbliżeniowych

EM 125 kHz

EM 125 kHz

EM 125 kHz

Zasięg czytnika

brak danych

do 12 cm

do 15 cm

Zasilanie

10...13 V DC

9...14 V DC

10...15 V DC

Ochrona antysabotażowa

nie

nie

tak

Format danych wyjściowych

bezpośrednie sterowanie elektrozaczepem

Wiegand 26

Wiegand 26, Magsripe, RACS i inne

Klawiatura

nie

nie

tak

że moduły kontroli dostępu do budynku i telewizji dozorowej.

Moduły sterowania ogrzewaniem Regulacja temperatury w pomieszczeniu jest jednym z najpowszechniejszych zastosowań systemu inteligentnego budynku. Optymalna temperatura w pomieszczeniu zwiększa komfort osób, które w nim przebywają, a inteligentne systemy regulacji zapewniają minimalne zużycie energii.

Wśród sterowników ogrzewania możemy wyróżnić proste aktuatory, takie jak HMG 8 firmy Theben – umożliwiające sterowanie pompami ciepła, albo sterowniki do regulacji indywidualnej poszczególnych pomieszczeń, jak sterownik 75316003 firmy Berker.

Innym rozwiązaniem jest wykorzystanie głównej centrali inteligentnego budynku, takiej jak np. Integra firmy Satel, oraz wyposażenie jej w odpowiednie czujniki temperatury i moduły sieciowe sterujące temperaturą w pomieszczeniach.

Dodatkową zaletą stosowania rozbudowanego rozwiązania jest możliwość wykorzystania czujników otwarcia okien – pozwala to zminimalizować koszty energii potrzebnej na ogrzewanie budynku.

Moduły sterowania wentylacją Kluczowym rozwiązaniem służącym do sterowania wentylacją są czujniki jakości powietrza, mierzące takie jego parametry, jak temperatura, wilgotność i stężenie dwutlenku węgla. Standardem jest możliwość ustawienia kilku wartości pro-

gowych mierzonych parametrów. W przypadku czujnika AMUN 716 KNX firmy Theben reakcja wentylatorów następuje po przekroczeniu zaprogramowanych progów, natomiast czujniki KNX AQSUP Basic firmy Elsner Elektronik i Gira 2104203 są wyposażone w zintegrowany regulator PI.

Moduły sterowania klimatyzacją Producenci klimatyzatorów nie stosują obecnie magistrali KNX. W celu integracji klimatyzacji w systemie inteligentnego budynku konieczne bywa zastosowanie konwerterów KNX – systemu sterowania klimatyzatora, który na podstawie danych z magistrali KNX steruje klimatyzacją. Przykładem takiego rozwiązania jest IBOX-KNX-LON firmy INTESIS,

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

19

Temat numeru BUDYNKI INTELIGENTNE I ZEROEMISYJNE

nadający się do integracji urządzeń klimatyzacyjnych takich firm, jak Dalkin, Mitsubishi, Fujitsu, Samsung i innych.

Inne rozwiązanie bazuje na tym, że większość klimatyzatorów jest bezpośrednio sterowana pilotem na podczerwień. Dzięki temu można zastosować konwerter KNX-IRSC firmy ZENNIO i włączyć klimatyzator do systemu przez naklejenie nadajnika podczerwieni sterowanego przez system KNX na odbiornik sygnału w klimatyzatorze. Jest to rozwiązanie przeznaczone do pojedynczych klimatyzatorów, stosowanych często w budynkach mieszkalnych.

Moduły sterowania oświetleniem W środku słonecznego dnia potrzebne jest zupełnie inne oświetlenie niż podczas burzy czy po zmierzchu. Dzięki pomiarowi natężenia światła można lepiej zarządzać wykorzystaniem energii elektrycznej. Czujniki natężenia oświetleniem dzielą się na dwa typy, w zależności od typu wyjścia – analo-

gowego lub binarnego. Czujnik o wyjściu analogowym ustala na wyjściu wartość napięcia lub prądu wprost proporcjonalną do natężenia padającego światła. Sensory o wyjściu binarnym załączają odpowiedni stan logiczny przy przekroczeniu zaprogramowanej wcześniej wartości progowej.

Sensorem o wyjściu analogowym jest produkowany przez firmę Siemens czujnik promieniowania słonecznego QLS60. Dane pomiarowe służą do kompensacji wpływu promieniowania słonecznego w instalacjach klimatyzacji, wentylacji i ogrzewania.

Przykładem czujnika o wyjściach binarnych, jest KNX L firmy Elsner Elektronik, charakteryzujący się szerokim zakresem pomiarowym i możliwością ustawienia wartości progowych.

Dodatkową zaletą czujnika są rozróżnialne tryby pracy dziennej i zmierzchowej.

Czujnik można połączyć z każdym aktuatorem dostosowanym do standardu, takim jak ALTODIM 600-0 fir-

my Altenburger. Na podstawie sygnału sterującego jest on w stanie regulować jasność świecenia lamp halogenowych, żarowych i wysokonapięciowych.

Podobnym rozwiązaniem jest aktuator Luzen Plus, który na podstawie sygnału z magistrali KNX ogranicza moc przekazywaną do oświetlenia.

Zbliżone rozwiązania proponuje firma HDL w formie dedykowanego ściemniacza M/D01.6 lub bardziej uniwersalnych wielowyjściowych modułów wyjść przekaźnikowych M/R8.16.1.

Szersze możliwości daje zastosowanie większego sensora, takiego jak np. QUAD firmy Zennio z czujnikami oświetlenia DETEC. Dzięki większej liczbie wejść, przy zastosowaniu odpowiednich sensorów, może on dostarczać do systemu także informacji o temperaturze czy ruchu w pomieszczeniu. Wykorzystując ten układ można zaprogramować automatyczne zapalanie światła w pomieszczeniu po wykryciu w nim obecności człowieka.

Elektrozamki Producent

Genway

PCTherm

Rozam

Model

820

ZE-280 GF

RE-01

Zasilanie

12 V DC

12...18 V DC

12 V DC

Natężenie prądu

0,5 A

0,32 A

0,5...0,7 A

Siła trzymania

brak danych

280 kg

brak danych

Producent

LC Security

Samsung

GeoVision

Model

LC-SDVR 88

SRD-440

GV-LX4C3V

Liczba wejść wideo

8

4

4

Prędkość zapisu

200/8 kl/s

100/4 kl/s

120/4 kl/s

Rozdzielczość zapisywanego obrazu

brak danych

352 × 288

704 × 576

Kodek kompresji wideo

H.264

H.264

H.264, MJPEG

Liczba złącz USB

2 × USB 2.0

2 × USB 2.0

4 × USB 2.0

Obsługiwane złącza dysków

Sata, max. 2 TB

Sata

Sata 2,5”, Sata 3,5”

Zasilanie

12 V DC

12 V DC

10...28 V DC

Rejestratory

20

Kamery CCTV Producent

LC Security

LC Security

LC Security

Model

LC-304

LC682C

LC688C

Rozdzielczość pozioma

480 TVL

480 TVL

560 TVL

Czułość

0 lux

0 lux

0 lux

Zasięg oświetlacza podczerwieni

brak danych

21 m

30 m

Stosunek sygnał/szum

brak danych

48

48

Temperatura pracy

0...+50 °C

–20...+50 °C

–30...+50 °C

Zasilanie

12 V DC

12 V DC

12 V DC

Stopień ochrony obudowy

IP34

IP67

IP67

Kontrola dostępu W nowoczesnych pomieszczeniach firmowych standardem jest ustawienie kilku stref, do których dostęp mają tylko odpowiednie osoby. Powszechnie stosowanym rozwiązaniem są programowalne karty w standardzie EM 125 kHz, dokładnie określające, przez które drzwi posiadacz takiej karty może przejść. Drzwi w budynku z systemem kontroli dostępu powinny być wyposażone w czytniki kart zbliżeniowych, takich jak ECK-03A firmy Genway czy C31UH-W-26-CZ firmy PCTherm. Na rynku dostępne są także czytniki wyposażone w klawiaturę, np. PRT12LT-G firmy Roger, w których dostęp można uzyskać poprzez wpisanie kodu.

Czytniki kart pozwalają jedynie stwierdzić, czy ktoś ma prawo dostępu do danego pomieszczenia. Fizyczne ograniczenie dostępu zapewniane jest przez drzwi, kontrolowane najczęściej przez zamek elektromagnetyczny. Produkty takie, jak ZE-280 GF firmy PCTherm czy elektrozaczep 820 firmy Genway a także RE-01 firmy Rozam, są w stanie zagwarantować dobrą kontrolę dostępu do ważnych części biura.

Telewizja dozorowa W celu zwiększenia bezpieczeństwa w inteligentnym budynku stosuje się systemy telewizji dozorowej. Dzięki odpowiedniemu umiejscowieniu kamer ochrona może szybko zareagować na potencjalne zagrożenia, a dzięki zapisowi danych zawsze można uzyskać dostęp do wcześniejszych nagrań.

Dobierając kamerę do odpowiednich zastosowań warto zwrócić uwagę na takie parametry, jak rozdzielczość,

stopień ochrony obudowy i ogniskowa obiektywu. Standardem są kamery wyposażone we własne podczerwone oświetlacze do pracy nocnej, a także kompensacja tylnego oświetlenia – wykrywanie obiektów znacznie różniących się od tła, np. człowieka wchodzącego przez drzwi wejściowe.

W każdym systemie bezpieczeństwa sygnały z kamer muszą być wyświetlane i archiwizowane. Podstawowymi parametrami rejestratora jest liczba obsługiwanych kanałów wejściowych, ich rozdzielczość, szybkość zapisu danych oraz liczba obsługiwanych dysków twardych.

Obecnie większość rejestratorów wykorzystuje do kodowania plików wideo kodeka kompresji H.264 i standardowo ma przynajmniej jedno złącze USB.

Efektywność energetyczna Koszty energii potrzebnej do prawidłowego funkcjonowania budynku można obniżyć na dwa sposoby: aktywnie, stosując inteligentne systemy zarządzające oraz pasywnie, wykorzystując odpowiednie materiały budowlane. Przy wciąż rosnących cenach energii coraz bardziej opłacalnym rozwiązaniem okazuje się modernizacja budynku, aby jak najwięcej ciepła było w nim akumulowane, a jego wycieki były jak najmniejsze.

Można to osiągnąć poprawiając izolację cieplną budynków, przez zastosowanie elementów o jak najmniejszym współczynniku przenikania ciepła U i wysokiej szczelności. Oczywistym jest, że drzwi i okna trudniej jest szczelnie zaizolować, dlatego wymagania wobec ich współczynnika przenikania ciepła są mniejsze. Obecnie przyjmuje się, że niskoenergetyczność budynku zapew-

niają ściany, stropy, dachy o współczynniku przenikania ciepła U mniejszym niż 0,12 [W/(m2K)] i współczynniku przewodzenia ciepła poniżej 0,05 [W/(mK)]. Dla okien dopuszczalny współczynnik U wynosi 0,8 [W/(m2K)], natomiast dla drzwi 1,0 [W/(m2K)].

Ważną rolę w zwiększeniu efektywności energetycznej budynków pełni wykorzystanie odnawialnych źródeł energii. Ze względu na łatwość zastosowania dominującą pozycję na rynku mają panele słoneczne, przekształcające energię świetlną na elektryczną, magazynowaną w akumulatorach lub od razu wykorzystywaną do zasilania budynku. Decydując się na zakup paneli słonecznych warto zwrócić uwagę na takie parametry, jak stosunek maksymalnej mocy do powierzchni ogniwa, a także nominalne napięcie wyjściowe. W budynkach mieszkalnych energię promieniowania słonecznego można wykorzystać także do podgrzewania poprzez zastosowanie kolektorów słonecznych. W naszych szerokościach geograficznych ilość energii pozyskiwanej dzięki wyżej wymienionym rozwiązaniom nie jest zbyt znacząca, jednak może się okazać, że wraz ze wzrostem cen energii ich stosowanie będzie coraz bardziej uzasadnione ekonomicznie.

Przedstawione w artykule rozwiązania i urządzenia to tylko ułamek wszystkich dostępnych rozwiązań. Pełną ofertę produktów, a także kompletne systemy zarządzania budynkiem można znaleźć na stronach producentów i dystrybutorów.

Paweł Nowak

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

PAR

21

Temat numeru budynki inteligentne i zeroemisyjne

Urządzenia Saia do zarządzania zużyciem mediów

tysiąclecia. Rozwiązania Saia wspierają pozyskiwanie, dystrybucję i efektywne wykorzystanie tego zasobu.

Energooszczędne działanie centrów danych, zakładów produkcyjnych i wszelkiego rodzaju budynków ma coraz większe znaczenie ze względu na rosnące koszty energii i odpowiedzialności ekologicznej. Wyposażenie obiektów w systemy monitorujące i zarządzające zużyciem energii bywa niemałym wyzwaniem, ponieważ trudno jest znaleźć rozwiązanie zaspokajające wszystkie potrzeby użytkowników i inwestorów.

Mimo że na rynku istnieje wiele produktów do pomiaru energii, zazwyczaj nie mają one jednej z kilku istotnych cech, takich jak łatwa obsługa, niewielkie rozmiary, interfejsy komunikacyjne do bezpośredniej analizy danych czy precyzyjny

22

Promocja

pomiar energii za pomocą zalegalizowanych liczników. Wymienione cechy to najważniejsze atuty liczników energii Saia, stanowiących podstawowy element koncepcji Saia S-Monitoring, kompleksowego rozwiązania wspomagającego podnoszenie efektywności energetycznej przedsiębiorstw.

Liczniki energii elektrycznej Liczniki energii Saia imponują solidną przemysłową konstrukcją („swiss made”) i niedużą wielkością, odpowiadającą normom instalacyjnym dla szaf elektrycznych. Połączenie technologii przemysłowej i zwartej konstrukcji z dużym zakresem pomiarowym (od 0,25 A do 6000 A) predestynuje je do wielu zastosowań. Wszystkie urządzenia, oprócz wbudowanego mechanizmu zliczającego, są wyposażone w wyjście impulsowe lub interfejs komunikacyjny (S-Bus, M-Bus lub Modbus). Zapewniają one bezpośredni dostęp do istotnych danych pomiarowych, jak energia, prąd, napięcie, moc i współczynnik mocy czynnej (cos j).

Dzięki zgodności z dyrektywą MID urządzenia są zatwierdzone do użytkowania

w systemach pomiaru zużycia energii w całej Europie, bez konieczności dodatkowej kalibracji.

Pierwszy krok do zarządzania energią Saia S-Energy Manager to kompaktowe urządzenie do zarządzania zużyciem energii elektrycznej i innych mediów. Ma postać dotykowego panelu o przekątnej 5,7” lub 10,4”, z wbudowaną przeglądarką WWW, serwerami FTP i WWW oraz łączem Ethernet.

Nowa wersja dobrze znanego na naszym rynku rozwiązania została rozbudowana o szereg funkcjonalności umożliwiających monitoring zużycia energii, produkcji energii dostarczanej do sieci oraz konsumpcji innych mediów.

Woda, ciepło i gaz S-Energy Manager odczytuje wartości zużycia energii elektrycznej z liczników wyposażonych w interfejs magistrali S-Bus. Aplikacja rozpoznaje typ licznika, rozróżniając liczniki jednokierunkowe i dwukierunkowe, w przypadku których rejestrowana jest zarówno energia zużyta, jak i dostarczona do

Fot. Sabur

Energia to złoto trzeciego

Zarządzanie zużyciem energii elektrycznej w firmie, zakładzie przemysłowym czy centrum handlowym jeszcze nigdy nie było takie proste. Saia S-Energy Manager pozwala monitorować i kontrolować wszystkie odbiory elektryczne przez przeglądarkę WWW, a ponadto analizować zużycie energii, tworzyć raporty i je drukować. Dostępna jest także aplikacja na iPada

sieci. Aby monitorować zużycie innych mediów (gazu, ciepła lub wody), należy podłączyć liczniki z wyjściem impulsowym do koncentratora impulsów PCD7.H104SE, który po sieci S-Bus przekazuje dane do panelu S-Energy.

Tym sposobem S-Energy Manager może przetwarzać wartości zużycia mediów z liczników różnych producentów.

Panel S-Energy Manager jest bardzo prosty w obsłudze, nie wymaga pracochłonnej konfiguracji, specjalnych narzędzi programistycznych ani zaawansowanej wiedzy. Preinstalowana, polskojęzyczna aplikacja wizualizacyjno-sterująca służy do rejestracji i kontroli zużycia, prezentacji w różnych ujęciach oraz udostępniania danych pomiarowych lokalnie i zdalnie. Aplikacja dostępna jest także na urządzenia mobilne. Dla pracownika działu facility management oznacza to ogromne ułatwienie – może kontrolować wszystkie stany liczników bez opuszczania miejsca pracy, nie tracąc czasu na indywidualne odczytywanie stanu liczników zainstalowanych w rozproszonych obiektach.

S-Energy Manager ma także funkcję automatycznego wysyłania SMS-ów czy e-maili z raportami (jako załączniki) do zdefiniowanej grupy odbiorców w określonych interwałach czasowych.

Fot. Sabur

E-Controller do zarządzania zużyciem mediów Nowe urządzenie firmy Saia, E-Controller, jest stworzone specjalnie do monitoringu i zarządzania zużyciem energii oraz innych mediów. Jego specyficzna budowa pozwala na montaż w szafach elektrycznych o standardowych wymiarach, obok liczników energii i innej

aparatury elektrycznej. Dzięki ustawieniom domyślnym E-Controller jest gotowy do użycia, bez konieczności konfiguracji i programowania – ma wbudowaną aplikację do rejestracji pomiarów, monitorowania i zarządzania zużyciem mediów. Automatycznie wykrywa podłączone za pomocą magistrali S-Bus liczniki energii i koncentratory impulsów PCD7.

H104SE (zliczające impulsy np. z wodomierzy czy liczników ciepła i chłodu).

Wbudowane funkcjonalności to nie wszystko – E-Controller umożliwia też dopasowanie do indywidualnych potrzeb. Dzięki modułowej konstrukcji do urządzenia można dobudować moduły pamięci i interfejsów komunikacyjnych, które pozwolą na komunikację w standardach takich, jak Modbus, MP-Bus, BACnet, LON IP i innych. Za pomocą pakietu narzędziowego PG5 można rozszerzać także funkcjonalności wbudowanej w urządzenie aplikacji S-Monitoring (przykładowo dołączając do systemu liczniki ciepła po M-Busie bądź analizatory sieci po Modbusie), np. w celu dodatkowego opomiarowania i zarządzania zużyciem mediów.

Wspólnymi cechami opisanych rozwiązań Saia – liczników energii, panelu S-Energy Manager i E-Controllera – są elastyczność i otwartość, pozwalające na łączenie w większe syste-

E-Controller firmy Saia, który pozwala zarządzać m.in. zużyciem energii, może być zamontowany w szafach elektrycznych o standardowych wymiarach

my oraz integrację z systemami MES, ERP czy BI. Co więcej, wszystkie te urządzenia są bardzo proste w obsłudze i pozwalają na stopniowe wdrożenie. Prace mogą być realizowane krok po kroku, bez konieczności ponoszenia początkowych, znacznych wydatków na prace inżynierskie i skomplikowany zwykle system informatyczny. Takie działania dają wymierne efekty od samego początku, zaraz po zainstalowaniu i uruchomieniu systemu, a instalację można rozbudowywać w dowolnym, przystosowanym do indywidualnych wymagań tempie. www.sabur.com.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

23

Aplikacje ENERGETYKA

24

BUDYNKI INTELIGENTNE I ZEROEMISYJNE Temat numeru

Nieodłącznym elementem systemów automatyzacji budynków są ciche i niezawodne napędy, umożliwiające m.in. sterowanie roletami czy oświetleniem.

Firma WObit proponuje wysokiej klasy napędy prądu stałego firmy Buehler Motor wraz ze sterownikami własnej produkcji optymalizującymi ich pracę.

Fot. WObit

Napędy i sterowanie do automatyki budynkowej Efektywność energetyczna i długa żywotność to istotne cechy, które wpływają na dobór rozwiązań przeznaczonych do automatyzacji budynków. Napęd przeznaczony do sterowania roletami lub automatycznym otwieraniem i zamykaniem okien powinien charakteryzować się przede wszystkim cichą i niezawodną pracą, a także wysokim momentem obrotowym. Te wymagania doskonale spełnia seria 1.61.077.xxx szczotkowych silników prądu stałego ze zintegrowaną przekładnią planetarną. Model 1.61.077.414 ma moment znamionowy 100 Ncm przy prędkości obrotowej 40 obr./min. Napęd o ø31 mm i wałku ø6 mm ma masę zaledwie 200 g.

Precyzyjną kontrolę pracy silnika można uzyskać wyposażając go dodatkowo w enkoder inkrementalny, np. w model SE22 o rozdzielczości 200 imp./obr., zasilany napięciem 5 V (TTL). Do sterowania pracą napędu WObit proponuje sterownik SDD187 do zintegro-

Promocja

wanych rozwiązań, który umożliwia regulację położenia i prędkości silnika.

Ważnym elementem automatyki budynków są systemy wentylacyjne oraz klimatyzacyjne, zapewniające dopływ odpowiedniej ilości powietrza o określonej temperaturze oraz innych parametrach w danym pomieszczeniu.

Silniki do sterowania nawiewem muszą odznaczać się przede wszystkim długą żywotnością oraz solidną, kompaktową konstrukcją. Do takich zadań Buehler Motor przygotował niewielkie napędy z serii 1.61.065.xxx, wyposażone w przekładnię zębatą. Napędy, w zależności od modelu, mają moment znamionowy w zakresie od 4,5 Ncm do 20 Ncm oraz prędkość obrotową od 4,6 obr./min do 136 obr./min.

Istotną częścią automatyki budynków, szczególnie o dużej powierzchni, jak centra handlowe, lotniska itp., są systemy bezpieczeństwa, których elementem są różnego rodzaju bramki wejściowe czy kurtyny przeciwpożarowe. Do takich aplikacji WObit

proponuje silniki z serii 1.13.021.xxx oraz 1.13.049.xxx, charakteryzujące się długą żywotnością, cichą pracą, a także solidną i kompaktową budową.

Buehler Motor przygotował również napęd dedykowany do zastosowań w automatyce drzwiowej. Nowy silnik 1.61.132.xxx, ze zintegrowaną przekładnią ślimakową, ma moment znamionowy 400 Ncm przy prędkości nominalnej 330 obr./min. Silnik zapewnia wysoką dokładność pozycjonowania dzięki dwukanałowemu enkoderowi optycznemu o rozdzielczości 100 imp./obr. Poza napędami i sterownikami WObit proponuje panele HMI oraz sterowniki PLC, odpowiednie do zastosowań w automatyce budynkowej.

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

Dęborzyce 16, 62-045 Pniewy tel. 61 22 27 422, fax 61 22 27 439 e-mail: wobit@wobit.com.pl www.wobit.com.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

25

Aplikacje ZROBOTYZOWANE LINIE PRODUKCYJNE

Wielofunkcyjny system paletyzacji opakowań szklanych Opakowania szklane, ze względu

produktów w bardzo wielu branżach

Opracowany i wdrożony przez PIAP system paletyzacji wyróżnia się możliwością paletyzacji opakowań o różnorodnych kształtach i gabarytach.

Jednocześnie umożliwia on programową konfigurację schematów rozmieszczania opakowań w każdej układanej na palecie warstwie, a także programowanie liczby warstw.

przemysłu. Specjaliści Przemysłowego

Podstawowe komponenty systemu

na szczególne właściwości szkła, są powszechnie stosowane do pakowania różnego rodzaju

Instytutu Automatyki i Pomiarów PIAP zaprojektowali, wykonali i zainstalowali na linii produkcyjnej zrobotyzowany, wielofunkcyjny system automatycznej paletyzacji wyrobów w opakowaniach szklanych.

Omawiany system paletyzacji składa się z czterech niezależnych, zrobotyzowanych stanowisk paletyzacji, połączonych wspólnymi torami transportowymi: • torem dystrybucji pustych palet, • torem dystrybucji tacek tekturowych, służących do przekładania kolejnych warstw paletyzowanych wyrobów, • torem wyjazdowym spaletyzowanych wyrobów.

Pod względem funkcjonalności w omawianym systemie paletyzacji można wyodrębnić następujące zespoły i elementy: • stanowiska paletyzacji, na których szklane opakowania, dostarczane z linii, pojedynczo lub w postaci zgrzewek, są układane na paletach w wybranej konfiguracji; w skład stanowiska paletyzacji wchodzą: – zespół modułowych transporterów wejściowych, sprzęgający każde z czterech stanowisk z linią produkcyjną, dostarczającą opakowania do paletyzacji pojedynczo lub w postaci ofoliowanych wielopaków (zgrzewek); zespół ten wyposażony jest w odpowiednie interfejsy i elementy, zapewniające uporządkowanie ruchu opakowań dostarczanych z linii produkcyjnej oraz synchronizację prędkości pracy linii,

Fot. PIAP

Rys. 1. Schemat ogólny systemu paletyzacji

26

Promocja

– stoły formujące, służące do formowania dostarczanych z linii opakowań w pakiety pobierane jednorazowo przez robota; długość pakietu wprowadzana przez operatora jest zależna od wybranego schematu paletyzacji; uformowane na stole pakiety są jednoznacznie pozycjonowane w sposób umożliwiający precy-

Fot. PIAP

Fot. 1. Widok zespołu transporterów płytkowych

zyjne ich pobranie przez chwytak robota, – transporter wjazdowy pustych palet, – transporter bazujący palety, – manipulator pozycjonujący tacki z windą napędzaną serwonapędem, – transporter wyjazdowy pełnych palet, – dwupoziomowy podajnik grawitacyjny tacek, z napędem krokowym na każdym z poziomów, wraz z ruchomym, trzypozycyjnym mostkiem do pobierania tacek na stanowisko paletyzacji i pozycjonowania ich na polu pobierania przez robota, – robot przemysłowy KUKA, wyposażony w zestaw dwóch wymienialnych, mechatronicznych chwytaków, • zespół dwupoziomowych transporterów rolkowych, dostarczających dwa rodzaje tacek tekturowych na poszczególne stanowiska paletyzacji, nazywany również torem dystrybucji tacek,

• zespół transporterów do automatycznej dystrybucji pustych palet do stanowisk paletyzacji wraz z automatycznym magazynem palet, zapewniającym buforowanie i automatyczne wydawanie palet na tor transportowy dystrybucji, • zespół transporterów do automatycznego odbierania pełnych palet wraz z automatyczną owijarką z wirują-

gające każde stanowisko paletyzacji z linią produkcyjną, wyposażone w czujniki bufora minimalnego i maksymalnego, zapewniają start i zatrzymywanie linii produkcyjnej w zależności od stanu zapełnienia bufora i cyklu pracy stanowiska paletyzacji.

Główny transporter płytkowy dostarcza opakowania na stół formujący (fot. 2), złożony z bramki ściskającej

Fot. 2. Widok stołu formującego

cym ramieniem, • system bezpieczeństwa, • układy zasilania powietrzem (nadi podciśnieniowy), • zespół zasilania i sterowania elektronicznego.

Uproszczony schemat topologii systemu paletyzacji przedstawiono na rys. 1.

Stanowisko paletyzacji Zespół modułowych transporterów wejściowych Zespół modułowych transporterów wejściowych na każdym z czterech stanowisk składa się z trzech transporterów płytkowych, dostarczających opakowania z linii produkcyjnej (fot. 1). Dla pojedynczych opakowań stosowane są wszystkie trzy transportery, dla opakowań foliowanych (zgrzewek) włączany jest tylko transporter główny, dostarczający opakowania przez bramkę zatrzymującą na stół formujący pakiety. Transportery wyposażono w burty i ograniczniki, jednoznacznie porządkujące ruch opakowań na całym odcinku transportu. Układy interfejsu, sprzę-

oraz z dwóch napędzanych serwonapędami karetek: karetki formującej i karetki spychającej. Bramka ściskająca zbudowana z bandy stałej oraz bandy ruchomej, napędzanej siłownikiem pneumatycznym, zatrzymuje opakowania poruszające się na transporterze płytkowym, po uformowaniu pakietu o żądanej długości. Po otwarciu bramki karetka formująca, poruszając się zgodnie z kierunkiem ruchu transportera modułowego, formuje pakiet opakowań o zaprogramowanej długości. Po uformowaniu pakietu bramka zostaje zamknięta, a karetka spychająca, poruszając się w osi prostopadłej do kierunku ruchu transportera modułowego, spycha uformowany pakiet na użebrowaną krawędź stołu formującego. Po wykonaniu tej sekwencji ruchów pakiet opakowań jest gotowy do odbioru przez chwytak robota.

Zastosowanie serwonapędów pozwala na precyzyjne formowanie i pozycjonowanie pakietów na pozycji odbioru przez robota. Parametry ruchu serwonapędów poruszających karetki są wprowadzane z panelu operatora.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

27

Aplikacje ZROBOTYZOWANE LINIE PRODUKCYJNE

Fot. 4. Transporter wyjazdowy

Transporter wjazdowy

Transporter wyjazdowy

Transporter wjazdowy stanowiska paletyzacji, współpracujący z torem dystrybucji pustych palet, wyposażony w czujnik optyczny obecności palety i w dwie podnoszone blokady, odbiera puste palety i przenosi je na transporter bazujący.

Po zapełnieniu palety przez robota następuje opuszczenie blokady na transporterze bazującym i paleta jest przemieszczana na rolkowy transporter wyjazdowy (fot. 4), współpracujący z torem wyjazdowym spaletyzowanych wyrobów.

Transporter bazujący Po wjeździe palety na transporter bazujący, z rolkami napędowymi wyposażonymi w talerze prowadzące, zapewniające precyzyjne pozycjonowanie, podnoszona jest ruchoma blokada, na której zatrzymywana jest paleta i następuje zatrzymanie rolek transportera bazującego. Paleta spozycjonowana na transporterze bazującym stanowi jednocześnie pole odkładania dla robota. Wzdłuż transportera bazującego umieszczony jest manipulator z zespołem dwóch ruchomych zderzaków, zapewniających pozycjonowanie i trzymanie tacek na obu bokach, na kolejnych warstwach układanego stosu.

Elementy manipulatora zamocowane są na podnośniku śrubowym napędzanym serwonapędem. Serwonapęd zapewnia dokładne podnoszenie manipulatora na poziom kolejnej położonej przez robota tacki. Po zakończeniu układania warstwy podnośnik przesuwa się do góry na wysokość odpowiadającą następnej warstwie. Po ułożeniu ostatniej warstwy podnośnik wraca na poziom odpowiadający położeniu pierwszej tacki. Transporter bazujący wraz z manipulatorem widoczny jest na fot. 3.

28

Dwupoziomowy podajnik grawitacyjny Dwupoziomowy podajnik grawitacyjny (rys. 2) odbiera z dwupoziomowego transportera tekturowe tacki i wprowadza je na stanowisko paletyzacji. Podajnik składa się z dwóch nachylonych pod kątem rynien, górnej (tacki wysokie) i dolnej (tacki niskie), o szerokości odpowiadającej dłuższemu bokowi tacki. Trzecia, ruchoma, trzypozycyjna i napędzana siłownikiem rynna, pełni rolę mostka poruszającego się między rynną dolną i górną. Napędy krokowe umieszczone na każdym poziomie transportera tacek, za pomocą zabieraków spychają tackę na rynnę. Tacka, zsuwając się po rynnie, zatrzymuje się na wysuwanych na końcu rynny zderzakach.

Po zajęciu przez mostek odpowiedniej pozycji zderzaki są wsuwane i tacka zsuwa się na rynnę mostka. Mostek podnosi się i zajmuje pozycję, w której tacka jest pobierana przez robota.

Robot przemysłowy Paletyzację opakowań szklanych na czterech stanowiskach wykonują roboty przemysłowe KR200-3comp firmy KUKA, wyposażone w chwytaki zaprojektowane i wykonane w PIAP. Zastosowano dwa rodzaje chwytaków:

• do pobierania opakowań szklanych nieopakowanych (luzem w jednym rzędzie), • do pobierania opakowań szklanych opakowanych w folię.

Chwytak do pobierania opakowań szklanych opakowanych w folię (fot. 5) Opakowania szklane przenoszone tym chwytakiem ustawiane są na użebrowanym blacie stołu paletyzacyjnego w postaci zafoliowanych pakietów.

Chwytak wyposażony jest w wysuwaną, użebrowaną płytę nośną o szerokości 1200 mm (szerokość palety). Poziomy wysuw płyty jest realizowany przez silnik elektryczny, będący częścią składową serwonapędu firmy Nord. Robot w czasie pracy wprowadza płytę nośną chwytaka w użebrowany blat stołu formującego i podnosi się zabierając pakiety. Aby uniemożliwić wypadnięcie opakowań w czasie ruchu robota od stołu paletyzacyjnego do palety, chwytak wyposażony jest w docisk pneumatyczny, którym dociska je do wysuniętej płyty.

Chwytak do pobierania opakowań szklanych nieopakowanych (fot. 6) Opakowania szklane przenoszone tym chwytakiem ustawiane są na stole formującym w jednym rzędzie na użebrowanym blacie. Chwytak wyposażony jest w sterowane pneumatycznie szczęki o długości 1200 mm (szerokość palety), które zaciska na kołnierzu opakowań. Aby uniemożliwić wypadnięcie opakowań w czasie ruchu robota od stołu paletyzacyjnego do palety, podpie-

Fot. PIAP

Fot. 3. Transporter bazujący wraz z elementami manipulatora pozycjonującego tacki

Fot. 5. Robot z chwytakiem do opakowań w zgrzewkach

rane są one dodatkowo od dołu użebrowaną płytą, wchodzącą w skład chwytaka. Pionowy ruch tej płyty, dociskający ją do dolnej części opakowań, sterowany jest silnikiem elektrycznym, będącym częścią składową serwonapędu firmy Nord.

Oba rodzaje chwytaków są wyposażone również w zespół ssawek podciśnieniowych, które są wykorzystywane do pobierania tacek tekturowych.

Tor dystrybucji tacek tekturowych Tor dystrybucji tacek tekturowych (rys. 3) składa się z dwóch identycznych zespołów czterech segmentów rolkowych, zabudowanych jeden nad drugim na dwóch poziomach. Poziom górny przeznaczony jest do transportu tacek wysokich, a poziom dolny do transportu tacek niskich.

Każdy z czterech segmentów rolek jest napędzany jedną rolką firmy Interrol z własnym zespołem napędowym, zasilanym prądem stałym 24 V. Sterowanie rolek napędowych zapew-

Fot. 6. Robot z chwytakiem do opakowań pojedynczych

niają zintegrowane z nimi moduły sterujące DriveControl, które umożliwiają zmianę prędkości oraz wybór kierunku ruchu.

Wzdłuż rolek rozmieszone są pneumatyczne blokady i optyczne czujniki obecności tacek, umożliwiające zatrzymanie tacek na pozycjach przed każdym stanowiskiem paletyzacji oraz na stanowisku paletyzacji, co pozwala na buforowanie tacek na każdym stanowisku.

Wspólną częścią obu torów są dwa przenośniki taśmowe, które przenoszą nakładane przez operatora tacki na jeden z dwóch poziomów dystrybucji.

Taśma dolnego przenośnika jest wyposażona w mechaniczne zabieraki, między które wkładana jest tacka. Górny przenośnik, wyposażony w pneumatyczny podnośnik, pełni rolę mostka ustawiającego wyjście przenośnika na poziomie dolnego lub górnego transportera rolkowego. Wybór poziomu odbywa się automatycznie dzięki wykorzystaniu optycznego czujnika detekcji typu tacki, umieszczonego na przenośniku mostkowym. System sterowania dystrybucją tacek wykorzystuje priorytetowy algorytm obsługi stanowisk paletyzacji.

W pierwszej kolejności tacki dostarczane są do najdalszego stanowiska.

Fot. PIAP

Zespół transporterów do automatycznej dystrybucji pustych palet

Rys. 2. Schemat poglądowy transportera grawitacyjnego

Tor dystrybucji pustych palet składa się z pionowego magazynu drewnianych palet EURO oraz ciągu transporterów, które dostarczają palety do stanowisk paletyzacji.

Magazyn palet (fot. 7) umożliwia ich składowanie w stosach do 15 palet.

Załadunek magazynu wykonywany jest za pomocą wózka widłowego. Palety wydawane są kolejno na umieszczony bezpośrednio pod magazynem palet transporter rolkowy i przemieszczane na ciągu transporterów do stanowisk paletyzacji. Cały ciąg transporterów toru dystrybucji składa się z czterech transporterów rolkowych i ośmiu transporterów łańcuchowych. Na każdym transporterze umieszczone są czujniki obecności palety. Palety odbierane są z toru dystrybucji za pośrednictwem stanowiskowych transporterów wjazdowych.

Podobnie jak w przypadku toru dystrybucji tacek, w programie sterującym zastosowano zasadę priorytetowej obsługi stanowisk paletyzacji. Najbardziej oddalone stanowisko, żądające dostarczenia palety, jest obsługiwane w pierwszej kolejności. Taki mechanizm sterowania zapobiega powstawaniu zatorów i skraca czas dystrybucji.

Zespół transporterów do automatycznego odbierania palet pełnych Po ułożeniu na palecie ostatniej warstwy opakowań zapełniona paleta wyjeżdża z transportera bazującego.

Poprzez transporter wyjazdowy jest wyprowadzana ze stanowiska paletyzacji na skojarzony z tym stanowiskiem transporter łańcuchowy toru wyjazdowego pełnych palet.

W skład toru wyjazdowego wchodzi sześć transporterów łańcuchowych i osiem transporterów rolkowych, z któ-

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

29

Aplikacje ZROBOTYZOWANE LINIE PRODUKCYJNE

rych dwa umieszczone są na obrotnicach oraz włączona w trasę owijarka (fot. 8), na której następuje owinięcie palety folią.

Podstawowym elementem owijarki jest zawieszone na ramie konstrukcyjnej ramię obrotowe z urządzeniem rozciągającym folię. Owijarka wyposażona jest również w przenośnik rolkowy, służący do transportu palet z towarem do przestrzeni roboczej maszyny i do wywożenia zapakowanego towaru dalej po trasie toru wyjazdowego palet.

Parametry owijania wprowadzane są z lokalnego panelu dotykowego, który jest standardowym wyposażeniem owijarki. Współpraca owijarki z systemem paletyzacji jest zrealizowana z wykorzystaniem wymiany sygnałów synchronizujących. Owinięta folią paleta jest przemieszczana na kolejnych przenośnikach do stanowiska odbioru na końcu toru wyjazdowego, skąd jest odbierana za pomocą wózka widłowego.

Organizacja sytemu sterowania Zaawansowany sterownik PLC Siemens S7 319F-3PN/DP, wyposażony w magistralę PROFIBUS oraz zintegrowaną funkcjonalność fail-safe, pełni rolę jednostki centralnej sytemu.

Obiektowe sygnały dwustanowe są związane z obsługą zespołów sytemu paletyzacji. Są one podłączone do siedmiu stacji ET 200S z interfejsami PROFIBUS, wyposażonymi w moduły we/wy rozproszonych. Oprócz standardowych modułów we/wy stacje ET 200S wyposażono także w rozproszone moduły we/wy fail-safe.

Wszystkie napędy elektryczne, związane z przenośnikami torów transportowych tacek tekturowych oraz pustych i pełnych palet, są zasilane z falowników serii SK 500E firmy Nord. Serwonapędy zastosowane na stanowiskach paletyzacji wykorzystują sterowniki serii NORDAC SK 530E. Zarówno falowniki, jak i sterowniki serwonapędów są wyposażone w moduły komunikacyjne sieci PROFIBUS DP. Kontrolery robotów przemysłowych KUKA wyposażone są w dwie karty interfejsów PROFIBUS. Jedna karta pracu-

jąca w trybie slave przeznaczona jest do współpracy z siecią PROFIBUS sterownika PLC. Drugi interfejs – master – obsługuje wewnętrzną magistralę kontrolera robota, oddalone moduły we/wy umieszczone na chwytaku robota oraz sterownik serwonapędu Nord umieszczonego na chwytaku.

Wymienione wyżej elementy: siedem stacji ET 200S, falowniki napędów elektrycznych, sterowniki serwonapędów oraz roboty przemysłowe stanowią węzły slave magistrali PROFIBUS, podłączonej do sterownika PLC, który jest węzłem master sieci. Do wizualizacji i obsługi systemu sterowania zastosowano dotykowy panel operatorski SIMATIC MP 377 podłączony do magistrali PROFIBUS. Sterownik PLC, falowniki, sterowniki serwonapędów wraz z aktywatorami i elementami zabezpieczeń oraz system rozdziału zasilania sieciowego 3 × 400 V, umieszczono w pięciu szafach sterowniczych w oddzielnym pomieszczeniu sterowni. Rozproszone stacje ET 200 S zabudowane w niewielkich szafkach sterowniczych, szafy kontrolerów robotów oraz dotykowy panel operatorski zlokalizowano na linii paletyzacji. Zasilanie elektryczne stacji ET 200S i zasilanie napędów elektrycznych jest wyprowadzone wiązkami kabli ze sterowni i rozprowadzone po obiekcie poprzez system koryt.

Każda z siedmiu stacji ET 200S jest związana funkcjonalnie z jednym, wyodrębnionym elementem sytemu paletyzacji. Cztery stacje gromadzą sygnały obiektowe związane odpowiednio z czterema stanowiskami paletyzacji, zaś trzy pozostałe odpowiednio: z torem dystrybucji pustych palet, z torem dystrybucji tacek tekturowych i z torem wyjazdowym pełnych palet.

Zespół przycisków i przełączników, umieszczonych na drzwiach każdej szafki zawierającej stację ET 200, umożliwia pełnienie przez nie funkcji lokalnych paneli obsługi dla podstawowych zespołów sytemu paletyzacji.

Program sterujący sytemu opracowany został w środowisku STEP 7 Professional v.5.5+SP2. Oprogramowanie panelu

Fot. 7. Widok magazynu palet

operatorskiego, zintegrowane w STEP 7, wykonano z użyciem programu WinCC Flexible 2008.

Program sterujący, zaimplementowany w sterowniku PLC, ma strukturę blokową z podziałem na bloki podstawowe związane z obsługą zespołów urządzeń, bloki podrzędne związane z poszczególnymi urządzeniami zespołu oraz bloki powiązane z zadaniami funkcyjnymi urządzeń.

Oddzielną, niezależną od programu standardowego, część programu sterującego stanowi program Safety złożony z bloków programowych fail-safe. Program Safety monitoruje elementy bezpieczeństwa systemu paletyzacji, związane z wyłącznikami awaryjnymi, elementami systemu bezpieczeństwa robotów, kurtynami świetlnymi oraz osłonami bezpieczeństwa. Wynikiem działania programu jest zatrzymanie urządzenia lub grupy urządzeń związanych z bezpieczeństwem użytkowników.

Oprogramowanie Safety zostało opracowane i przetestowane z wykorzystaniem programu narzędziowego S7 Distributed Safety v.5.4 z SP5.

Opis działania systemu System sterowania podzielony jest funkcjonalnie na siedem oddzielnych zespołów: tor pustych palet, tor pełnych palet, tor kartonów, stanowisko 1, stanowisko 2, stanowisko 3, stanowisko 4.

Fot. PIAP

Rys. 3. Schemat poglądowy dwupoziomowego toru dystrybucji tacek

30

Każdy z zespołów może być niezależnie obsługiwany i z każdym z nich związane są osobne ekrany na panelu dotykowym operatora, służące do ich obsługi. Po włączeniu zasilania na panelu wyświetlany jest ekran startowy, z poziomu którego możliwy jest wybór trybu pracy każdego zespołu lub wybór ekranów, związanych z obsługą ręczną bądź ustawianiem parametrów urządzeń wchodzących w skład zespołu.

Możliwe są dwa tryby pracy: ręczny lub tryb automatyczny. W trybie ręcznym na ekranie związanym z obsługą ręczną można uruchamiać wszystkie urządzenia wchodzące w skład zespołu, takie jak siłowniki i transportery, a także zmieniać parametry i kierunek ruchu.

W celu uruchomienia automatycznej pracy zespołu z panelu operatora wybierany jest tryb automatyczny. Po wybraniu trybu automatycznego wyświetlany jest ekran ustawień, z poziomu którego należy wprowadzić parametry każde-

opakowania z linii produkcyjnej i po zapełnieniu bufora minimalnego rozpoczyna się formowanie pakietu. Uformowany pakiet zostaje zepchnięty na krawędź stołu formującego. Karetki spychająca i formująca wracają na pozycję początkową, rozpoczynając formowanie następnego pakietu i wystawiany jest sygnał gotowości pakietu. Po dojechaniu palety do stanowiska paletyzacji transporter wjazdowy przejmuje paletę z transportera łańcuchowego toru dystrybucji i przenosi ją na transporter bazujący. Po spozycjonowaniu palety do robota jest wysyłany sygnał gotowości.

Sygnał ten rozpoczyna cykl pracy robota.

Jeśli w tym czasie tacka została pobrana z toru dystrybucji tacek i znajduje się w polu pobierania robota, wystawiany jest sygnał gotowości tacki.

Robot pobiera tackę i odkłada ją na paletę, wysyłając sygnał o pobraniu tacki, który umożliwia dostarczenie następnej tacki na pole pobierania. Tacka odłożo-

tera bazującego i wyjazdowego zostają uruchomione i paleta wyjeżdża ze stanowiska paletyzacji na tor wyjazdowy pełnych palet. Blokada transportera bazującego zostaje podniesiona i jest on gotowy do przyjęcia następnej pustej palety. Ciąg transporterów toru wyjazdowego pełnych palet kieruje paletę do owijarki. Po zakończeniu owijania, paleta kolejnymi transporterami wyjeżdża na stanowisko odbioru. Oprócz zadań związanych z wyborem trybów pracy poszczególnych elementów systemu i wprowadzaniem parametrów pracy urządzeń na ekranie panelu wyświetlane są bieżące informacje o statusie systemu i stanie urządzeń.

W oknach alarmowych wyświetlane są komunikaty o błędach systemowych i błędach związanych z pracą urządzeń poszczególnych zespołów. Część błędów, np. zdarzenia związane z systemem bezpieczeństwa, powodują zatrzymanie całego zespołu. Po otrzymaniu komunikatu o alarmie i jego potwierdzeniu operator kasuje błąd, a następnie ponownie uruchamia zespół przyciskiem „start”. Niektóre błędy wymagają jedynie potwierdzenia przez użytkownika. Część zdarzeń, jak np. brak palet w magazynie czy brak bufora minimalnego na transporterach modułowych, ma jedynie charakter ostrzegawczy.

Podsumowanie

Fot. PIAP

Fot. 8. Widok owijarki

go urządzenia wchodzącego w skład zespołu. Po wprowadzeniu wszystkich parametrów i ich zatwierdzeniu system powraca do ekranu startowego, z którego operator wybiera inicjalizację zespołu.

Po zakończeniu inicjalizacji, zespół jest gotowy do pracy w trybie automatycznym. Wciśnięcie przycisku „start” rozpoczyna automatyczną pracę zespołu.

Rozpoczęcie cyklu automatycznej paletyzacji wymaga uruchomienia automatycznej pracy wszystkich torów transportowych oraz przynajmniej jednego stanowiska. Po rozpoczęciu cyklu paletyzacji magazyn palet rozpoczyna wydawanie palet na przenośniki toru dystrybucji palet. Jednocześnie tacki podawane przez operatora na przenośnik taśmowy wjeżdżają na transportery rolkowe toru dystrybucji kartonów.

Uruchamiane są także wjazdowe transportery płytkowe, dostarczające

na przez robota zostaje spozycjonowana i zatrzymana przez zderzaki manipulatora. Jednocześnie wysyłany jest sygnał gotowości tacki. Chwytak robota pobiera pakiet ze stołu formującego i odkłada go na tackę. Po odłożeniu pakietu następny pakiet zostaje zepchnięty na krawędź stołu i zostaje pobrany przez robota.

Po zapełnieniu warstwy zderzaki manipulatora zostają wycofane i podnośnik śrubowy podnosi manipulator na poziom następnej warstwy. Robot pobiera kolejną tackę, odkładając ją na ułożoną warstwę. Zderzaki manipulatora pozycjonują i zatrzymują tackę, a robot rozpoczyna układanie następnej warstwy opakowań. Cykl układania powtarza się aż do ułożenia ostatniej warstwy opakowań. Robot wysyła sygnał: paleta zapełniona. Zderzaki manipulatora zostają wycofane i opuszczana jest blokada transportera bazującego. Rolki transpor-

Testy produkcyjne systemu paletyzacji opakowań szklanych potwierdziły jego dużą uniwersalność w odniesieniu do gabarytów i kształtów oraz możliwość osiągnięcia wysokiej wydajności, przy zachowaniu niezawodności działania.

Wydajność sytemu zależy w dużej mierze od gabarytów opakowań oraz schematu pakowania. Dla opakowań pojedynczych uzyskano maksymalną wydajność do 100 sztuk na minutę. Dla opakowań dostarczanych z linii produkcyjnej w postaci zgrzewek wydajność ta może być znacznie większa.

Opracowany w PIAP system paletyzacji może być po niewielkich przeróbkach dostosowany do szerokiej gamy zastosowań w różnych branżach przemysłu.

Łukasz Araszkiewicz, Ignacy Bojanek, Dariusz Grabowski, Piotr Kostrzewa, Arkadiusz Myśliwiec, Robert Matejek, Lech Nowakowski, Marek Pachuta, Tomisław Joniuk, Tomasz Koźbiał, Michał Zychowicz, Mirosław Żarek Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

31

młodzi

innowacyjni

Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP ogłasza

VI Ogólnopolski Konkurs na

inżynierskie, magisterskie i doktorskie w dziedzinach Automatyka Robotyka Pomiary Zgłoszenie należy przesłać na adres konkurs@piap.pl do dnia 23 lutego 2014 r.

Regulamin konkursu i formularz zgłoszeniowy są dostępne na stronie www.piap.pl Autorzy najlepszych prac otrzymają nagrody pieniężne lub wyróżnienia w kategorii prac doktorskich:

I nagroda 3500 zł

II nagroda 2500 zł

w kategorii prac magisterskich:

I nagroda 3000 zł

II nagroda 2000 zł

w kategorii prac inżynierskich:

I nagroda 2500 zł

II nagroda 1500 zł

Wyniki konkursu zostaną ogłoszone podczas Konferencji AUTOMATION w Warszawie, w dniu 26 marca 2014 r.

Patronat Komitet Automatyki i Robotyki Polskiej Akademii Nauk Komitet Metrologii i Aparatury Naukowej Polskiej Akademii Nauk Polska Izba Gospodarcza Zaawansowanych Technologii Polskie Stowarzyszenie Pomiarów Automatyki i Robotyki POLSPAR

Patronat medialny Miesięcznik PAR Pomiary Automatyka Robotyka Organizator konkursu

www.piap.pl

Informacji udzielają: Małgorzata Kaliczyńska: mkaliczynska@piap.pl, tel. 22 8740 146

Bożena Kalinowska: bkalinowska@piap.pl, tel. 22 8740 015

Rozmowa PAR

Polska jest i będzie ważnym rynkiem dla firmy HARTING Wywiad z Philipem Hartingiem, wiceprezesem zarządu firmy Connectivity & Networks HARTING

Fot. Harting

Führungs AG.

HARTING to firma rodzinna, Wasze doświadczenie i obecność na rynku to ponad 68 lat działalności. Proszę opowiedzieć, jakie były początki firmy.

Moi dziadkowie – Wilhelm i Marie Harting założyli firmę we wrześniu 1945 r. Na początku nosiła ona nazwę Wilhelm Harting Mechanische Werkstätten i mieściła się w małej hali, wielkości około 100 metrów kwadratowych, na terenie warsztatu w mieście Minden. To były ciężkie czasy, ponieważ zaledwie cztery miesiące wcześniej zakończyła się w Europie II wojna światowa. W tamtych czasach produkcja obejmowała głównie podstawowe artykuły pierwszej potrzeby, takie jak żarówki, bardzo wtedy

poszukiwane płyty grzejne, elektryczne zapalniczki, dwupłytowe kuchenki elektryczne oraz żelazka. Początkowo zatem produkowaliśmy z myślą o naszych codziennych potrzebach. Mój dziadek miał silną wolę i odwagę, aby budować przyszłościową firmę i dać pracę mieszkańcom zniszczonego wojną Minden.

Przejdźmy do obecnie stosowanej technologii w firmie HARTING. Czy tworzycie nowe rozwiązania technologiczne we współpracy z innymi firmami czy ośrodkami, na przykład centrami innowacji i badań, czy też bazujecie jedynie na swoich własnych specjalistach i inżynierach?

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

33

Rozmowa PAR

Philip Harting, wnuk założycieli firmy HARTING, urodził się 11 września 1974 r. w niemieckim Bünde.

Stanowisko pierwszego wiceprezesa Connectivity & Networks HARTING Führungs AG objął w marcu 2008 r. Wcześniej, od czerwca 2005 r., piastował funkcję asystenta kierownictwa HARTING KGaA, zaś we wrześniu 2005 r. objął stanowisko dyrektora zarządzającego na Azję w HARTING (HK) Ltd. w Hong Kongu.

W latach 1994–1995 przeszedł w ramach zasadniczej służby wojskowej szkolenie jako radiooperator.

Następnie w latach 1995–1998 w Hartmann & Braun w Minden odbył specjalistyczny kurs z zakresu elektroniki przemysłowej. W latach 1998–2005 studiował na kierunkach Industrial Electrical Engineering w Braunschweig oraz Business Administration w Kolonii. Dyplom na kierunku Business Administration obronił w maju 2005 r.

Philip Harting jest członkiem honorowym wielu organizacji i stowarzyszeń: Stowarzyszenia Niemieckiego Przemysłu Targowego AUMA (Association of the German Trade Fair Industry), Federalnego Zrzeszenia Niemieckiego Przemysłu BDI (Federation of German Industries’), komitetu organizacji ZVEI na rzecz handlu zagranicznego, Komisji Polityki Transportowej ZVEI (ZVEI Commission Transport Policy) oraz Trade Fair Advisory Council Industrial Automation HMI (DMAG) w Hanowerze.

34

Ogólnie ujmując, polegamy na umiejętnościach i wiedzy naszych specjalistów i inżynierów. Zależy nam, aby zatrzymać ich fachową i obszerną wiedzę w naszej firmie. Z tego względu obecnie budujemy nasze nowe centrum Jakości i Technologii HARTING (HQT) w Espelkamp.

Prace budowlane dobiegną końca wiosną 2014 r. Tam też będziemy prowadzić badania i pracować nad dalszym rozwojem nowych produktów, z myślą o ich przyszłościowych zastosowaniach.

Współpracujemy również z partnerami, przykładowo prowadzimy wspólne badania i prace rozwojowe z firmą partnerską LEONI oraz z Uniwersytetem Reutlingen. Celem projektu jest badanie możliwości symetrycznego kabla miedzianego przy 100 Gb/s. Prowadzimy testy dla złączy Kat 6A, Kat 7, Kat 7A oraz dla nowych technik łączenia. Co istotne, odnotowujemy postępy w naszym projekcie.

Produkcja złączy modułowych to obecnie bardzo istotna część działalności firmy. Co jest głównym powodem rozwoju takiego asortymentu produktów?

Jaka jest najistotniejsza zaleta złączy modułowych w porównaniu z innymi rodzajami złączy?

Nasz system złączy modułowych HanModular to logiczne rozszerzenie serii Han-Com, która jest systemem łączeniowym, mającym na celu doprowadzenie równocześnie zasilania oraz sygnałów, dostosowanym do indywidualnych zamówień klientów. Jednak Han-Modular to znacznie więcej niż złącza zasilające i sygnałowe.

Han-Modular oferuje ponad 40 różnych modułów: zasilania, sygnału, przesyłu

danych, interfejsów optycznych i pneumatycznych. Obecna rodzina obejmuje moduły zasilające z zakresu od 40 A do 200 A, moduły sygnałowe – nawet do 25 kontaktów na moduł, moduły ekranowane, moduły danych dla USB, FireWire, RJ45 lub Gigabit Ethernet, interfejsy optyczne dla POF lub włókna szklanego a także moduły pneumatyczne. Ze względu na swoją elastyczność i niezawodność Han-Modular to ugruntowany już na rynku standard złączy modułowych. Korzystanie ze złączy Han-Modular przynosi naszym klientom ogromne korzyści. Można połączyć jedno, dwa, trzy lub więcej złączy w jedno. W praktyce oznacza to, że koszty złączy są niższe, dodatkowo skraca się czas ich instalacji i zwiększa oszczędność miejsca.

Które z gałęzi przemysłu są głównymi odbiorcami Waszych produktów na terenie Polski? Czy nasz rynek różni się pod tym względem od innych rynków?

W Polsce mamy raczej takie same rynki docelowe, jak w pozostałych krajach europejskich. Są to takie branże i sektory jak: technologia transportowa, budowa maszyn, technologia automatyki, branża energetyczna, technologia zarządzania sprzętem scenicznym, technologia medyczna, wbudowane systemy komputerowe, infrastruktura sieci przemysłowych. Polski rynek jest niemal identyczny, jak inne rynki w Europie. Polska przeszła zdumiewające i głębokie zmiany po upadku komunizmu. Co istotne: jesteście jedynym krajem w Unii Europejskiej, który przetrwał międzynarodowy krach finansowy bez recesji. To świadczy o zdrowej

Fot. Harting

Chcemy być siłą napędową zmian technologicznych i postępu, czy to w przemyśle, czy to dla klientów, na przykład w zakresie naszych rozwiązań dla e-mobilności.

Fot. Harting

kondycji polskiej gospodarki. Zatem Polska będzie w przyszłości ważnym rynkiem dla firmy HARTING. W czym widzicie największy potencjał dla Waszej firmy?

Wymieniłem już wcześniej nasze najważniejsze rynki docelowe. Obecnie pracujemy w firmie nad dwoma projektami. Są to rozwiązania dla „przemysłu zintegrowanego“ i rozwiązania dla sieci PROFINET. W związku z tym HARTING koncentruje się jeszcze intensywniej na pozycjonowaniu firmy jako dostawcy kompletnego asortymentu pod kątem przyszłościowych wymagań. Obecnie jako jedyny dostawca dostarczamy już wysoce skuteczne rozwiązania dla przemysłu zintegrowanego. W tym kontekście rozwiązania Auto-ID, a dokładniej RFID, stanowią kluczowe elementy naszej oferty.

Dostarczamy także wysoko wydajne okablowanie PROFINET, które jest niezbędne, aby rzeczywiście umożliwić firmom osiągnięcie przyrostu wydajności ze „zintegrowanego przemysłu“. Wysoko wydajne okablowanie PROFINET to solidna podstawa każdego rozwiązania automatyki PROFINET. Wszystkie rozwiązania PROFINET zaprojektowano

wcześniej na bazie 100 Mb/s Fast Ethernet. W przyszłości PROFINET będzie także funkcjonować na platformie GigaBit Ethernet. Już teraz dysponujemy odpowiednimi rozwiązaniami.

Oddział firmy HARTING funkcjonuje w Polsce zaledwie od kilku lat. Co było bezpośrednim powodem decyzji, aby otworzyć oddział na naszym rynku?

Już we wczesnych latach transformacji dostrzegliśmy, że ośrodki rządowe silnie popierały gospodarkę wolnorynkową i gwarantowały firmom solidne ramy prawne. Po kilku udanych latach ekspansji gospodarczej zdecydowaliśmy się zagościć bezpośrednio na polskim rynku, ponieważ zależało nam na zaznaczeniu naszej obecności w ważnych dla nas gałęziach gospodarki i byciu blisko naszych klientów. Mówię to z przekonaniem, że lata rozkwitu są dopiero przed Polską.

Często wytyczacie na rynku nowe trendy, przykładowo 10 lat temu zaprezentowaliście rozwiązanie w postaci złącz RJ45, które bardzo szybko odniosły sukces. Jakie są Wasze plany na nadchodzące lata? Co będzie największym wyzwaniem?

Chcemy być siłą napędową zmian technologicznych i postępu, czy to w przemyśle, czy to dla klientów, na przykład w zakresie naszych rozwiązań dla e-mobilności. HARTING Technology Group jest już bardzo dobrze przygotowana na przyszłość. Chcemy dostarczać klientom rzeczywistą wartość dodaną, co jest jednym z deklarowanych celów korporacyjnych firmy. Założenie naszej firmy brzmi: „Naszym celem jest zwiększenie korzyści dla klientów przez wdrażanie zmian technologicznych i postępu“.

Przewidujemy duże możliwości rozwoju na szybko rozwijających się rynkach azjatyckich, zwłaszcza w Chinach. To przybliża nas jeszcze bardziej do przyszłych kluczowych klientów. Najwięcej dzieje się właśnie na rynkach azjatyckich. Całkiem niedawno zanotowaliśmy nowe, rekordowe przychody. A zatem, jeśli chodzi o przyszłość, jesteśmy optymistami.

Jak najlepiej wykorzystamy dziedzictwo moich dziadków.

Rozmawiała Urszula Chojnacka PAR

REKLAMA

Prenumerata PAR – wiedza w zasięgu ręki Zamów on-line lub w redakcji PAR, a za roczną prenumeratę zapłacisz jedynie 99 zł z VAT. Prenumerata EDU – specjalna oferta dla uczniów, studentów, nauczycieli i pracowników naukowych: tylko 69,99 zł z VAT. Redakcja PAR 02-486 Warszawa, Al. Jerozolimskie 202, tel. (+48) 22 874 03 51 fax (+48) 22 874 02 02

35 Wejdź na www.par.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

Automatyka REGULATORY I ALGORYTMY REGULACJI

System JUMO mTRON T – o budowie modułowej, wyposażony w magistralę systemową Ethernet – jako zintegrowany PLC służy do realizacji uniwersalnych zadań automatyzacji, także zdecentralizowanych, np. do pomiarów, regulacji i rejestracji.

JUMO mTRON T łączy w sobie szeroką wiedzę procesową firmy JUMO z prostą, ukierunkowaną na aplikacje i przyjazną dla użytkownika koncepcją konfiguracji.

Głównym modułem systemu JUMO mTRON T jest jednostka centralna, która może współpracować z maksymalnie 30 modułami I/O. Jednostka centralna może być wyposażo na w interfejsy służące do komunikacji z systemami nadrzędnymi oraz w Web server.

W celu realizacji funkcji sterowania system ma wbudowany PLC (CoDeSys V3), a także funkcję generatora programów, funkcję monitorin-

gu wartości granicznych oraz moduły matematyczne i logiczne. Jako moduły wejściowe i wyjściowe są dostępne różne opcje, np. czterokanałowy moduł wejść analogowych z czterema galwanicznie odizolowanymi, uniwersalnymi wejściami analogowymi dla termopar, termometrów oporowych lub/i sygnałów standardowych. W ten sposób można za pomocą tego samego sprzętu dokładnie rejestrować i przedstawiać w postaci cyfrowej różne parametry procesowe. Dzięki temu ułatwione jest np. planowanie, tworzenie harmonogramów i utrzymanie odpowiednich stanów magazynowych, co niesie ze sobą korzyści finansowe.

Fot. Jumo

System JUMO mTRON T – do pomiaru, regulacji i automatyzacji

JUM Wizualizacja budowy systemu Jumo mTRON T

36

Promocja

obsłu miczn pane zinte

JUM

Fot. Jumo

Jednostka centralna Jumo mTRON T

Każdy wielokanałowy moduł regulacji obsługuje do czterech niezależnych obwodów pętli regulacji PID, z szybkim czasem cyklu i sprawdzonymi algorytmami regulacji, pracujących bez obciążania jednostki centralnej.

System umożliwia jednoczesną obsługę do 120 pętli regulujących i tym samym może być stosowany do

regulacji złożonych procesów technologicznych. Każdy moduł regulatora może być dodatkowo rozbudowany o układy wejścia i wyjścia, w zależności od potrzeb aplikacyjnych.

Wielofunkcyjny panel dotykowy umożliwia, oprócz wizualizacji wartości pomiarowych, także wygodną obsługę systemu. Ponadto udostępnia

parametry urządzenia i dane konfiguracyjne całego systemu. Panel może być zabezpieczony hasłem. Cechą szczególną panelu jest zintegrowana funkcja rejestracji oraz Web server. Do odczytu i analizy danych historycznych stosuje się sprawdzone oprogramowanie JUMO, ze standardowymi, wstępnie zdefiniowanymi, maskami.

Konfiguracja sprzętu i oprogramowanie użytkowe, jak również konfiguracja rejestracji mierzonych wartości i zadania procesów regulacji, są realizowane za pomocą programu Setup.

Przy użyciu edytora CoDeSys, zgodnego ze standardem IEC 61131-3, użytkownicy tworzą własne, wysoce efektywne rozwiązanie automatyki. Cała aplikacja zapisywana jest w jednym pliku projektu.

bu Ju

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

REKLAMA

Dzięki naszemu know-how stworzyliśmy kompletny system pomiarowy z możliwością rejestracji wartości procesowych. Połączyliśmy elastyczność sterownika PLC, łatwość obsługi i wejścia pomiarowe najwyższej klasy w jednym systemie.

JUMO Team

obsługą oraz umożliwia pełną automatyzację procesu. Innowacyjne podejście JUMO pozwoliło na połączenie w spójną całość autonomicznie pracujących regulatorów procesowych, wejść analogowych najwyższej klasy oraz elastyczności sterownika PLC. Wielofunkcyjny panel dotykowy umożliwia oprócz wizualizacji wartości pomiarowych także wygodną obsługę systemu. Cechą szczególną panelu jest zintegrowana funkcja rejestracji oraz wbudowany webserver.

JUMO mTRON T – Your System

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

37

www.pl.jumo.mtron-t.net

70029

JUMO mTRON T jest niezawodnym systemem do kontroli oraz rejestracji danych pomiarowych. Charakteryzuje się on intuicyjną

Automatyka SYSTEMY KOMUNIKACJI

Firma Advantech już od kilkunastu lat cieszy się statusem cenionego na całym świecie dostawcy urządzeń dla rozproszonych systemów kontrolno-pomiarowych. Opracowana w 1993 r. seria modułów ADAM jest sukcesywnie rozwijana, szczególnie w zakresie rozszerzenia możliwości komunikacji z różnymi systemami automatyki.

Seria ADAM, na którą początkowo składało się tylko kilka urządzeń z interfejsem szeregowym RS-485, jest wciąż rozbudowywana. W ostatnich miesiącach rozszerzono ją o serię ADAM-6100 – moduły I/O z obsługą protokołów EtherNet/IP i PROFINET. Jesienią bieżącego roku producent przedstawił kolejną nowość – moduły serii ADAM-6200.

I/O Obecnie seria zawiera siedem modułów, wyposażonych w wejścia/ wyjścia analogowe (U/I) i cyfrowe (także przekaźnikowe). Dodatkowo każde z wejść cyfrowych może pracować jako wejście licznikowe (w trybie zliczania albo pomiaru częstotliwości) lub zatrzaskowe (latch), a każde z wyjść cyfrowych jako wyjście impulsowe (o regulowanym wypełnieniu i liczbie generowanych jednorazowo impulsów) lub opóźniające (o zadanej zwłoce czasowej).

Komunikacja Moduły zostały wyposażone w dwa interfejsy sieciowe Ethernet 10/100 Base-TX oraz obsługę protokołu Modbus/ TCP – jednego z najpowszechniej stosowanych w automatyce przemysłowej. Na szczególną uwagę zasługuje funkcjonalność wynikająca właśnie z istnienia dwóch portów sieciowych (stanowiących de facto wbudowany dwuportowy switch, zgodny z IEEE 802.3u), które pozwalają na kaska-

38

dowe łączenie modułów, bez konieczności stosowania normalnie wymaganych przełączników sieciowych. Ponadto (co wydaje się być szczególnie istotne dla uzyskania jak największej niezawodności całego układu) takie połączenie jest objęte funkcją auto-bypass, która w przypadku zaniku zasilania pojedynczego modułu zapewnia utworzenie przezroczystego połączenia między obydwoma interfejsami, skutkujące utrzymaniem komunikacji z pozostałymi modułami znajdującymi się w łańcuchu.

Producent przewidział także możliwość korzystania z urządzeń za pośrednictwem zgodnej z HTML5 przeglądarki internetowej (z wykorzystaniem komputera, tabletu czy nawet smartfona). Po wpisaniu w polu adresowym przeglądarki IP modułu i po prawidłowym zalogowaniu (wymagane jest podanie hasła ustawianego za pomocą programu narzędziowego AdamApax.NET Utility) uzyskuje się widok wgranej do urządzenia prostej strony www, pozwalającej na wgląd w aktualne stany we/wy (wraz z krótkim trendem graficznym) oraz wysterowanie poszczególnych wyjść. Oczywiście nic nie stoi na przeszkodzie, aby strona ta została odpowiednio zmodyfikowana we własnym zakresie przez użytkownika. Wystarczy odpowiednie przygotowanie samego kodu HTML (oczywiście w połączeniu z JavaScript). Dla dostępu do danych modułu będzie to technologia AJAX wykorzystująca zaimplementowane wywoływania GET/POST (zgodne z architekturą REST i zwracające wynik w postaci danych XML).

W celu graficznej prezentacji wyników można skorzystać z występującego w specyfikacji HTML5 i pozwalającego na uzyskanie rozbudowanych grafik elementu (kontenera) „canvas”, a do interakcji z użytkownikiem – z obiektów formularzowych. Gotowy kod wgrywa się do pamięci modułu za pomocą programu narzędziowego AdamApax.NET Utility.

Fot. Elmark Automatyka

Seria ADAM-6200 – moduły I/O do sieci Ethernet

Połączenia P2P Stosunkowo często pojawiającym się problemem rozproszonych systemów automatyki i pomiarów jest przesyłanie dużej liczby sygnałów, często także na duże odległości. Kłopotliwe staje się prowadzenie dużej liczby przewodów oraz występowanie wszelkiego rodzaju zakłóceń.

Promocja

7056

Jednym z możliwych rozwiązań eliminujących te problemy jest oczywiście przesyłanie sygnałów w postaci przetworzonej do cyfrowej, np. za pomocą sieci Ethernet. W tym przypadku pomocna może okazać się właśnie implementacja połączeń P2P (peer-to-peer), występująca także w modułach serii ADAM-6200, niewymagająca korzystania z dodatkowego urządzenia master i umożliwiająca dodatkowo pracę w dwóch trybach: BASIC (one-to-one, gdzie współpracuje ze sobą tylko para modułów) oraz ADVANCED (one-to-multi, gdzie dla każdego kanału modułu „źródłowego” można wskazać dowolny kanał dowolnego modułu „docelowego”).

Dzięki zaimplementowanej obsłudze algorytmów GCL (ang. Graphic Condition Logic), czyli prostych reguł logicznych, operujących na sygnałach wejściowych i na ich podstawie ustalających stany wyjść (także na zdalnych modułach), urządzenia te mogą także przyjąć rolę prostego, autonomicznego sterownika. Nie są to sterowniki PLC, ale w przypadku pojawiających się bardzo prostych zadań, dla których stosowanie PLC jest zdecydowanie nadmiarowe, ta funkcja modułów serii ADAM-6200 może być bardzo przydatna.

ELMARK Automatyka Sp. z o.o.

Advantech Premier Channel Partner www.elmark.com.pl

REKLAMA

Fot. Elmark Automatyka

Algorytmy GCL

REKLAMA

WIĘCEJ ZA MNIEJ  Konkurencyjne ceny na 11,000 produków nawijanych na szpule  Dedykowany Zespół Ekspertów do przygotowywania ofert cenowych  Śledzenie produktu wg DATY i numeru PARTII dla ponad 80,000 produktów

WYŚLIJ NAM ZAPYTANIE OFERTOWE

pl.farnell.com/produkcja

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

70567-Reel-ad-PL-205x145(5).indd 1

39

22/11/2013 08:54

Komórki punktu cynku, Komórka punktu potrójnego

aluminium i miedzi

wody FLUKE 5901

Rozszerzenie zakresu akredytacji laboratorium spółki CZAH-POMIAR W listopadzie 2013 r., po pozytywnej ocenie Polskiego Centrum Akredytacji, zakres akredytacji Laboratorium Pomiarów Temperatury spółki Czah-Pomiar został rozszerzony o wzorcowanie kontrolnych czujników termoelektrycznych typu S, R, B i kontrolnych czujników termometrów rezystancyjnych SPRT metodą punktów stałych (w komórkach punktów stałych) oraz o wzorcowanie metodą porównawczą przemysłowych czujników termometrów rezystancyjnych (IPRT).

Wzorcowanie metodą punktów stałych to najdokładniejsza metoda wzorcowania. Polega na wykorzystaniu przemian fazowych (topnienie, krzepnięcie, punkt potrójny) czystych metali i wody.

Wzorcowane tą metodą kontrolne czujniki temperatury umieszcza się w specjalnych komórkach, wypełnionych czystym metalem (np. cynk, aluminium, miedź). W trakcie podgrzewania lub chłodzenia komórek w specjalnych urządzeniach (piece

40

Promocja

grzewcze, termostaty) zawarta w komórce substancja zaczyna w ściśle określonej temperaturze topić się lub krzepnąć.

Stosując precyzyjne urządzenia sterujące systemem grzewczym/chłodzącym, można ten stan przemiany fazowej utrzymać przez kilka godzin lub nawet wiele dni.

Temperatura topniejącego/krzepnącego materiału jest w tym czasie stała.

W zależności od zastosowania oraz zakresu temperatury i wymaganej dokład-

ności (niepewności) pomiaru stosuje się czujniki temperatury o różnej konstrukcji i dobiera się odpowiednie metody wzorcowania. Platynowe czujniki termometrów rezystancyjnych stanowią podstawową grupę czujników stosowanych do pomiaru temperatury w bardzo szerokim zakresie jej zmian, poczynając od niskich temperatur, od około –260 °C, do wysokich temperatur, bliskich 1000 °C. W przypadku termometrów najwyższej dokładności (wzorcowych, platynowych termometrów rezystancyjnych SPRT – ang. Standard Platinium Resistance Thermometer), kiedy wymagana jest niepewność pomiaru rzędu ułamków milikelwina, wzorcowanie przeprowadza się w definicyjnych punktach stałych skali MST–90 (komórkach punktów stałych).

Metodę tę stosuje się również do wzorcowania kontrolnych czujników termoelektrycznych typu S, R, B. W Międzynarodowej Skali Temperatury z 1990 r. zdefiniowano kilkanaście punktów stałych, którym przypisane są precyzyjnie wyznaczone wartości temperatury oraz podano równania interpolacyjne, opisujące charakterystykę tem-

Fot. Czah-Pomiar

Pomiary WZORCOWANIE CZUJNIKÓW

Fot. Czah-Pomiar

peraturową czujników platynowych termometrów rezystancyjnych, wzorcowanych w tych punktach. Czujniki stosowane do realizacji skali muszą być wykonane z odpowiednio czystej platyny, której czystość określona jest stosunkiem rezystancji w danym punkcie stałym do rezystancji w punkcie potrójnym wody.

W przypadku wzorcowania mniej dokładnych przyrządów pomiarowych stosuje się metodę porównawczą. Jest ona powszechnie stosowana również do wzorcowania znormalizowanych czujników platynowych przemysłowych termometrów rezystancyjnych (IPRT), o charakterystyce zgodnej z wymaganiami normy PN-EN 60751:2009E. Temperaturę odniesienia wyznacza się za pomocą innego kontrolnego platynowego termometru rezystancyjnego, o znanej charakterystyce zależności rezystancji od temperatury.

Laboratorium Pomiarów Temperatury spółki Czah-Pomiar jest obecnie jednym z zaledwie dwóch laboratoriów w Polsce, oprócz Laboratorium Temperatury Fizykochemii Zakładu Głównego Urzędu Miar w Warszawie, wykonujących w szerokim zakresie wzorcowanie czujników kontrolnych metodą punktów stałych. W ramach rozszerzonego zakresu akredytacji istnieje możliwość wzorcowania metodą punktów stałych w: • punkcie potrójnym rtęci (–38,8344 °C), • punkcie potrójnym wody (0,01 °C), • punkcie topnienia galu (29,7646 °C), • punkcie krzepnięcia cynku (419,527 °C), • punkcie krzepnięcia aluminium (660,323 °C), • punkcie krzepnięcia miedzi (1084,62 °C),

Obecny zakres akredytacji Laboratorium: Wzorcowanie w zakresie akredytacji laboratorium metodą punktów stałych: Wzorcowanie długich, platynowych czujników termometrów rezystancyjnych 25 Ω (SPRT) w komórkach punktów stałych: • punktu potrójnego rtęci, Hg (–38,8344 °C), • punktu potrójnego wody, H2O (0,01 °C), • topnienia galu, Ga (29,7646 °C), Wzorcowanie termoelementów kontrolnych typu S (PtRh10-Pt) oraz R (PtRh13-Pt) w komórkach punktów stałych: • krzepnięcia cynku, Zn (419,527 °C), • krzepnięcia aluminium, Al (660,323 °C), • krzepnięcia miedzi, Cu (1084,62 °C).

Wzorcowanie termoelementów kontrolnych typu B (PtRh30-PtRh6) w komórkach punktów stałych: • krzepnięcia aluminium, Al (660,323 °C), • krzepnięcia miedzi, Cu (1084,62 °C), • topnienia palladu, Pd (1553,5 °C) metodą drutową.

Wzorcowanie długich, wysokostabilnych, platynowych czujników termometrów rezystancyjnych 100 Ω (referencyjnych, semistandardowych SSPRT) w komórkach punktów stałych: • punktu potrójnego rtęci, Hg (–38,8344 °C), • punktu potrójnego wody, H2O (0,01 °C), • topnienia galu, Ga (29,7646 °C).

Wzorcowanie w zakresie akredytacji laboratorium metodą porównawczą: • pirometrów, kamer termowizyjnych, skanerów liniowych, • czujników termoelektrycznych z metali szlachetnych (S, R, B), • czujników termoelektrycznych z metali nieszlachetnych (E, J, K, N, T), • termometrów elektrycznych i elektronicznych (w uzgodnionych przypadkach także w siedzibie klienta), • wskaźników, mierników, w tym regulatorów temperatury (w uzgodnionych przypadkach także w siedzibie klienta), • symulatorów (kalibratorów) temperatury.

Mostek zmiennoprądowy wraz z rezystorami wzorcowymi

• oraz metodą drutową w punkcie topnienia palladu (1553,5 °C).

Laboratorium Pomiarów Temperatury spółki Czah-Pomiar prowadzi wzorcowanie za pomocą zautomatyzowanego systemu komputerowego do kontroli i sterowania systemem oraz samego wzorcowania. Wyposażenie pracowni bazuje na urządzeniach takich renomowanych firm, jak Fluke Calibration (Hart Scientific), Isotech, ASL, Tinsley, Agilent oraz ITR. Opracowanie i wdrożenie wspomaganego komputerowo innowacyjnego systemu do wzorcowania czujników temperatury metodą punktów stałych było możliwe dzięki współfinansowaniu ze środków unijnych Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Śląskiego na lata 2007–2013.

Kompleksowa usługa wzorcowania kontrolnych czujników temperatury, wykonana w Laboratorium Pomiarów Temperatury spółki Czah-Pomiar, to wymierne korzyści dla klientów. Do tej pory, chcąc wykonać wzorcowanie kontrolnych czujników temperatury w szerokim zakresie, często konieczne było zlecenie tej usługi kolejno kilku laboratoriom. Wiązało się to ze znacznym wydłużeniem czasu realizacji wzorcowania czujnika, wzrostem kosztu wykonania usługi oraz zwiększeniem niebezpieczeństwa uszkodzenia czujnika w trakcie transportu między kolejnymi laboratoriami. Dzięki usłudze w Czah-Pomiar możliwa jest redukcja kosztów i czasu przy wzroście bezpieczeństwa oraz gwarancji wysokiej jakości.

CZAH-POMIAR Sp. z o.o. ul. Porcelanowa 25, 40-241 Katowice tel. 32 607 31 70 e-mail: laboratorium@czah.pl www.laboratorium-pomiarowe.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

41

Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa tel. (+48) 22 8740 287, (+48) 22 8740 255 fax: (+48) 22 8740 209 e-mail: tachograf@piap.pl

3 Pomiar i rejestracja: prędkości, przebytej drogi, pozycji geograficznej oraz sygnałów dwustanowych i analogowych z różnych urządzeń pojazdu.

3 Zdalny odczyt parametrów pracy pojazdu.

3 Łatwość dostosowania systemu do wymagań użytkownika oraz możliwość późniejszej modernizacji bez konieczności wymiany na nowy.

3 Panele operatorskie LCD (od 7“ do 15“) umożliwiają czytelną prezentację parametrów.

3 Pomiar i rejestracja prędkości z dokładnością 0,1 km/h.

3 Przetworniki prędkości o stopniu ochrony IP68, zakresie temperatury pracy od –40 °C do 70 °C, odporne na wstrząsy i udary.

3 Rejestracja danych: w dedykowanych kartach pamięci, umożliwiających nieprzerwany zapis informacji co najmniej 100 dni, w zależności od zastosowanych kart pamięci.

3 Dodatkowe moduły diagnostyczne umożliwiają ocenę i szybką diagnostykę stanu czujników pojazdu i sygnałów tachografu.

42

CZUJNIKI I SYSTEMY POMIAROWE Pomiary

Firma Guenther Polska oferuje systemy profilowania temperatury marki Phoenix.

Są one przeznaczone do procesów przemysłowej obróbki cieplnej, takich jak: obróbka cieplna aluminium i stali, procesy podgrzewania stali, odprężanie szkła, kształtowanie szkła, wypalanie ceramiki czy utwardzanie farb proszkowych lub tradycyjnych.

Fot. Guenther

Systemy profilowania temperatury marki Phoenix Rejestracja rozkładu temperatury podczas procesów obróbki cieplnej jest możliwa za pomocą termopar umieszczonych w najważniejszych częściach produkowanych detali, rejestratora danych oraz chroniącej go przed temperaturą bariery termicznej. System wędruje wraz z produktem przez cały proces obróbki cieplnej. Tylko w ten sposób możliwe jest monitorowanie prawdziwej temperatury produkowanych detali w funkcji czasu i położenia oraz rejestrowanie danych do ich późniejszej analizy. Konstrukcja systemów została zaprojektowana tak, aby zapewnić wysoką dokładność pomiarów i odporność na wysoką temperaturę, ciśnienie oraz agresywną atmosferę.

Wieloletnie doświadczenie firmy Guenther Polska w dziedzinie profilowania temperaturowego oraz znajomość najróżniejszych procesów obróbki cieplnej pozwalają na projektowanie systemów z pełnym zrozumieniem wymogów, jakie stawia konkretna aplikacja. Przykładowo w procesach nakładania powłok wymagane jest stosowanie barier termicznych wolnych od silikonu, natomiast w branży obróbki cieplnej, Promocja

gdzie bariery termiczne poddawane są ogromnym skokom temperatury podczas nagrzewania i chłodzenia, głównym kryterium jest zminimalizowanie ich zniekształceń. W innych procesach, takich jak obróbka termiczna odlewów aluminiowych, bariery termiczne muszą być odporne na pełne zanurzenie w kąpieli chłodzącej zaraz po nagrzaniu do wysokiej temperatury.

Do procesów, w których możliwe jest wykorzystanie systemów marki Phoenix zalicza się: • pomiary kontrolne pieców w zgodzie z zaleceniami normy lotniczej AMS2750E, • procesy obróbki cieplnej odlewów aluminiowych, gdzie badania rozkładu temperatury są niezbędne, aby wykazać zgodność parametrów obróbki z zaleceniami norm, np. CQI-9, • procesy nagrzewania stali, np. slabów, gdzie pomiary potrzebne są do weryfikacji modelu matematycznego procesu, • procesy spożywcze, takie jak procesy gotowania, chłodzenia czy mrożenia; system idealnie nadaje się do sto-

sowania w smażalniach, kuchniach parowych, chłodziarkach lub zamrażarkach przemysłowych, • lutowanie aluminium i kontrolę atmosfery lutowania (CAB), czyli procesy, w których wytwarzane są takie produkty, jak chłodnice, wymienniki ciepła, rdzenie grzejne czy chłodnice oleju, • procesy wypalania ceramiki, takie jak produkcja cegieł, ceramiki sanitarnej czy materiałów ogniotrwałych, • utwardzanie powłok – systemy przeznaczone do monitorowania cyklu utwardzania powłok lakierniczych i proszkowych, • procesy utwardzania powłok PTFE, • spiekanie kontaktowe PV Solar, czyli procesy produkcji ogniw słonecznych PV. Istnieje również możliwość zaprojektowania i wykonania indywidualnych systemów dopasowanych do potrzeb.

GUENTHER Polska Sp. z o.o. ul. Wrocławska 24 b, 55-090 Długołęka tel. 71 352 70 70, fax 71 352 70 71 www.guenther.com.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

43

rynek i technologie PANELE, KOMPUTERY PANELOWE, OPROGRAMOWANIE, SCADA

Graficzne panele operatorskie z ekranem dotykowym Przegląd rozwiązań dla małych i średnich aplikacji

Panele z ekranem dotykowym są coraz częściej obecne w interfejsach operatorskich maszyn i urządzeń.

Ich funkcjonalność łączy rosnące wymagania użytkowników, kształtowane przez powszechnie dostępne gadżety elektroniczne, z koniecznością zachowania wysokiego stopnia niezawodności podczas pracy w trudnych warunkach.

Sektor HMI (ang. Human Machine Interface) jest jednym z prężniej rozwijających się na rynku urządzeń automatyki przemysłowej. Z roku na rok pojawiają się nowi producenci a dotychczasowi ciągle uzupełniają swoją ofertę, aby proponować rozwiązania jeszcze lepiej dopasowane do indywidualnego klienta.

liczby parametrów i bardzo prostą diagnostykę.

Do bardziej wymagających zadań stosowane są panele graficzne o przekątnych od kilku do kilkunastu cali.

Klawiaturę w tego rodzaju panelach coraz częściej zastępuje ekran dotykowy. Rozwiązania tego typu stosowane są głównie jako interfejs małych i średnich aplikacji, takich jak maszyny pakujące czy stacje procesowe. Graficzny wyświetlacz o wysokiej rozdzielczości i dużej głębi kolorów pozwala tworzyć przejrzyste i efektowne wizualizacje z intuicyjnym, dla użytkownika współczesnych smartfonów i tabletów, interfejsem dotykowym. W segmencie tym można spotkać również panele mobilne, które umożliwiają obniżenie kosztów i uproszczenie rozległych aplikacji, np. seria MP50 firmy B&R lub Handy GOT produkowane przez Mitsubishi Electric.

Najdroższymi, ale i najbardziej zaawansowanymi rozwiązaniami, są duże panele graficzne (o kilkunasto- lub kilkudziesięciocalowych przekątnych) oraz tzw. komputery panelowe (urządzenia, które w uproszczeniu integrują w jednej obudowie komputer przemysłowy i monitor). Z racji zastosowanych podzespołów (płyta główna, procesor)

zapewniają one maksymalną kompatybilność z komputerami klasy PC, umożliwiając np. instalację oprogramowania klasy SCADA. Tego typu rozwiązania stosowane są głównie w większych aplikacjach (procesy i linie produkcyjne).

Rozwój systemów operacyjnych o cechach systemów czasu rzeczywistego, takich jak Windows CE, oraz programowych sterowników PLC (tzw.

SoftPLC) sprawił, że w każdym z wymienionych segmentów poza klasycznymi panelami pełniącymi jedynie rolę interfejsu operatorskiego można spotkać rozwiązania oferujące zintegrowane funkcje wizualizacji i sterowania.

W artykule skupiono się na najpopularniejszych, graficznych panelach operatorskich w ich „podstawowej” formie, tj. bez sterownika PLC. W tab. 1 zestawiono parametry przykładowych paneli o przekątnych do 10 cali dostępnych na rynku. Nie należy jej przy tym traktować jako porównanie, ale raczej jak przegląd przykładowych rozwiązań z opisywanego segmentu.

Ważniejsze parametry Większość współczesnych paneli graficznych ma wyświetlacze wykonane w technologii TFT LCD. Zasada dzia-

Rodzaje rozwiązań dostępnych na rynku Urządzenia klasy HMI można zgrupować, stosując wiele różnorodnych kryteriów. Jednym z powszechniej stosowanych jest wielkość aplikacji. Zgodnie z tym podziałem najmniej zaawansowanym, ale jednocześnie najtańszym rozwiązaniem dla małych aplikacji są proste panele tekstowe z klawiaturą.

Umożliwiają one względnie komfortową obsługę, przy założeniu niewielkiej

44

Rys. 1. Przekrój wyświetlacza TFT

Rys. 3. Zasada działania rezystancyjnego ekranu dotykowego

łania wyświetlacza LCD (ang. Liquid Crystal Display) jest oparta na właściwościach cząsteczek w stanie ciekłego kryształu, które zmieniają swoją orientację pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego, powodując zmianę sposobu polaryzacji światła.

Najpopularniejszą technologią produkcji wyświetlaczy LCD jest obecnie TFT (ang. Thin Film Transistor). Zastąpiła ona technologię STN (ang. SuperTwisted Nematic Display) i charakteryzuje się zastosowaniem jako elementów sterujących cienkowarstwowych tranzystorów ulokowanych na szklanej płytce podłożowej, co w praktyce przekłada się na poprawienie kontrastu i zwiększenie szybkości, z jaką wyświetlany jest obraz.

Budowa wyświetlacza TFT jest przedstawiona na rys. 1. Światło, przez poziomy filtr polaryzacyjny (2) i szklaną płytkę (1), trafia na warstwę ciekłego kryształu (7) z elementami dystansowymi (8), umieszczoną między dwiema elektrodami (10/11). Jeśli są one załączone, światło ulega skręceniu o 90°, co umożliwia mu przejście przez pionowy filtr polaryzacyjny (3). Sterowanie elektrodami zapewnia warstwa tranzystorów TFT (9) oraz pionowe i poziome

Rys. 4. Sposób określania miejsca dotknięcia w ekranie rezystancyjnym

Rys. 2. Rodzaje podświetlenia (od lewej: CCFL, LED krawędziowe i LED z pełną siatką)

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

45

rynek i technologie PANELE, KOMPUTERY PANELOWE, OPROGRAMOWANIE, SCADA

Tab. 1. Parametry przykładowych paneli o przekątnych do 10 " Producent

Advantech

ASEM

ASTOR

Model

WebOP-2100T-N2AE

HMI30

Astraada AS43TFT1025

TFT (LED)

TFT (LED)

TFT (LED)

Przekątna i rozdzielczość

10,1” | 1024 ´ 600

10,4” | 800 ´ 600

10,4” | 800 ´ 600

Inne dostępne przekątne

4,3” | 5,6” | 7” | 8”

5,7” | 7” | 8,4” | 12,1” | 15”

3,5” | 3,7” | 4,3” | 5,7” | 7”| 15”

Liczba kolorów (głębia)

65 536 (16 bit)

16 777 216 (24 bit)

65 536 (16 bit)

Typ matrycy dotykowej

rezystancyjna (4 p)

rezystancyjna (5 p)

rezystancyjna (4 p)

brak

brak

brak

Procesor

ARM9, 200 MHz

ARM Cortex A8 Freescale i.MX535, 1 GHz

ARM926EJ, 200 MHz

Pamięć RAM

64 MB SDRAM

512 MB RAM (DDR3)

64 MB SDRAM

8 MB flash (NOR) + 128 MB flash (NAND)

2 GB eMMC (SSD) + 256 MB flash ROM (NAND)

8 MB flash (NOR) + 128 MB flash (NAND)

Micro-SD

SD / SDHC

Micro-SD

System operacyjny

dedykowany

Windows CE 7.0 Pro

dedykowany

Ważniejsze funkcje

alarmy, logi, trendy, receptury, makra, kontrola dostępu, symulacja off-line/on-line

alarmy, logi, trendy, receptury, makra (VB), raporty, kontrola dostępu, symulacja off-line/ on-line, obsługa kamer IP

alarmy, logi, trendy, receptury, makra (VB), raporty, kontrola dostępu, symulacja off-line/on-line

1 ´ RS-232, 1 ´ RS-422/485, 1 ´ RS-232/422/485

1 ´ RS-232/422/485

1 ´ RS-232, 1 ´ RS-232/485, 1 ´ RS-232/422/485

1/1

2/–

1/2

Wyświetlacz Typ (podświetlenie)

Klawiatura System

Pamięć nieulotna Karty pamięci

VNC

Komunikacja Porty RS Porty USB (host/device) Porty Ethernet

1 ´ 10/100 Mbit/s

2 ´ 10/100 Mbit/s

1 ´ 10/100 Mbit/s

Gateway

tak

tak

tak

Serwery

brak danych

WWW, Ubiquity

VNC, FTP

Inne

konwerter MPI

Oprogramowanie Nazwa Cena

WebOP Designer

Premium HMI 3

Astraada HMI CFG

darmowe

darmowe

darmowe

10 W @ 24 V DC

9 W @ 24 V DC

20 W @ 24 V DC

Inne Zasilanie Stopień ochrony (po zamontowaniu) Temperatura pracy Certyfikaty

IP66

IP66 (NEMA4X)

IP65 (NEMA4)

0…+50 °C

0…+50 °C

–10…+50 °C

CE, UL, FCC (Class A), BSMI, CCC

CE, UL

CE, FCC

zdalny dostęp i zarządzanie poprzez Ubiquity, obudowa TrueFlat

obsługa ponad 300 protokołów komunikacyjnych, biblioteka gotowych elementów graficznych

Informacje dodatkowe Dystrybutor

CSI Computer Systems for Industry

Sabur

ASTOR

Gwarancja

24 miesiące (opcja do 60)

12 miesięcy (opcja do 36)

24 miesiące

936,00–4000,00 PLN

690,00–1210,00 EUR

699,00–7230,00 PLN

Cena

46

panel

5”

NAND)

pu,

acyjnych, znych

B&R

Delta Electronics

ESA Elettronica

GE Intelligent Platforms

5MP050.0653-04

DOP-B10E615

SC210

Quick Panel+ IC755CSW07CDA

TFT

TFT (LED)

TFT (LED)

TFT

6,5” | 640 ´ 480

10,1” | 1024 ´ 600

10,1” | 1024 ´ 600

7” | 800 ´ 480

3,8”

4,3” | 5,6” | 8” | 10,1” | 10,4”

3,5” | 7”

10” | 12” | 15”

65 536 (16 bit)

65 536 (16 bit)

65 536 (16 bit)

65 536 (16 bit)

rezystancyjna

rezystancyjna

rezystancyjna (4 p)

pojemnościowa PCD (two-point multitouch)

22 + 9 przycisków

brak

brak

brak

Intel XScale PXA 270, 416 MHz

RISC 32 bit

ARM920T

ARM Cortex A8 Freescale i .MX535, 1 GHz

256 MB SDRAM

64 MB SDRAM

64 MB RAM

512 MB SDRAM (DDR2)

128 MB flash

128 MB flash (O/S: 30 MB, backup: 16 MB, aplikacja: 82 MB)

64 MB flash

256 MB flash (SLC NAND)+ 512 kB SRAM (podtrzymanie bateryjne)

brak

SD / SDHC

SD / MMC

SD/SDHC

Windows CE 5.0 Pro

dedykowany

Windows CE 5.0

Windows CE 7.0

VNC Viewer do wyświetlania wizualizacji zapisanej w sterowniku PLC

alarmy, logi, trendy, receptury, raporty, kontrola dostępu, transfer programu PLC z kart SD, generacja krzywek dla napędów

alarmy, logi, trendy, receptury, makra (VB), kontrola dostępu, symulacja off-line/on-line, wbudowany słownik

alarmy, logi, trendy, makra, raporty, kontrola dostępu, funkcje sterowania i wizualizacji, wbudowany Historian

RS-232 (na konektorze)

1 ´ RS-232, 2 ´ RS-232/422/485

2 ´ RS-232/485

1 ´ RS-232

1/–

1/1

1/1

2/1

1 ´ 10/100 Mbit/s

10/100 Mbit/s

1 ´ 10/100 Mbit/s

1 ´ 10/100 Mbit/s

nie dotyczy

tak

tak

nie

nie dotyczy

eServer, eRemote

brak

WWW

konektory (dwa rodzaje)

wyjście audio

nie dotyczy

DOPSoft

POLYMATH SmartClick

Proficy Machine Edition View

nie dotyczy

darmowe

darmowe

2930,00 PLN

9,6 W @ 24 V DC

12 W @ 24 V DC

8 W @ 24 V DC

24 V DC

HTML 5, wejście i wyjście audio

IP65

IP65 (NEMA4)

IP65

IP65F (NEMA4X)

0…+50 °C

0…+50 °C

–10…+50 °C

0…+50 °C

CE, UL, CSA, FCC,

CE, UL, KCC

CE

CE, UL, cUL, ATEX, RoHS

panel mobilny (wersja z wył. grzybkowym, kluczykiem i pokrętłem)

obudowa typu TrueFlat

B&R Polska

InduProgress

Sabur

ASTOR

brak danych

brak danych

12 miesięcy

24 miesiące

brak danych

220,00–1060,00 EUR

295,00–1080,00 EUR

6500,00–14 000,00 PLN

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

47

rynek i technologie PANELE, KOMPUTERY PANELOWE, OPROGRAMOWANIE, SCADA

Tab. 1. Parametry przykładowych paneli o przekątnych do 10 " (cd.)

Producent

Kernel Sistemi

KINCO

LS Industrial Systems

Model

GTS 240

MT4512TE

XP70-TTA/DC

Typ (podświetlenie)

STN (LED)

TFT (LED)

TFT (CCFL)

Przekątna i rozdzielczość

5,7” | 320 ´ 240

10,1” | 800 ´ 480

10,4” | 640 ´ 480

Inne dostępne przekątne

brak

4,3” | 5,6” | 5,7” | 7” | 8” | 10,4” | 12,1”

5,7” | 8,4” | 12,1” | 15”

Liczba kolorów (głębia)

2 (1 bit)

65 536 (16 bit)

65 536 (16 bit)

Typ matrycy dotykowej

rezystancyjna (4 p)

rezystancyjna (4 p)

rezystancyjna (8 p)

brak

brak

brak

Hitachi H82134

RISC 32 bit, 800 MHz

ARM920T, 200 MHz

–

Wyświetlacz

Klawiatura System Procesor Pamięć RAM

64 MB SDRAM

64 MB RAM

1 MB flash (aplikacja) + 64 kB EEPROM (receptury)

128 MB flash

32 MB flash (aplikacja 10 MB) + 512 kB SRAM (logi, alarmy, dane)

brak

brak

CF

System operacyjny

dedykowany

dedykowany

Windows CE 5.0 Core

Ważniejsze funkcje

alarmy, trendy, receptury, kontrola dostępu, sterowanie dodatkowymi urządzeniami

alarmy, logi, trendy, receptury, makra (C), kontrola dostępu, symulacja off-line/on-line

alarmy, logi, receptury, makra, raporty (e-mail), kontrola dostępu, planowanie zadań, monitoring programu PLC, symulacja on-line/off-line

2 ´ RS-232/422/485

1 ´ RS-232/485, 1 ´ RS-232

2 ´ RS-232, 1 ´ RS-422/485

Porty USB (host/device)

–/–

1/1

1/1

Porty Ethernet

opcja

1 ´ 10/100 Mbit/s

1 ´ 10/100 Mbit/s

Gateway

tak

tak

tak

Serwery

WWW (dostępny z modułem Ethernet)

OPC

WWW, VNC

Inne

dodatkowe moduły (wejścia-wyjścia)

Pamięć nieulotna Karty pamięci

15 M

ala m sym

Komunikacja Porty RS

port kart komunikacyjnych

Oprogramowanie Nazwa Cena

Flash

HMIware

XP-Builder

darmowe

darmowe

darmowe

4,8 W @ 24 V DC

8 W @ 24 V DC

27 W @ 24 V DC

IP55

IP65

IP65

–10...+70 °C

0…+45 °C

0…+50 °C

CE, RoHS

CE, FCC

CE, UL, KCC

Inne Zasilanie Stopień ochrony (po zamontowaniu) Temperatura pracy Certyfikaty

pane

Informacje dodatkowe Dystrybutor

VENT-Ex

WObit

Aniro

Gwarancja

24 miesiące

12 miesięcy

24 miesiące

Cena

550,00 EUR

802,31–4130,00 PLN

1500–7960,00 PLN

48

B SRAM

e-mail), onitoring -line

Mitsubishi Electric

Omron

Phoenix Contact

PILZ

GT1665HS-VTBD

NB10W

TP 3105T

PMIopen 526

TFT (LED)

TFT (LED)

TFT (LED)

TFT (LED)

6,5” | 640 ´ 480

10,1” | 800 ´ 480

10,4” | 800 ´ 600

10” | 800 ´ 600

brak

3,5” | 5,6” | 7”

5,7” | 7” | 12,1”

3,5” | 5,7” | 6,3” | 7” | 12” | 15”

65 536 (16 bit)

65 536 (16 bit)

65 536 (16 bit)

65 536 (16 bit)

rezystancyjna

rezystancyjna

rezystancyjna

rezystancyjna

6 przycisków

brak

brak

8 przycisków w wersji 3.5”

brak danych

brak danych

Intel XScale PXA 320, 806MHz

ARM, 1GHz

brak danych

brak danych

128 MB SDRAM

256 MB RAM

15 MB flash (aplikacja) + 500 kB SRAM (podtrzymanie bateryjne)

128 MB

1 GB flash

512 MB flash

CF

brak

CF

SD

dedykowany

dedykowany

Windows CE 6.0

Windows CE 6.0

alarmy, logi, trendy, kontrola dostępu, monitoring i edycja programu PLC, symulacja off-line/on-line, przeglądarki

alarmy, logi, trendy, receptury, makra (ANSI C), kontrola dostępu, symulacja off-line/on-line

alarmy, logi, trendy, receptury, makra (VBA/IL), raporty, kontrola dostępu, powiadomienia (e-mail/SMS)

np.: alarmy, logi, trendy, receptury, raporty (e-mail/GSM), kontrola dostępu, przeglądarki, terminarz, edycja programu PLC, symulacja off-line/on-line

1 ´ RS-232, 1 ´ RS-422/485

1 ´ RS-232, 1 ´ RS-232/422/485

brak danych

1 ´ RS-232

1/1

1/1

2/–

2/1

1 ´ 10/100 Mbit/s

1 ´ 10/100 Mbit/s

3 ´ 10/100 Mbit/s

1 ´ 10/100 Mbit/s

tak

tak

brak danych

brak danych

FTP, VNC

brak

OPC

WWW, FTP, SQL, Zenon

konektory

wyjście audio

GT Works 3

NB-Designer

Visu+

dowolne, np. Zenon

brak danych

darmowe

brak danych

zależna od wersji

11,6 W @ 24 V DC

14 W @ 24 V DC

16,8 W @ 24 V DC

6,5 W @ 24 V DC

IP65

IP65

IP65

IP65

0…+40 °C

0…+50 °C

0…+50 °C

0…+50 °C

CE, morskie

CE, cUL, KC

CE, UL, cUL, cULus

CE, UL

panel mobilny (wersja z wył. grzybkowym i wył. typu Deadman)

możliwość wyboru orientacji (pozioma czy pionowa)

oprogramowanie klasy SCADA (Visu+)

dostępna również wersja PMIvisu z oprogramowaniem Pilz

MPL

Omron

Phoenix Contact Polska

Pilz Polska

36 miesięcy

24 miesiące

24 miesiące

12 miesięcy

brak danych

1200,00–4450,00 PLN

737,93–1867,43 EUR

559,90–1800,00 EUR

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

49

rynek i technologie PANELE, KOMPUTERY PANELOWE, OPROGRAMOWANIE, SCADA

Tab. 1. Parametry przykładowych paneli o przekątnych do 10 " (dokończenie) Producent

Pro-face

Red Lion

Rockwell Automation

Model

GP4501TW

Graphite G10R1000

2711P-T10C4D9

TFT (LED)

TFT (LED)

TFT (CCFL)

Przekątna i rozdzielczość

10,4” | 640 ´ 480

10” | 800 ´ 600

10,4” | 640 ´ 480

Inne dostępne przekątne

3,4” | 3,5” | 5,7” | 7,0” | 7,5” | 12,1” | 15”

7” | 9” | 12” | 15”

6,5” | 12,1” | 15”

Liczba kolorów (głębia)

65 536 (16 bit)

16 777 216 (24 bit)

262 144 (18 bit)

Typ matrycy dotykowej

rezystancyjna (4 p)

rezystancyjna (4p)

rezystancyjna (8 p)

brak

brak

brak

RISC 32bit

Freescale SCIMP76B

x86, 1GHz

Wyświetlacz Typ (podświetlenie)

Klawiatura System Procesor Pamięć RAM

brak danych

256 MB RAM

512 MB SDRAM (DDR2)

16 MB flash (aplikacja) + 128 kB SRAM (podtrzymanie bateryjne)

256 MB flash

512 MB flash

SD

SD

SD / SDHC

System operacyjny

dedykowany

Crimson 3.0

Windows CE 6.0

Ważniejsze funkcje

alarmy (z funkcją analizy), logi, trendy, receptury, makra, kontrola dostępu, planowanie zadań, symulacja off-line/on-line

alarmy, logi, trendy, receptury, makra (C), raporty (e-mail/FTP), kontrola dostępu, powiadomienia (e-mail/SMS)

alarmy, logi, trendy, receptury, makra, kontrola dostępu, przeglądarki, symulacja off-line/on-line

1 ´ RS-232, 1 ´ RS-422/485

2 ´ RS-232, 1 ´ RS-422/485

1 ´ RS-232

1/1

2/1

2/1

1 ´ 10/100 Mbit/s

2 ´ 10/100 Mbit/s

1 ´ 10/100 Mbit/s

Gateway

tak

tak

tak

Serwery

WWW, FTP, RPA, Pro-Server EX

WWW, FTP

WWW, FTP, VNC

dodatkowe moduły (np. PID, analogowe, komunikacja)

1 ´ PCI, dostępne moduły komunikacyjne

GP-Pro EX

Crimson 3

FactoryTalk View Machine Edition / FactoryTalk ViewPoint

600,00 EUR

darmowe

548,00 EUR

17 W @ 24 V DC

19 W @ 24 V DC

70 W @ 24 V DC

IP65

IP66 (NEMA4X)

IP65 (NEMA4X/12/13)

0…+50 °C

–20…+60 °C

0…+55 °C

Certyfikaty

CE, RoHS, UL, cUL

CE, RoHS

CE, UL, cUL, C-Tick

Informacje dodatkowe

dostępne różne kolory frontu

Pamięć nieulotna Karty pamięci

Komunikacja Porty RS Porty USB (host/device) Porty Ethernet

Inne Oprogramowanie Nazwa Cena Inne Zasilanie Stopień ochrony (po zamontowaniu) Temperatura pracy

Dystrybutor Gwarancja Cena

50

Pro-face Polska

dostępne dwie wersje – pełna i ekonomiczna (z ograniczoną liczbą ekranów) OEM Automatics

RAControls

24 miesiące

24 miesiące

12 miesięcy

200,00–3000,00 EUR

1600,00–4145,00 EUR

1390,00–3980,00 EUR

bib na

kra,

cyjne

n

miczna

Saia-Burges

Schneider Electric

Weintek

PCD7.D410VTCF

Magelis HMISTU855

eMT3105P

TFT (LED)

TFT (LED)

TFT (LED)

10,4” | 640 ´ 480

5,7” | 320 ´ 240

10,4” | 800 ´ 600

5” | 5,7” | 12,1”

3,5”

7,0” | 12,1” | 15”

65 536 (16 bit)

65 536 (16 bit)

262 144 (18 bit)

rezystancyjna

rezystancyjna

rezystancyjna (4 p)

brak

brak

brak

Motorola ColdFire, 66 MHz

ARM9, 333 MHz

RISC 32 bit, 800 MHz

brak

64MB RAM

256 MB RAM

4MB flash (aplikacja)

16 MB flash (aplikacja) + 64 kB FRAM (backup)

256 MB flash

brak

brak

SD / SDHC

Saia COSinus

dedykowany

dedykowany

biblioteka elementów bazujących na dynamicznych stronach WWW (HTML i JAVA)

alarmy, logi, trendy, receptury, makra (Java), raporty, kontrola dostępu, zdalny dostęp z urządzeń mobilnych

alarmy, logi, trendy, receptury, makra, kontrola dostępu (z kluczem USB), powiadomienia, symulacja off-line/on-line

1 ´ RS-232, 1 ´ RS-485

1 ´ RS-232/485

2 ´ RS-232/485

–/1

1/1

1/1

1 ´ 10/100 Mbit/s

1 ´ 10/100 Mbit/s

1 ´ 10/100 Mbit/s

nie

tak

tak

FTP

WWW

FTP, VNC

1 ´ PS2

CAN, MPI, wyjście audio

Saia WebEditor Basic

Vijeo Designer

EasyBuilder Pro v.3

w pakiecie PG5

1571,00 PLN

darmowe

14,4 W @ 24 V DC

6,8 W @ 24 V DC

19,2 W @ 24 V DC

IP65

IP65 (NEMA4X)

IP65 (NEMA4)

0…+50 °C

0…+50 °C

0…+50 °C

CE, UL, morskie

CE, UL, cULus, C-Tick, GOST, morskie

CE, FCC

oparty na przeglądarce Saia Micro-Browser

innowacyjny system montażu (otwór pod przycisk 22 mm)

Sabur

Schneider Electric Polska

Multiprojekt

12 miesięcy

18 miesięcy

24 miesiące

620,00–1500,00 EUR

1190,68–1803,53 PLN

180,00–1300,00 EUR

linie sterujące (5/6). Kolory powstają w wyniku zastosowania filtra RGB (4).

Do działania wyświetlacza TFT konieczne jest podświetlenie, a jakość wyświetlanego obrazu w istotnym stopniu zależy od zastosowanego źródła światła. Wykorzystywane początkowo tzw. zimne katody CCFL (ang. Cold Cathode Fluorescent Lamps) coraz częściej zastępowane są przez matryce LED (ang. Light Emitting Diodes) wykonane w dwóch wersjach – krawędziowej i z pełną siatką (rys. 2). Podświetlenie LED charakteryzuje się mniejszym w stosunku do CCFL zużyciem energii, pozwala zmniejszyć gabaryty wyświetlacza i nie wymaga okresowej wymiany. Zastosowanie podświetlenia CCFL pozwala natomiast osiągnąć cieplejsze barwy.

Omawiane w artykule graficzne panele operatorskie umożliwiają sterowanie za pomocą dotyku. Ekrany stosowane w elektronice użytkowej (np. telefonach komórkowych czy tabletach) wykorzystują w tym celu całe spektrum technologii. Może być to zmiana oporu elektrycznego między elektrodami wtopionymi w ekran (ekrany rezystancyjne), zmiana pojemności elektrycznej (ekrany pojemnościowe), przerwanie strumienia światła podczerwonego (ekrany optyczne) czy też zaburzenie fali akustycznej (ekrany SAW – ang. Surface Acoustic Wave). W przemysłowych panelach operatorskich prym wiedzie pierwsza metoda, choć zaczynają się również pojawiać pierwsze rozwiązania wykorzystujące ekrany pojemnościowe (np seria Automation Panel 900 Multitouch firmy B&R czy też nowa seria paneli QuickPanel+ firmy GE Intelligent Platforms), co pozwala na stosowanie tzw. wielodotyku (ang. Multi-Touch).

Rezystancyjne ekrany dotykowe w dużym uproszczeniu są zbudowane z dwóch przezroczystych elektrod, oddzielonych warstwą izolatora (rys. 3).

Nacisk wywołany dotykiem powoduje ich zwarcie, a odczytane napięcia pozwalają określić jego miejsce (rys. 4). W zależności od konstrukcji interfesju elektrycznego matryce rezystancyjne można podzielić na 4-, 5- i 8-przewodowe.

Można zauważyć, że większość paneli operatorskich uwzględnionych w zestawieniu bazuje na procesorach z rodziny ARM (ang. Advanced RISC Machine), będących 32-bitowym rozwinięciem architektury typu RISC (ang.

Reduced Instruction Set Computer). Tak, jak i inne konstrukcje typu RISC, charakteryzują się one wysoką wydajnością, osiągniętą przez ogra-

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

51

rynek i technologie PANELE, KOMPUTERY PANELOWE, OPROGRAMOWANIE, SCADA

Pro-face GP4501TW

Omron NB10W

Mitsubishi Electric GT1665HS-VTBD

LS Industrial Systems XP70-TTA/DC

KINCO MT4512TE

bd.

+

+

B&R

+

+

+

bd.

+

Beckhoff

+

bd.

+

bd.

+

+

+ +

Bosch Rexroth (Indramat)

+

+

bd.

Delta Electronics

+

+

bd.

+

+

Eaton (Moeller)

+

+

bd.

+

+

Fatek Automation

+

+

bd.

Festo

+

+

bd.

+

+

Fuji Electric

+

+

bd.

+

+

GE Intelligent Platforms

+

+

bd.

+

+

Hitachi IES

+

+

bd.

+

+

Honeywell

+

+

bd.

IDEC

+

+

bd.

+

Jetter

+

+

bd.

+

+

+

Jtekt

bd.

KDT Systems

bd.

+

+ +

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+ +

+

bd.

Lenze

+

+

bd.

+

LS Industrial Systems

+

+

bd.

+

Mitsubishi Electric

+

+

+

bd.

+

+

+

Omron

+

+

+

bd.

+

+

+

Panasonic (Matsushita)

+

+

+

bd.

+

+

Parker Hannifin

+

+

bd.

+

+

bd.

+

Saia Burgess

+

+

+

bd.

Schneider Electric

+

+

+

bd.

Sharp

+

+

bd.

Siemens

+

+

bd.

Teco Electric & Machinery

+

+

bd.

Toshiba

+

+

bd.

Unitronics

+

+

bd.

+

bd.

VIPA

+

WAGO

+

+

bd.

Yaskawa

+

+

bd.

Yokogawa

+

+

bd.

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+ +

+

+

+

+

+

+

bd.

+

+

bd.

+

+

+

bd.

+ +

+

+

bd.

+

+

bd.

+

+

+

bd.

+

+

+

+

+

bd.

+

+

+

+

+

+

bd.

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

bd.

bd.

bd.

+

+

+

+

+

+

+ +

+

bd.

+

+

+

bd.

bd. +

+ +

bd.

+

+

+

+

bd. +

Koyo Electronics Industries

+

+

bd.

+

bd.

Rockwell Automation

bd.

bd.

+

Phoenix Contact

+

bd.

+

+

+

+

bd.

bd.

Kinco

52

Kernel Sistemi GTS 240

+

PILZ PMI 526 (open)

+

GE Intelligent Platform Quick Panel CE VGF08CTD

ESA Elettronica SC210

Delta Electronics DOP-B07E515

bd.

Phoenix Contact TP 3105T

ABB

B&R 5MP050.0653-04

ASTOR Astraada AS43TFT1025

ASEM HMI30

Advantech WebOP-2100T-N2AE

Tab. 2. Zestawienie przykładowych paneli i producentów sterowników PLC, z których sprzętem one współpracują

+

+

+

bd.

+

bd.

+

+

bd.

+

+

bd.

+

+

bd. +

bd.

+ +

+

bd. +

+

+

+ +

+

+

bd.

+

bd.

+

bd.

+

+

bd.

+

+

+

+

bd.

+

+

+

bd.

+

+ +

+

+ +

+

+

+

+

+ +

+

Weintek eMT3105P

Schneider Electric Magelis HMISTU855

Red Lion Graphite G10R1000

+

Saia-Burges PCD7.D410VTCF

Pro-face GP4501TW

+

Rockwell Automation 2711P-T10C4D9

PILZ PMI 526 (open)

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+ +

+ +

+

+

+ + +

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+ +

+ +

+

+

+

+

+

+

+

+

+ +

+

+ +

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

niczenie liczby rozkazów oraz zastąpienie operacji wykonywanych na pamięci operacjami na rejestrach wewnętrznych. To wszystko zostało osiągnięte przy zmniejszonym poborze mocy, co zadecydowało o ich sukcesie w urządzeniach wbudowanych, m.in. w panelach operatorskich, gdzie do ich niezawodnej pracy musi wystarczyć chłodzenie pasywne. Kolejne generacje procesorów ARM produkowane są od połowy lat 80., m.in. przez takie firmy, jak Analog Device, Apple, Atmel, Freescale, IBM czy Intel. Ta ostatnia rozwija również jeszcze bardziej wydajną energetycznie architekturę StrongARM, której przedstawicielami są podane w zestawieniu procesory Intel XScale.

Częstotliwości taktowania wykorzystanych procesorów wahają się od setek megaherców do gigaherca i mimo że takie wartości nie robią dziś większego wrażenia, to należy pamiętać, iż w przypadku architektury ARM wiele operacji, standardowo wykonywanych w kilku cyklach (tj. w procesorach używanych w komputerach PC), wykonuje się w jednym cyklu procesora.

Pamięć paneli operatorskich, podobnie jak innych urządzeń mikroprocesorowych, można podzielić na ulotną i nieulotną. W uproszczeniu można przyjąć, że pamięć ulotna wykorzystywana jest do działania systemu operacyjnego i uruchomionych pod jego kontrolą aplikacji, a pamięć nieulotna do przechowywania danych, również po odłączeniu zasilania. Pamięcią ulotną są różnego rodzaju pamięci typu RAM, w większości popularne pamięci dynamiczne typu SDRAM (ang. Synchronous Dynamic RAM). Wymagają one okresowego odświeżania zawartości, ale są proste w konstrukcji i co za tym idzie – tanie. Z kolei w roli pamięci nieulotnej w panelach operatorskich stosuje się w większości przypadków pamięci Flash. Są one rozwinięciem kasowalnych elektrycznie pamięci typu EEPROM (ang. Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory) i mogą być produkowane w technologii NAND lub NOR. Pamięć NAND Flash jest szybka, ale umożliwia jedynie dostęp sekwencyjny. Pamięć NOR jest od niej wolniejsza i ma mniejszą trwałość, jednak umożliwia bezpośredni dostęp do każdej komórki. Oprócz pamięci Flash, jako pamięć nieulotną stosuje się również podtrzymywane bateryjnie pamięci SRAM (ang. Static RAM), a nawet nośniki krystaliczne typu FRAM (ang. Ferroelectric RAM).

Pojemności rzędu gigabajtów osiąga się za pomocą dysków SSD (również opartych na pamięci Flash). Większość paneli operatorskich umożliwia rozszerzenie pamięci nieulotnej dzięki wbudowanym czytnikom kart pamięci (obsługującym najpopularniejsze formaty, jak Secure Digital – SD czy CompactFlash – CF) lub portom USB. Stosowane systemy operacyjne można podzielić na dedykowane (stworzone przez producenta, np. na bazie Linuxa) oraz kolejne wersje systemu Microsoft Windows CE. Pierwsze rozwiązanie pozwala na daleko idącą optymalizację i zastosowanie sprzętu o gorszych parametrach. Windows CE jest na pewno bardziej wymagający pod względem sprzętowym od systemów dedykowanych, ale w zamian oferuje standardową platformę wraz z dużą liczbą dostępnych dla niej aplikacji oraz większą kompatybilność z komputerami PC z systemem Windows. Dostępne są również rozwiązania umożliwiające wybór systemu operacyjnego i zainstalowanego na nim oprogramowania (np. seria PMIopen oferowana przez firmę Pilz).

Jednym z podstawowych zadań paneli jest udostępnianie operatorowi parametrów procesowych. W tym celu konieczna jest komunikacja ze sterownikiem PLC/PAC. Starszym, ale ciągle jeszcze stosowanym rozwiązaniem jest komunikacja z użyciem portów szeregowych pracujących w standardzie RS-232, RS-422 lub RS-485.

Praktycznie każdy z omawianych paneli ma co najmniej jeden taki port (niektóre nawet trzy). Współczesnym standardem komunikacyjnym jest jednak Ethernet w standardzie 100BASE-TX (100 Mb/s) lub wolniejszym 10BASE-T (10 Mb/s). Poza komunikacją PLC-HMI Ethernet umożliwia także zdalny dostęp do panelu, a w przypadku, gdy realizuje funkcję bramy sieciowej (gateway) – także do podłączonych do niego urządzeń. Funkcja ta (zwana niekiedy trybem transparentnym) umożliwia zdalny dostęp do sterownika PLC, który nie ma portu Ethernet.

Producenci paneli coraz częściej wzbogacają ich funkcjonalność o różnego rodzaju serwery. Mogą to być standardowe rozwiązania, np. serwer WWW, FTP lub VNC oraz dedykowane aplikacje producenta. Może być to również serwer OPC, umożliwiający integrację z wyższym poziomem zarządzania (systemy klasy MES).

Poza portami RS oraz Ethernet standardem jest również co najmniej jeden

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

53

rynek i technologie PANELE, KOMPUTERY PANELOWE, OPROGRAMOWANIE, SCADA

Rys. 5. Bezpośrednie powiązanie zmiennych z połączonego sterownika PLC z elementami wizualizacji (oprogramowanie FT View ME firmy Rockwell Automation)

Kierunki dalszego rozwoju

port USB. Warto przy tym przypomnieć, że standard USB przewiduje porty typu host (kontroler) oraz device (urządzenie). Do portu typu host można podłączyć klawiaturę, mysz lub drukarkę.

Z kolei port typu device może być stosowany do podłączenia panelu do komputera w celu konfiguracji.

Poza warstwą sprzętową o możliwościach panelu decyduje również oprogramowanie narzędziowe używane do jego konfiguracji i tworzenia wizualizacji. Oprogramowanie narzędziowe może być przy tym darmowym dodatkiem do panelu, ale też istotnym (choć jednokrotnym) kosztem, który należy wziąć pod uwagę przy zakupie. Podstawowe funkcje – alarmy, logowanie danych i ich wyświetlanie w postaci trendów, obsługa receptur oraz kontrola dostępu są coraz częściej uzupełniane o możliwość tworzenia zaawansowanych makr za pomocą popularnych języków programowania, jak Visual Basic czy nawet funkcji w ANSI C (np. seria NB firmy Omron).

Zaawansowane możliwości graficzne umożliwiają producentom udostępnianie funkcjonalności przeglądarek dokumentów i to nie tylko w formacie PDF, ale nawet w formatach popularnych pakietów biurowych. Coraz częściej panele operatorskie mają dodatkowe funkcje, np. tworzenie raportów i powiadamiania SMS-em lub e-mailem.

Warto tutaj wspomnieć o ciekawej alternatywie, jaką są panele operatorskie wyświetlające wizualizację zapisaną w sterowniku PLC (np. seria MP50 firmy B&R lub Saia-Burges Web Panel MB). Zainstalowane na nich oprogramowanie ogranicza się w takim wypadku

54

jedynie do systemu operacyjnego i przeglądarki (VNC w przypadku MP50 czy WWW w Web Panel MB). Konfiguracja panelu ogranicza się w takim wypadku jedynie do ustawienia parametrów połączenia (najczęściej adresu IP sterownika). Cecha ta jest użyteczna szczególnie w przypadku paneli mobilnych.

Z punktu widzenia osoby tworzącej wizualizacje bardzo istotny jest również sposób połączenia jej elementów ze zmiennymi w programie PLC. Tendencją jest zastępowanie mało wygodnych powiązań z użyciem adresów powiązaniami za pomocą nazwy. Najbardziej przyjazne dla użytkownika rozwiązania umożliwiają nawet wskazanie zmiennych bezpośrednio z podłączonego sterownika PLC (rys. 5) – najprościej jest oczywiście powiązać sprzęt jednego producenta (np. sterowniki Compact/ ControlLogix z panelami PanelView Plus firmy Rockwell Automation czy też sterowniki VersaMax/RX3i z panelami QuickPanel View firmy GE Intelligent Platforms). W tab. 2 zestawiono przykładowe panele i producentów sterowników PLC, z których sprzętem one współpracują.

Pod względem konstrukcji warto zwrócić uwagę na takie cechy, jak porty umożliwiające montaż dodatkowych kart czy modułowa budowa (separacja wyświetlacza i elektroniki, umożliwiająca ich niezależną wymianę).

Interesującym rozwinięciem tej koncepcji jest system montażu zastosowany np. w panelach serii HMISTU firmy Schneider Electric (montaż w standardowym otworze pod przycisk dzięki separacji wyświetlacza i reszty elektroniki).

W najbliższej przyszłości można spodziewać się coraz większej popularyzacji paneli dotykowych kosztem stopniowej eliminacji urządzeń wyposażonych w klawiaturę. Będzie to efektem taniejących ekranów dotykowych i faktu, że tego rodzaju sterowanie stanie się swoistym standardem w przemyśle, podobnie jak ma to miejsce obecnie w elektronice użytkowej. Niewykluczone, że dominujące w tej chwili na rynku HMI ekrany rezystancyjne zostaną zastąpione pojemnościowymi (lub innymi), co z kolei umożliwi tworzenie coraz bardziej intuicyjnych interfejsów w oparciu o funkcje Multi-Touch.

W rozwiązaniach dotyczących oprogramowania widać obecnie dwie strategie producentów. W segmencie ekonomicznym stosują oni dedykowane systemy operacyjne, które minimalizują wymagania sprzętowe, a w droższych rozwiązaniach system Windows CE (zmodyfikowany na potrzeby konkretnej platformy). Taniejące podzespoły mogą sprawić, że przestanie być opłacalne utrzymywanie niezależnych rozwiązań software’owych. Być może nastąpi nawet pewna standaryzacja oprogramowania narzędziowego, jak ma to obecnie miejsce na rynku sterowników PLC. Tendencją, która rzuca się w oczy najbardziej, nie tylko na rynku HMI, ale na całym rynku urządzeń automatyki przemysłowej, jest coraz dynamiczniejsze rozwijanie funkcjonalności znanych do tej pory wyłącznie z branży IT. W ten sposób integracja z siecią Ethernet oraz coraz wydajniejsze procesory sprawiły, że panele operatorskie przestały być już tylko akcesoriami do parametryzacji sterownika PLC, stając się lokalnymi centrami gromadzącymi i udostępniającymi dane, przejmując funkcje bram, a nawet serwerów WWW czy FTP. W efekcie zaczyna zacierać się również granica między systemami HMI i SCADA – te pierwsze przejmują coraz więcej cech tych drugich. mgr inż. Marcin Zawisza PAR

Panele SIMATIC HMI Interfejsy operatorskie spełniające wszystkie wymagania

Interfejsy operatorskie są nieodzownym elementem niemal wszystkich systemów automatyki przemysłowej. Firma Siemens, jako lider rynku systemów automatyki przemysłowej, oferuje wyjątkowo szeroką gamę interfejsów tego typu i wyznacza trendy w tym zakresie.

Fot. Siemens

Rys. Przegląd paneli SIMATIC HMI

Interfejsy operatorskie mogą być rozwiązaniami prostymi, opartymi na konwencjonalnych przyciskach i lampkach, bardziej złożonymi – wykorzystującymi panele operatorskie, jak również zaawansowanymi systemami komputerowymi, z zastosowaniem oprogramowania SCADA lub DCS. Niezależnie od stopnia skomplikowania układu powinny to być jak najbardziej przejrzyste i przyjazne interfejsy człowiek–maszyna.

Panele operatorskie SIMATIC HMI firmy Siemens już od wielu lat potwierdzają swoje zalety w wielu różnych aplikacjach automatyki, zaimplementowanych w praktycznie wszystkich sektorach przemysłu. Unikalność rozwiązań interfejsów operatorskich oferowanych przez firmę Siemens wynika z ich innowacyjnej konstrukcji, wysokiej wydajności i doskonałej jakości. Całości dopełniają unikatowe cechy narzędzia konfiguracyjnego SIMATIC WinCC, pracującego w środowisku TIA Portal i zapewniającego niespotykaną do tej pory efektywność prac inżynierskich. Integracja tych cech pozwala oferować produkty idealnie dopasowane do niemal wszystkich wymagań stawianych interfejsom operatorskim implementowanym w automatyce przemysłowej.

Promocja

Aktualne portfolio produktów z zakresu SIMATIC HMI Panels zostało podzielone na cztery grupy produktów (rys.), różniące się między sobą rodzajem interfejsu człowiek–maszyna, sposobem komunikacji z układami automatyki oraz funkcjonalnością: • Comfort Panels – panele operatorskie z ekranem dotykowym (od 4” do 22”) lub klawiaturą, przystosowane do realizacji złożonych aplikacji, stanowiące bezkompromisowe połączenie funkcjonalności, wydajności i najwyższej jakości, • Basic Panels – panele operatorskie z ekranem dotykowym (od 3” do 15”) i przyciskami, oferujące podstawowe funkcje HMI, przeznaczone dla prostych aplikacji HMI, w których doskonały współczynnik jakości do ceny odgrywa znaczącą rolę, • Mobile Panels – mobilne panele operatorskie z interfejsem przewodowym lub bezprzewodowym, niezwykle elastyczne pod względem implementacji w aplikacjach wymagających mobilności, a w przypadku układów bezprzewodowych gwarantujące pełną funkcjonalność układu wyłącznika bezpieczeństwa, • Key Panels – innowacyjne panele przyciskowe, stanowiące alternatywę

dla konwencjonalnych pulpitów wykorzystujących tradycyjne lampki i przyciski.

Taki prosty i czytelny podział urządzeń pozwala klientom na wybór optymalnego rozwiązania dla swojej aplikacji, idealnie dopasowanego do jej charakteru oraz wymagań postawionych na etapie projektowania i, co także ważne, ekonomicznie uzasadnionego.

SIMATIC HMI Comfort Panels Klasa produktów SIMATIC HMI Comfort Panels (fot. 1) wyznacza nowy, innowacyjny kierunek rozwoju interfejsów operatorskich i to nie tylko w gamie produktów SIMATIC HMI, ale także w kontekście globalnym. Panele operatorskie wchodzące w zakres Comfort Panels charakteryzują następujące cechy: innowacyjność, najwyższa wydajność, funkcjonalność, ekologia i globalne zastosowanie. Skupienie się projektantów R&D firmy Siemens na tych pięciu aspektach pozwoliło stworzyć produkty w najnowocześniejszej technologii, wykorzystujące najnowsze zdobycze techniki i spełniające praktycznie wszystkie wymogi stawiane współczesnym i prawdopodobnie także przyszłym systemom HMI. Klasa produktów SIMATIC HMI Comfort Panels została

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

55

Fot. 1. SIMATIC HMI Comfort Panels

wprowadzona do oferty handlowej wraz udostępnieniem nowej platformy inżynierskiej TIA Portal V11, co pozwala przyszłym użytkownikom optymalnie wykorzystać wszystkie możliwości oferowane im zarówno przez nową platformę sprzętową, jak i programową. Aktualna oferta obejmuje panele o przekątnych ekranów 4”, 7”, 9”, 12” i 15”, dostępne w wersjach z ekranem dotykowym lub klawiaturą membranową oraz modele 19” i 22” z ekranem dotykowym.

SIMATIC HMI Comfort Panels z ogromnym sukcesem zastępują dobrze już znane, sprawdzone, standardowe panele operatorskie, więc już w swoim założeniu muszą być znacznie bardziej od nich innowacyjne. Projektantom udało się to osiągnąć dzięki stworzeniu jednolitej platformy sprzętowej dla całej palety urządzeń, którą charakteryzują najnowocześniejsze wyświetlacze LED w formacie panoramicznym 16:10 z w pełni regulowanym podświetleniem (0–100 %), obsługujące paletę 16 milionów kolorów oraz zapewniające szeroki kąt widzenia – 170°. Dzięki temu rozwiązaniu udało się uzyskać nawet o 40 proc. większy obszar roboczy interfejsu HMI oraz spełnić także aspekt ekologiczny, gdyż regulowane podświetlanie pozwala na optymalne dopasowanie podświetlania do warunków otoczenia, w jakich muszą one pracować, co bezpośrednio przekłada się na oszczędność energii.

W przypadku innowacyjnych rozwiązań, zastosowanych w panelach Comfort, należy zwrócić uwagę także

56

Promocja

na zupełnie nową koncepcję ich serwisowania. Całkowicie nowe rozwiązania sprzętowe pozwalają na konfigurację urządzeń oraz transfer projektu z wykorzystaniem standardowych interfejsów Ethernet lub USB, a wszystkie dane konfiguracyjne mogą być zapisywane na systemowej karcie SD, SIMATIC HMI SD card, która następnie może służyć do konfiguracji kolejnych urządzeń HMI tego samego typu na zasadzie plug&play. Takie podejście do serwisowania jest niezwykle proste i intuicyjne i znacznie różni się od dość skomplikowanego, stosowanego dotychczas w klasycznych panelach operatorskich.

Obecnie do konfiguracji Comfort Panels wystarczy prosty przewód Ethernet lub zwykły kabel USB. Co więcej, raz zaprogramowana na panelu karta systemowa może służyć do konfiguracji wielu urządzeń tego samego typu, czyniąc czynności serwisowe znacznie bardziej przyjaznymi. Wszystkie panele klasy Comfort mają interfejs PROFINET ze zintegrowanym dwuportowym switchem sieciowym oraz funkcjonalnością PROFIenergy, dwa porty USB (aktywny i bierny), interfejs RS-485/422/MPI/DP oraz interfejs Audio IN/OUT. Urządzenia z ekranami od 15” do 22” mają dodatkowo trzeci, niezależny interfejs Ethernet/PROFINET (1 Gb), pozwalający na podłączenie panelu także do innej sieci LAN. Tak bogata oferta interfejsów komunikacyjnych zapewnia panelom Comfort możliwość współpracy nie tylko z całą gamą sterowników SIMATIC S7-1200/200/300/400/1500, ale także ze sterownikami PLC firm trzecich.

Bardzo ciekawą funkcją SIMATIC HMI Comfort Panels jest zastosowanie standardowego protokołu PROFIenergy, dzięki któremu urządzenia pracujące na interfejsie Profinet mogą być centralnie usypiane, nawet podczas krótkich przestojów lub w okresie ich nieaktywności.

Jak udało się oszacować, taka funkcjonalność daje możliwość zaoszczędzenia nawet do 80 proc. energii zużywanej podczas przestojów. Protokół PROFIenergy pozwala na selektywne usypianie i wybudzanie urządzeń pracujących w tej samej sieci i – dzięki pełnej integracji z istniejącymi standardami komunikacyjnymi – zapewnia doskonałe zabezpieczenie inwestycji na przyszłość. Takie podejście do tematu zarządzania energią powinno spotkać się ze sporym zainteresowaniem, szczególnie teraz, w dobie gospodarki globalnej, kiedy koszty produkcji oraz ekologia odgrywają coraz większą rolę.

W aspekcie wydajności oraz funkcjonalności wszystkie panele klasy Comfort mogą poszczycić się ponad 2,5-krotnie większą wydajnością niż oferowane dotychczas panele klasy MultiPanel.

Ta kompletnie nowa platforma sprzętowa pozwoliła stworzyć w pełni multimedialne, przemysłowe urządzenia HMI o rozbudowanej funkcjonalności w zakresie synoptyki, archiwizacji danych procesowych, obsługi skryptów VBScript, współpracy z przeglądarką Internet Explorer, obsługi przeglądarek plików PDF/Excel/Word oraz plików multimedialnych, a także realizacji wykresów funkcyjnych F(x) oraz rozbudowanej diagnostyki systemowej sterowników PLC SIMATIC S7. Dzięki wprowadzeniu oprogramowania konfiguracyjnego WinCC V12 panele Comfort zyskały możliwość współpracy z kamerami IP, co znacznie rozszerzyło ich pole zastosowania. W grudniu 2013 r.

Siemens uzupełnił funkcjonalność paneli operatorskich Comfort o możliwość zdalnego podglądu i sterowania z poziomu urządzeń mobilnych typu tablet lub smartfon, wyposażonych w system operacyjny Android lub iOS. Usługa ta jest dostępna przez pakiet opcjonalny WinCC/Sm@rtServer oraz specjalną aplikację WinCC Sm@rtClient na urządzenia mobilne, dostępną do pobrania z witryn Google Play oraz App Store.

Panele Comfort mają wbudowany buforowany zegar czasu rzeczywistego (bez baterii) oraz umożliwiają automatyczną synchronizację czasu ze sterownikami S7-1200 (od firmware V2.0) i S7-1500. Jednak jedną

Fot. Siemens

rynek i technologie PANELE, KOMPUTERY PANELOWE, OPROGRAMOWANIE, SCADA

Fot. Siemens

z najciekawszych cech paneli Comfort jest system zabezpieczenia zasilania przed zanikami bądź wahaniami napięcia, i to bez potrzeby stosowania zewnętrznych zasilaczy bezprzerwowych UPS. To innowacyjne rozwiązanie zabezpiecza cenne dane procesowe, jak również dane archiwizowane oraz recepturowe, przechowywane na karcie SD, przed ich utratą w wyniku awarii zasilania. W oferowanych dotychczas rozwiązaniach w momencie awarii zasilania dane rejestrowane na karcie pamięci mogły zostać utracone (uszkodzenie pliku). W nowych urządzeniach taka sytuacja nie ma prawa się zdarzyć.

Jest to ważny aspekt dla wszystkich sektorów przemysłu, ale chyba najbardziej istotny dla przemysłów farmaceutycznego i spożywczego, w których mamy do czynienia z procesami walidowanymi zgodnie z regulacjami GMP oraz FDA 21 CFR Part 11.

Panele SIMATIC HMI Comfort są przewidziane do realizacji wysoce zaawansowanych aplikacji HMI i są oferowane w dwóch wersjach: z klawiaturą membranową i ekranem dotykowym. W obu przypadkach dostępne są wyświetlacze o przekątnej 4”, 7”, 9”, 12” i 15”, zamontowane w zapewniającej odpowiednią sztywność, a jednocześnie lekkiej, duraluminiowej obudowie. Większe panele, o przekątnej 19” i 22”, są oferowane jedynie w wersji z ekranem dotykowym, który w przypadku przekątnej 22” ma rozdzielczość Full HD (1920 × 1080). W przypadku paneli Comfort z ekranem dotykowym zastosowano technologię analogowej matrycy rezystancyjnej wykonanej w systemie czteroprzewodowym, co zapewnia doskonałą interakcję z panelem operatorskim, nawet przy stosowaniu przez operatora rękawic ochronnych.

Dodatkową zaletą urządzeń z ekranem dotykowym jest możliwość realizacji aplikacji z instalacją pionową panela, co nie wymaga stosowania urządzeń o osobnych numerach zamówieniowych, a jedynie odpowiedniej konfiguracji. W urządzeniach Comfort Panels z klawiaturą membranową po raz pierwszy zastosowano także innowacyjne podejście do rozwiązania klawiatury alfanumerycznej. Zdecydowano się zastosować rozwiązanie zaczerpnięte wprost z telefonów komórkowych (układ), które ze względu na swoją powszechność powinno doskonale sprawdzić się także w rozwiązaniach przemysłowych. Nowe panele operatorskie klasy Comfort z klawiaturą mają na płycie

czołowej od kilku do kilkunastu swobodnie programowanych klawiszy funkcyjnych, klawiaturę alfanumeryczną via telefon komórkowy oraz klawisze systemowe, a wszystkie one mają funkcję sygnału zwrotnego w postaci „kliku”. Dodatkowo klawisze funkcyjne są wyposażone w diody LED mogące sygnalizować ich stan wizualnie, a same klawisze mają wymienne etykiety, które można wsunąć pod panel czołowy.

SIMATIC HMI Basic Panels Klasa produktów SIMATIC HMI Basic Panels (fot. 2) zadebiutowała w ofercie firmy Siemens w 2009 r., wraz z pierwszą wersją platformy TIA Portal V10.5. Ze względu na fakt, że panele tej klasy mogą być programowane także w popularnym, klasycznym narzędziu konfiguracyjnym WinCC flexible 2008, praktycznie od razu odniosły sukces komercyjny, stając się pewnego rodzaju standardem interfejsu HMI dla systemów mikroautomatyki. I taki też był cel, ponieważ panele Basic zostały opracowane i wdrożone do produkcji głównie z myślą o zapewnieniu interfejsu operatorskiego dla najnowszych mikrosterowników SIMATIC S7-1200, jednakże mogą być one stosowane z powodzeniem także ze sterownikami S7-300/400, czy najnowszymi S7-1500. Panele Basic mają stanowić podstawową, ekonomiczną klasę paneli operatorskich, przeznaczonych do realizacji nieskomplikowanych aplikacji HMI. W związku z tym mają one uproszczoną funkcjonalność HMI, a ich wydajność jest przystosowana do małych aplikacji. Urządzenia w tej klasie różnią się między sobą jedynie przekątną wyświetlacza (3,5”, 4”, 6”, 10” i 15”) w klasycznym formacie 4:3 oraz

rodzajem ekranu (mono, kolor) i mają tylko jeden interfejs komunikacyjny (DP lub PN). Wszystkie panele Basic wyposażone są także w ekran dotykowy, którego funkcjonalność uzupełnia od czterech do ośmiu przycisków swobodnie programowalnych. Wyjątek stanowią tu tylko dwa urządzenia: TP1500 z 15” ekranem dotykowym oraz KP300, do obsługi którego przeznaczona jest klawiatura membranowa z sygnałem zwrotnym w postaci „kliku”. Na początku 2012 r. oferta paneli Basic została poszerzona o dwa nowe modele, KP400 Basic color PN oraz KTP400 Basic color PN, które funkcjonalnie odpowiadają panelowi KTP400 Basic mono PN, jednak wyposażone są w kolorowy wyświetlacz panoramiczny i są oferowane zarówno w wersji dotykowej (KTP), jak i z klawiaturą alfanumeryczną (KP).

Z uwagi na to, że od debiutu paneli Basic minęło już pięć lat, w pierwszym kwartale 2014 r., wraz z rozpoczęciem sprzedaży najnowszej wersji TIA Portal WinCC V13, do oferty Siemens wejdzie druga generacja paneli tej klasy, czyli SIMATIC HMI Basic 2nd Generation.

Urządzenia drugiej generacji będą się charakteryzowały znacznie większą wydajnością oraz wyświetlaczami o wysokiej jakości i rozdzielczości w formacie panoramicznym 16:10, czyli takim samym, jak w przypadku paneli serii Comfort. W odróżnieniu od pierwszej generacji, urządzenia drugiej generacji będą miały nieco rozszerzoną funkcjonalność w zakresie obsługi do 800 zmiennych i będą pozwalały na rejestrację danych na zewnętrznym nośniku danych, podłączanym przez wbudowany port USB host, który będzie służył także do podłączania zewnętrznych urządzeń

Fot. 2. SIMATIC HMI Basic Panels

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

57

rynek i technologie PANELE, KOMPUTERY PANELOWE, OPROGRAMOWANIE, SCADA

SIMATIC HMI Mobile Panels Niezależnie od rodzaju przemysłu lub aplikacji, gdy wymagana jest mobilność przy sterowaniu i nadzorze maszyn lub linii technologicznych, panele mobilne SIMATIC HMI Mobile Panels (fot. 3) mają jedną bardzo istotną zaletę: operator maszyny lub inżynier serwisu pracy mogą pracować dokładnie w miejscu, z którego mają najlepszy widok na maszynę lub proces.

Panele mobilne zostały wprowadzone do oferty firmy Siemens w 2005 r., najpierw w wersji przewodowej z interfejsem PROFIBUS DP, a w 2008 r. w wersji bezprzewodowej z interfejsem PROFINET IWLAN. Obecnie mamy do czynienia już z drugą generacją obu rodzajów urządzeń, które na dobre zadomowiły się w systemach automatyki przemysłowej, szczególnie tych, do których dostęp jest utrudniony (elektrownie wiatrowe, duże maszyny) lub instalacja paneli stacjonarnych jest niewskazana (kopalnie, huty, instalacje pozabudynkowe).

Pierwszą grupę w tej kategorii stanowią urządzenia przewodowe, podłączane do systemów automatyki za pomocą interfejsów PROFIBUS DP lub Ethernet/PROFINET. W przypadku obu interfejsów połączenia są realizowane za pomocą skrzynek przyłączeniowych

58

Promocja

Fot. 3. SIMATIC HMI Mobile Panels

(ang. Connection Box), które wpina się bezpośrednio w magistralę komunikacyjną systemu sterowania, przy czym punktów przyłączeniowych może być wiele, a panele mobilne mogą rozpoznać punkt wpięcia. Panele operatorskie z tej kategorii mają oznaczenia MP (ang. Mobile Panels) i są oferowane w dwóch klasach: MP177, z ekranem o przekątnej 5,7” oraz MP277, z ekranami o przekątnych 8” i 10” w formacie klasycznym 4:3. Wszystkie panele mobilne są wyposażone w wygodny uchwyt, pozwalający na trzymanie go w dłoniach oraz przyciski potwierdzające, zabezpieczające panel przed przypadkowym użyciem. Przewodowe panele mobilne mogą być opcjonalnie wyposażone w wyłącznik bezpieczeństwa, pozwalający na włączenie urządzenia w obwód bezpieczeństwa. Ponieważ nie spełnia on niektórych najwyższych wymagań, wyłącznik ma kolor szary, a nie tradycyjnie czerwono-żółty. Takie rozwiązanie może być z powodzeniem stosowane w systemach bezpieczeństwa niższych klas.

Drugą grupę urządzeń w tej kategorii stanowią panele całkowicie bezprzewodowe, pracujące w technologii IWLAN. Panele tej klasy, a zalicza się do niej panele MP277 IWLAN oraz MP277 F IWLAN z ośmiocalowym ekranem dotykowym w formacie 4:3, zapewniają pełną mobilność w obrębie zasięgu punktów dostępowych, np. SIMATIC SCALANCE W, wpiętych w przewodową magistralę komunikacyjną Industrial Ethernet/PROFINET. Urządzenia oznaczone symbolem F (fail-safe) są wyposażone dodatkowo w wyłącznik bezpieczeństwa w kolorze czerwono-żółtym, pozwalający na pracę w układach bezpieczeństwa do kategorii SIL3 włącznie. W tym wypadku zasięg panela jest sztucznie ograniczany do maksymalnie 8 m przez dodatkowe bezprzewodo-

we transmitery, zabezpieczające system przed niezamierzonym wyłączeniem w sytuacji, gdy operator z panelem znajduje się poza zasięgiem.

Panele bezprzewodowe typu F współpracują tylko ze sterownikami SIMATIC fail-safe. Bardzo ważną i ciekawą cechą paneli mobilnych typu F jest funkcja szybkiego przełączania się między kolejnymi punktami dostępowymi i transponderami (ang. Rapid Roaming), zapewniająca płynne i niezawodne działanie w systemie automatyki przemysłowej. Urządzenia tego typu są bardzo często stosowane w różnego rodzaju urządzeniach transportujących (transportery, wózki widłowe), gdzie dostęp kablowy jest niemożliwy do zrealizowania.

SIMATIC HMI Key Panels W dobie dynamicznego rozwoju, gdy czas i koszty odgrywają często decydującą rolę w procesie implementacji rozwiązań automatyki, Siemens zaproponował zmianę tradycyjnego podejścia i w pewnym sensie zrewolucjonizował konstrukcję szaf sterowniczych, wprowadzając do oferty interfejsów operatorskich panele przyciskowe.

SIMATIC HMI Key Panels (fot. 4), bo o nich mowa, pozwalają na zastąpienie konwencjonalnych elementów sterowniczo-sygnalizacyjnych, a dzięki swej kompaktowej obudowie i wstępnemu przygotowaniu do instalacji i działania, stają się rozwiązaniem bardzo ekonomicznym, właśnie z punktu widzenia aspektów czasowych i kosztowych. Niezależne badania wykazały, że ten sposób asemblacji szaf sterowniczych pozwala na oszczędności rzędu 60 proc. w stosunku to konwencjonalnych sposobów instalacji, nie mówiąc już o eliminacji błędów z okablowaniem.

Oferta firmy Siemens w zakresie SIMATIC HMI Key Panels obejmuje obecnie trzy urządzenia, KP8, KP8F oraz KP32F (fot. 4), różniące się nie tylko liczbą dostępnych elementów operatorskich, lecz także funkcjonalnością w zakresie obsługi funkcji bezpieczeństwa. Wszystkie urządzenia z tej rodziny charakteryzują się dużymi przyciskami z podświetleniem LED w pięciu kolorach (niebieski, zielony, żółty, czerwony i biały), z możliwością regulacji jasności świecenia. Każdy z przycisków może być w łatwy sposób indywidualnie opisywany za pomocą wsuwanych etykiet oraz oferuje sygnał zwrotny w postaci

Fot. Siemens

peryferyjnych typu myszka, klawiatura lub czytnik kodów kreskowych.

Uproszczona archiwizacja danych będzie pozwalała na rejestrację jednego pliku danych (do 10 zmiennych) oraz jednego pliku alarmów i zdarzeń. Nowe panele Basic będą oferowane z ekranami dotykowymi o przekątnych 4”, 7”, 9” oraz 12” i, podobnie jak ich starsi bracia, będą wyposażone, w zależności od wersji, w 4–10 swobodnie programowanych przycisków i jeden interfejs komunikacyjny PROFINET (KTP400 Basic, KTP700 Basic, KTP900 Basic i KTP1200 Basic) lub PROFIBUS DP (KTP700 Basic i KTP1200 Basic).

Nowością wprowadzoną w nowej generacji paneli Basic jest także system operacyjny na bazie Linuksa, który pozwoli lepiej wykorzystać możliwości procesorów, jak również zaprezentować całkowicie nowy, bardziej przyjazny w obsłudze interfejs graficzny.

Niezależnie od wzrostu wydajności i funkcjonalności klasa paneli Basic stanowi optymalne rozwiązanie interfejsu HMI dla sterowników S7-1200 i umożliwia realizację nieskomplikowanych, ale ekonomicznych aplikacji HMI.

Fot. 4. SIMATIC HMI Key Panels

Fot. Siemens

wyczuwalnego kliknięcia, dzięki czemu sprawna obsługa panelu jest możliwa nawet w rękawicach roboczych.

Panel przyciskowy KP8 jest dostępny w dwóch wersjach, w wykonaniu standardowym oraz w wersji z wbudowaną funkcjonalnością układów bezpieczeństwa (KP8F). Oba urządzenia mają, poza ośmioma podświetlanymi przyciskami, wbudowane osiem wejść/ wyjść binarnych, umożliwiających bezpośrednie podłączenie czujników i elementów wykonawczych. W przypadku panelu przyciskowego KP32F mamy do czynienia tylko z jednym wariantem wykonania, integrującym standardową funkcjonalność z możliwością implementacji w obwodach bezpieczeństwa.

Urządzenie, jak wskazuje jego symbol, ma 32 iluminowane przyciski, układ 16 wejść/wyjść binarnych oraz dodatkowe 16 nieizolowanych wyjść binarnych. Taka funkcjonalność czyni z paneli przyciskowych swego rodzaju wyspy rozproszonych wejść/wyjść z lokalnym interfejsem operatorskim, które dzięki kompaktowym rozmiarom mogą być instalowane nawet w niewielkich szafkach sterowniczych. Dodatkową zaletą stosowania paneli przyciskowych jest to, że w przypadku potrzeby rozbudowy

układu można w dowolnym momencie dołożyć kolejny panel KP8 lub KP32.

Wymienione cechy oraz możliwości komunikacyjne czynią to rozwiązanie wyjątkowym w porównaniu do konwencjonalnych sposobów montażu. Właśnie wbudowane funkcje komunikacyjne, bazujące na interfejsie PROFINET, pozwalają na eliminację okablowania połączeń między poszczególnymi komponentami, zarówno w zakresie zasilania, jak i przewodów sygnałowych. Interfejs PROFINET z wbudowanym dwuportowym przełącznikiem umożliwia łatwe podłączanie urządzeń do sieci sterownikowej, tworząc zarazem swego rodzaju most do innych urządzeń pracujących w sieci, bez konieczności stosowania dodatkowych przełączników sieciowych i realizacji komunikacji, zarówno w topologii magistralowej, jak i ringu. Takie podejście pozwala nie tylko oszczędzić czas, ale także uniknąć popełnienia błędów w podłączaniu wielu przewodów sygnałowych, jak ma to często miejsce w przypadku układów konwencjonalnych. Przy implementacji topologii ringu SIMATIC HMI Key Panels, dzięki wbudowanym mechanizmom redundancji sieci pozwalają mostkować połączenia w razie wystąpienia awarii.

Dzięki wbudowanemu protokołowi Media Redundancy Protocol (MRP) przerwanie przewodu komunikacyjnego lub awaria jednego z modułów są kompensowane przez automatyczne przełączenie komunikacji na ścieżkę alternatywną. W przypadku awarii linii transmisji danych przełączenie ścieżek następuje w czasie rzeczywistym, dzięki czemu zyskujemy gwarancję ciągłej i pewnej wymiany danych między poszczególnymi urządzeniami.

Panele przyciskowe KP8/KP8F zostały dodatkowo tak zaprojektowane, aby idealnie pasowały do instalacji w modułach rozszerzających urządzeń oferowanych z pełną obudową IP65, czyli MP377 PRO oraz Panel PC 477C PRO (fot. 5). Takie rozwiązanie nie zmienia właściwości systemu, gdyż panele KP8 mają również od frontu stopień ochrony IP65. Dzięki takiej konfiguracji użytkownicy zyskują możliwość konfiguracji kompletnych stacji operatorskich, wyposażonych w duży ekran dotykowy oraz szereg dodatkowych elementów sterowniczo-sygnalizacyjnych.

Dodatkową zaletą SIMATIC HMI Key Panels jest ich dostępność w wersji F (fail-safe), która pozwala na ich implementację bezpośrednio w obwodach bezpieczeństwa. Wyposażone w funkcje komunikacyjne PROFIsafe panele KP8F oraz KP32F idealnie współpracują z systemami sterowania na bazie sterowników SIMATIC S7-300F/400F i umożliwiają prostą realizację obwodów wyłącznika bezpieczeństwa. Panel KP8F wyposażono dodatkowo w dwa wejścia binarne 24 V typu fail-safe, które mogą być wykorzystywane do podłączania czujników z izolowanymi stykami, np. wyłącznika bezpieczeństwa, zgodnego z wymaganiami SIL3. Panel KP32F ma cztery tego typu wejścia.

Jedną z ważniejszych cech SIMATIC HMI Key Panels jest to, że do ich konfiguracji nie jest wymagane specjalne oprogramowanie konfiguracyjne, a ich pełna funkcjonalność jest parametryzowana bezpośrednio z poziomu standardowego oprogramowania STEP7, wykorzystywanego do programowania sterowników SIMATIC S7.

Więcej informacji na temat interfejsów operatorskich SIMATIC HMI można znaleźć na stronie www.siemens.com/ panels.

Krzysztof Okoński Fot. 5. Stacja Panel PC 477C PRO

SIEMENS Sp. z o.o. e-mail: krzysztof.okonski@siemens.com

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

59

rynek i technologie PANELE, KOMPUTERY PANELOWE, OPROGRAMOWANIE, SCADA

Asix jest szeroko znanym programowym pakietem projektowania i realizacji systemów wizualizacji i sterowania dla maszyn, linii technologicznych, procesów i przedsiębiorstw. Wszechstronność, otwartość i skalowalność powodują, że doskonale sprawdza się w bardzo różnorodnych zastosowaniach, w tym również w systemach zarządzania budynkami (BMS).

Asix zapewnia bogatą funkcjonalność, jakiej oczekuje się od uniwersalnych systemów SCADA, a potwierdzeniem tej tezy jest ponad 6000 licencji funkcjonujących w różnych branżach, od przemysłu

spożywczego i farmaceutycznego po przemysł ciężki i energetykę.

Opisywanie teoretycznych możliwości programu jest jak najbardziej potrzebne, ale nic nie jest w stanie przemówić lepiej

Stacyjka sterowania komfortem pomieszczenia

Diagram wizualizacji i sterowania centralą klimatyzacyjną

60

Promocja

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

niż przykłady. W 2012 r. w fabryce WAGO we Wrocławiu firma Asseco Poland wraz z Askom uruchomiła system BMS, zarządzający wszystkimi instalacjami budynku przy użyciu najnowszego pakietu Asix.Evo. Konfiguracja systemu bazuje na 29 sterownikach WAGO 750-880, udostępniających za pomocą serwera OPC ponad 18 tys. zmiennych (tagów) do serwera BMS. Duża łatwość tworzenia w Asix.Evo wizualizacji działającej w środowisku przeglądarki internetowej legła u podstaw koncepcji, aby tradycyjne stanowiska operatorskie, wymagające instalowania dedykowanego oprogramowania narzędziowego i aplikacyjnego, zastąpić komputerami wyposażonymi wyłącznie w przeglądarkę Microsoft Internet Explorer, która łączy się z centralnym serwerem BMS przez sieć Intranet/ Internet. Po krótkiej konfiguracji komputera, sprowadzającej się do podania numeru IP serwera, bez potrzeby instalacji programu Asix, aplikacja BMS jest dostępna dla użytkownika. Niezależnie od miejsca pobytu, jeśli tylko mamy dostęp do sieci i określone uprawnienia, możemy monitorować i sterować tzw. komfortem każdego indywidualnego pomieszczenia, możemy kontrolować z dokładnością do pojedynczej czujki stan systemu przeciwwłamaniowego i przeciwpożarowego, a także wykonywać operacje uzbrojenia/rozbrojenia określonej strefy. Mamy też na bieżąco wgląd w zużycie mediów – możemy monitorować stan i zadawać parametry pracy dla systemów klimatyzacji (HVAC), płynnie regulować natężenie oświetlenia wewnętrznego, sterować na zasadzie „załącz/wyłącz” oświetleniem zewnętrznym czy bramą wjazdową. Wiele czynności można zaprogramować z wyprzedzeniem, wykorzystując bardzo rozbudowane możliwości harmonogramowania.

Repertuar udostępnionych funkcji jest ograniczony tylko wymaganiami klienta.

W aplikacji dla firmy WAGO każde piętro zostało przedstawione na osobnym diagramie. W pierwszej kolejności dostępny jest widok ogólny, z wyczerpującą informacją zarówno o stanie zabezpieczeń systemów przeciwpożarowego

Fot. Askom

ASIX – SCADA nie tylko dla przemysłu

REKLAMA

Fot. Askom

i przeciwwłamaniowego, jak i o wartości temperatury oraz poziomie oświetlenia w pomieszczeniach. Wybierając obszar, a następnie interesujące nas pomieszczenie, otrzymuje się jeszcze dokładniejszy wgląd w stan pomieszczenia, obejmujący informację o: • stanie pracy układu klimatyzacji, w tym sile nadmuchu i trybie działania (cool, dry, fan), • aktualnym trybie pracy klimakonwektora i grzejników CO, • mierzonej i zadanej wartości temperatury (zarówno nastawy przekazanej z nadrzędnego systemu BMS, jak i nastawy wprowadzonej na lokalnym panelu sterowniczym), • mierzonej i zadanej wartości natężenia oświetlenia.

Uprawniony użytkownik ma prawo zmiany wartości zadanych natężenia oświetlenia i temperatury dla pomieszczenia, zmiany trybu pracy klimakonwektora oraz grzejników CO oraz załączenia/wyłączenia klimatyzacji.

W tak dużym budynku istotną kwestią jest kontrola pracy systemu wentylacji. Po naciśnięciu przycisku „centrale wentylacyjne” ukazuje się diagram z wszystkimi dostępnymi centralami, wraz z informacją o trybie pracy i temperaturze zadanej każdej centrali z osobna. Uprawniony użytkownik może z tego poziomu zmienić nastawy pracy dowolnej centrali. W analizie działania wszystkich układów technologicznych, w tym także central wentylacyjnych, bardzo przydatny jest program AsTrend, za pomocą którego można swobodnie, w formie trendów, analizować przebieg wszystkich pomiarów, sygnałów dwustanowych i alarmów. AsTrend umożliwia szybkie lokalizowanie interesujących fragmentów przebiegów dzięki inteligentnej metodzie przeglądania. Możliwości oferowane przez AsTrend uwzględniają realizację porównań przebiegów tych samych bądź różnych zmiennych w różnych okresach czasu. Wspomniane cechy uzupełniają takie funkcje, jak: intuicyjny kreator trendów, linie odczytu wartości, legenda, operacje płynnego powiększania/pomniejszania wybranego fragmentu przebiegu, jego wyświetlanie w postaci tablicy, eksport wartości przebiegów do arkusza kalkulacyjnego lub do plików PDF, BMP, TXT. Ciekawą funkcjonalnością systemu jest odtwarzanie wcześniej nagranych komunikatów głosowych, które można usłyszeć w wybranych pomieszczeniach wyposażonych w głośniki.

Realizacja tej funkcji wykorzystuje możliwości systemu alarmów Asix.Evo. Każdy plik dźwiękowy można odtworzyć w wybranej przez użytkownika chwili jednokrotnie lub wielokrotnie; komunikat dźwiękowy można wywołać także z harmonogramu, a aktualnie odtwarzany sygnał jest podświetlany na diagramie zarządzania rozgłaszaniem komunikatów głosowych. Oprócz komunikatów głosowych, można również wyświetlać komunikaty na tablicach LED, umieszczonych w halach produkcyjnych. Warunki wyświetlania komunikatów są określane przez użytkownika na podobnych zasadach, jak w przypadku komunikatów głosowych.

Program Asix Evo oferuje pełną gamę funkcjonalności, które pozwalają sprostać oczekiwaniom najbardziej wymagającego klienta. Tym niemniej stworzenie nowej aplikacji wymaga czasu, którego w większości przypadków projektantowi brakuje.

Podstawą zapewnienia wymaganej funkcjonalności jest oczywiście oprogramowanie sterownika, ale końcowym łącznikiem między urządzeniami i użytkownikiem jest system SCADA, którego interfejs decyduje o skuteczności i komforcie pracy użytkownika. Zespół Askom, wraz z firmą WAGO, próbuje sprostać wyzwaniu zaoferowania spójnego systemu, podnoszącego wydajność tworzenia aplikacji dla systemów BMS. W oparciu o sterowniki WAGO powstały i nadal sukcesywnie są rozwijane biblioteki programowe gotowych wzorców dla obsługi najczęściej wykorzystywanych w automatyce budynkowej urządzeń

rynek i technologie PANELE, KOMPUTERY PANELOWE, OPROGRAMOWANIE, SCADA

(np. w zakresie urządzeń HVAC dostępne są wzorce takich bytów, jak: wymienniki ciepła, nagrzewnice, wentylatory, klapy, pomiary itp.). Wzorce stanowią komplementarną parę: blok programowy w sterowniku WAGO, zbierający dane i realizujący algorytmy sterowania oraz powiązany z nim obiekt graficzny systemu Asix, prezentujący operatorowi w czytelny sposób wszystkie informacje i umożliwiający sterowanie nadrzędne. Parametryzacja obiektów Asix została w tym tandemie maksymalnie uproszczona.

Sprowadza się ona do wyboru obiektu i wskazania jednym kliknięciem z rozwijanej listy całej grupy zmiennych, przynależnych do parametryzowanego obiektu.

W niebyt odchodzi tradycyjne, żmudne przypisywanie pojedynczych zmiennych do różnych pól obiektu. Co więcej, cała baza zmiennych aplikacji BMS jest generowana automatycznie na podstawie treści programów poszczególnych sterowników WAGO. Opisane pokrótce mechanizmy skracają diametralnie czas potrzebny do zaprojektowania aplikacji, a jednocześnie do minimum redukują możliwość popełnienia pomyłki. Tworzenie aplikacji? Nic prostszego. Jeśli mamy gotowy program w sterowniku WAGO, to diagram centrali wentylacyjnej, szczegółową maskę pomieszczenia czy harmonogram można stworzyć dosłownie na poczekaniu. Czy to jeszcze tandem sterownik + SCADA, czy już system klasy DCS, niech ocenią projektanci.

Wysmakowani esteci, których nie zadowalają schematyczne sposoby wizualizacji, mają otwartą drogę do stworzenia aplikacji przyciągających uwagę niekonwencjonalną szatą graficzną.

Wygląd aplikacji zależy tylko od wyobraźni i umiejętności projektanta.

Ostateczny efekt może wyglądać jak na zamieszczonej poniżej ilustracji.

Diagram zarządzania komunikatami głosowymi

Diagram harmonogramowania pracy centrali

Nowoczesny budynek nie może się obejść bez systemu SCADA, oferującego szeroką gamę środków do czytelnej prezentacji dużej ilości informacji (także pochodzącej z wyspecjalizowanych podsystemów, funkcjonujących w budynku jako odrębne instalacje), pogłębionej analizy zgromadzonych danych o funkcjonowaniu poszczególnych instalacji czy

precyzyjnego alarmowania w przypadku zaistnienia sytuacji odbiegającej od przyjętej normy. W takiej roli doskonale sprawdza się oprogramowanie Asix, co wynika z dwóch podstawowych jego fundamentów: bogatej gamy mechanizmów i narzędzi dopracowanych w tysiącach instalacji automatyki i sterowania oraz otwartości na integrację z zewnętrznymi systemami. Jeżeli dodać do tego nadzwyczaj wydajne mechanizmy, wspierające produktywność tworzenia aplikacji dla systemów opartych o sterowniki WAGO, to trzeba stwierdzić, że Asix stanowi bardzo ciekawą i konkurencyjną ofertę na rynku produktów do realizacji inteligentnych budynków. Więcej informacji na temat systemu Asix można znaleźć na stronie www.asix.com.pl.

Janusz Mierzwa Mateusz Szczotok ASKOM Sp. z o.o. tel. 32 30 18 100, fax 32 30 18 101 e-mail: biuro@askom.com.pl

Panel zarządzania instalacjami w domku jednorodzinnym

62

Promocja

www.asix.com.pl, www.askom.com.pl

Fot. Askom

ul. Sowińskiego 13, 44-100 Gliwice

UPC-V315 – komputer odporny na czynniki środowiskowe Komputer panelowy UPC-V315 produkcji IEI Integration Corp., oferowany przez firmę JM elektronik, jest przeznaczony do pracy w trudnych warunkach środowiskowych. Wśród jego zalet są całkowita szczelność i możliwość pracy zarówno w niskiej, jak

Fot. Askom, JM elektronik

i wysokiej temperaturze.

Niektóre z systemów magazynowych i wizualizacji procesów pracują w warunkach podwyższonej wilgotności lub są w ciągły sposób narażone na rozbryzgi wody lub zmianę temperatury. Tak może być np. w zakładach zajmujących się przetwórstwem żywności i magazynach częściowo otwartych czy pozbawionych ogrzewania. Jednostki komputerowe stosowane w tego typu aplikacjach powinny mieć konstrukcję chroniącą system przed szkodliwymi czynnikami. Najlepiej, jeśli komputer jest już fabrycznie przystosowany do pracy w tego typu warunkach. Pozwala to uniknąć szeregu problemów technicznych, jakie może nastręczyć specyficzna zabudowa jednostki komputerowej, która nie jest całkowicie odporna na trudne warunki środowiskowe. Do pracy w tego typu warunkach jest dedykowany nowy komputer panelowy UPC-V315. Całkowita szczelność (stopień ochrony IP65 ze wszystkich stron) powoduje, że nie zagraża mu pył i strumień wody padający z dowolnego kierunku. Szczelność w połączeniu z szerokim zakresem temperatury pracy – od –20 °C do +60 °C przy wilgotności powietrza od 5 % do 90 % – umożliwia stosowanie komputera zarówno w chłodniach, jak i nieizolowanych termicznie pomieszczeniach, w których zimą temperatura spada poniżej zera, a w lecie nagrzewają się one do wysokiej temperatury. Dodatkowo odporność na wibracje (MI-STD-810F 514.5C-1) i wstrząsy do 3G umożliwia pracę urządzenia w różnego typu pojazdach, maszynach budowlanych czy wózkach widłowych. Wyposażona w ekran dotykoPromocja

wy 15-calowa matryca jest podświetlana diodami LED i osiąga jasność 400 cd/m2.

Solidna i lekka obudowa komputera, wykonana z aluminium, jest malowana proszkowo. Na jej froncie producent umieścił 10 programowalnych przycisków funkcyjnych, a pod nimi podświetlane diodami wskaźniki stanu pracy, co znacznie zwiększa funkcjonalność urządzenia. Dostępnych jest kilka wersji procesora, dzięki czemu moc obliczeniową, a co za tym idzie i koszt urządzenia, można dobrać optymalnie do wymagań aplikacji. Komputer występuje w wersji z procesorami Celeron 847, i3-3217, i7-3517, wspartych chipsetem IvyBridge (NM70 lub QM77) oraz 2 GB RAM, z możliwością rozbudowy do 8 GB. Do dyspozycji jest szereg niezbędnych interfejsów: 3 × RS-232, RS-422/485, RJ-45, 1 × HDMI, 2 × Ethernet oraz 2 × USB. Jednostka ma także izolowaną magistralę CAN, niezwykle istotną w aplikacjach samochodowych. Na uwagę zasługują rozbudowane funkcje komunikacji bezprzewodowej – oprócz dwuzakresowego modułu 2,4/5 GHz Wi-Fi 802.11a/b/g/n komputer można rozbudować o moduł Bluetooth, GPS, 3,75 G/ HSUPA USB oraz czytnik RFID (EM lub Mifire).

W panel czołowy wbudowano kamerę internetową o rozdzielczości 2,0 Mpx oraz mikrofon. Komputer opcjonalnie można wyposażyć w czterokanałową kartę, przechwytującą materiał audio/video, co jest bardzo praktyczne w przypadku, gdy istnieje konieczność monitorowania strefy dookoła pojazdu czy maszyny budowlanej. System ma dwa wejścia do redundantnego zasilania dowolnym napięciem stałym z zakresu od 9 V do 36 V oraz od 10,5 V do 36 V. W ciekawy sposób rozwiązano uszczelnienie panelu z interfejsami: jest on przykrywany szczelną pokrywą z gumowymi dławikami. Taka prosta, a zarazem skuteczna, konstrukcja pozwala na stosowanie „zwykłego” okablowania z typowymi wtykami USB, RJ-45, DSUB zamiast kosztownych przewodów z wodoodpornymi wtykami M12.

JM elektronik Sp. z o.o. ul. Karolinki 58, 44-100 Gliwice tel. 32 339 69 96 e-mail: iei@jm.pl www.jm.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

63

Nowości ZŁĄCZA

Han High Temp – złącza do wysokiej temperatury Han High Temp została oparta na sprawdzonych rozwiązaniach serii Han B i Han E. Złącza Han High Temp mogą przewodzić sygnały i zasilanie w wysokiej temperaturze.

Przy wyborze odpowiednich złączy przemysłowych należy uwzględnić podstawowe parametry, takie jak prąd znamionowy czy napięcie znamionowe, a także pozostałe cechy, jak odpowiednia liczba kontaktów, wymiary, stopień ochrony czy dopuszczalna temperatura

64

Promocja

pracy. Zakres temperatury pracy to jeden z zasadniczych parametrów w trakcie doboru złącza.

Uwzględniając rosnące wymagania wielu zastosowań przemysłowych, firma HARTING wprowadziła do oferty złącza Han High Temp, przeznaczone do szerokiego zakresu zastosowań i pracy w temperaturze otoczenia do 200 °C. Złącza przemysłowe są odporne na działanie wysokiej temperatury w takim stopniu, w jakim odporny jest jego najsłabszy składnik. Opracowując serię złączy Han High Temp skoncentrowano się zatem na wytrzymałości temperaturowej jego wszystkich elementów: kontaktów, złączy, obudów, uszczelek i elementów uziemiających. Wytrzymałość na wysoką temperaturę została sprawdzona i potwierdzona podczas badań w akredytowanych laboratoriach.

Złącza serii Han High Temp dostępne są w rozmiarach 6B, 10B, 16B

i 24B. Elektryczne wartości znamionowe złączy to 400 V i 16 A. Wszystkie złącza serii Han High Temp dostępne są w wykonaniu z kontaktami śrubowymi, co umożliwia szybki montaż obiektowy, oraz w wersjach z kontaktami zaciskanymi.

• Złącza Han High Temp wykonane są z najwyższej jakości materiałów odpornych termicznie.

• Złacza Han High Temp mogą pracować w temperaturze dochodzącej do 200 °C.

HARTING Polska Sp. z o.o. ul. Duńska 9, 54-427 Wrocław tel. 71 352 81 71, fax 71 350 42 13 e-mail: pl@HARTING.com www.HARTING.pl

Fot. Harting

Nowa seria złączy HARTING

Han-Eco: sprawdzone i nowe rozwiązania HARTING, dzięki opracowaniu nowych, monoblokowych wkładów z kontaktami śrubowymi, poszerzył ofertę złączy przemysłowych

Fot. Harting

Han-Eco.

Złącza serii Han-Eco są dobrze znane z solidnego wykonania z wysokiej jakości tworzyw, wzmocnionych włóknem szklanym. W ostatnich dwóch latach seria zdobyła silną pozycję na rynku dzięki takim cechom, jak redukcja masy aplikacji czy szybki montaż. Pierwszy aspekt jest bardzo istotny w przypadku, gdy wymagana jest duża liczba kontaktów, a stosowane obudowy złączy są metalowe – wówczas przekłada się to Promocja

na zwiększenie masy urządzenia. Nowe monobloki typu E zachowują sprawdzone właściwości Han-Eco, czyli „click and mate” – możliwość łatwego i szybkiego montażu, bez użycia narzędzi.

Konstrukcja oparta jest na znanych i sprawdzonych kontaktach typu Han E z zaciskami śrubowymi. Monobloki Han-Eco typu E przeznaczone są do pracy przy wartościach znamionowych napięcia 500 V i prądu 16 A. Obsługują przewody o przekrojach z zakresu od 0,75 mm² (AWG 18) do 2,5 mm2 (AWG 14).

Istotne właściwości tej serii złączy to także duża gęstość kontaktów oraz wiele możliwości kombinacji. Cechą szczególną monoblokowych wkładów typu Han-Eco E jest to, że gęstość upakowania kontaktów jest nawet o 67 proc. większa w porównaniu do standardowych wkładów Han E tej samej wielkości. Wkłady mają również kontakt PE (uziemienie) i system kodowania, pozwalający na sześć róż-

nych możliwości kombinacji. Dostępne wersje złączy (wkładów) Han-Eco E mają następujące liczby kontaktów: 10 + PE, 14 + PE, 20 + PE, 28 + PE. Monobloki Han-Eco E można dodatkowo łączyć wraz z modułami typu Han-Modular w jednej obudowie Han-Eco.

• Gęstość upakowania kontaktów – do 67 proc. wyższa.

• Wbudowany system kodujący.

• Łatwy i szybki montaż.

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

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

65

Nowości STEROWNIKI

Unistream to seria, w której sterownik PLC nie jest już zintegrowany z wyświetlaczem HMI. Jej powstanie jest wynikiem ponad 20 lat doświadczenia w rozwoju zintegrowanych sterowników w automatyce.

Seria Unistream – nowa gama sterowników

66

Promocja

go można podłączyć do ośmiu kolejnych modułów, znanych z serii Vision oraz M90/91. W sieci CAN Bus może pracować jednocześnie do 60 adapterów EX-RC1, dzięki czemu użytkownik jest w stanie podłączyć nawet do 480 różnych modułów rozszerzeń.

Oprogramowanie UniLogic, tak jak cały software firmy Unitronics, jest darmowe i dostępne na stronie producenta – www.unitronics.com/downloads.

Jest to nowe, intuicyjne środowisko programistyczne do konfiguracji oraz sterowania sprzętu i HMI. Skraca ono czas programowania o 50 proc. dzięki temu, że przewiduje intencję programisty. UniLogic pozwala programiście budować własne biblioteki zdefiniowanych przez użytkownika bloków funkcyjnych, które mogą być importowane lub eksportowane do innych projektów. Oprogramowanie to pozwala zaoszczędzić mnóstwo czasu dzięki automatycznym definicjom I/O, systemowi „przeciągnij i upuść” oraz automatycznemu tworzeniu nowych linii. UniLogic ma rozbudowane grafiki, dzięki którym programista może budować nowe ekrany HMI, prezentujące się tak, jak gdyby wyszły spod pędzla znanego artysty.

Sterowniki z serii Unistream obsługują RS-485, CANopen, UniCAN,

Modbus RTU, Modbus TCP oraz dowolną ramkę transmisyjną. Unistream może również dostosowywać się do protokołów innych firm przez USB Host oraz RS, które mogą obsłużyć zewnętrzne urządzenia, takie jak modemy, drukarki, czytniki kodów kreskowych i inne.

Dodatkowo USB pozwala na pobieranie programu przez użytkownika.

Nową usługą firmy Unitronics jest platforma UniApps. Dostępna jest ona tylko dla sterowników z serii Unistream.

Po wgraniu do HMI daje możliwość dotarcia do danych, edytowania ich, monitorowania, rozwiązywania problemów, a nawet debugowania systemu oraz wiele innych. Ważną zaletą Unistream, zwłaszcza w dzisiejszym świecie, jest także to, że może być ona zdalnie obsługiwana za pośrednictwem komputerów, tabletów czy smartfonów przez VNC, gwarantując użytkownikowi dostarczenie rozwiązania, na jakie zasługuje.

Mateusz Sikorski ELMARK Automatyka Sp. z o.o. ul. Niemcewicza 76 05-075 Warszawa-Wesoła tel. 22 773 79 37 e-mail: elmark@elmark.com.pl www.elmark.com.pl

Fot. Elmark Automatyka

Sterowniki Unistream są jednymi z najszybszych w swojej klasie. Zawdzięczają to procesorom dual, które skracają czas cyklu 1 kB programu do ok. 0,13 μs.

Użytkownik ma ponad 2 MB pamięci dla programu. Potrafią one obsłużyć do 2048 wejść/wyjść jako lokalne lub rozproszone wyspy, co pozwala na automatyzację nawet bardzo dużego procesu. Dodatkowo można dołączyć dotykowy wyświetlacz HMI o wysokiej rozdzielczości. System modułowy daje duże możliwości integratorom systemów, takie jak oszczędność miejsca oraz obniżenie czasu programowania, przy zachowaniu pełnej funkcjonalności sprzętu.

Sterowniki Unistream można dopasować niemal do każdej aplikacji. Użytkownik wybiera jedynie preferowany wyświetlacz HMI, dopina z tyłu procesor, a następnie moduły wejść/wyjść, które od tej chwili tworzą jedną całość. Pozwala to wszystkim na wybór odpowiednich modułów w dowolnej konfiguracji, która będzie odpowiadać ich wymaganiom.

Można również podłączyć dodatkowe osiem modułów do jednego CPU na odległość 125 cm dzięki UAG-XK125 (wersja bez zasilacza) lub UAG-XP125 (wersja z zasilaczem). W sytuacji, gdy konieczna jest rozbudowa o kolejne moduły, wystarczy podłączyć do sieci CAN Bus adapter EX-RC1, do które-

Czujniki Nowości

Czujnik siły i momentu obrotowego Najnowszy trend w robotyce

Wzrost udziału robotów w procesach produkcyjnych, połączony ze wzrostem komplikacji procesów technologicznych wykonywanych przez roboty, wymusza rozwój oprzyrządowania umożliwiającego realizację postawionych zadań,

Fot. Elmark Automatyka, SCHUNK

w tym czujników.

Akcesoria robota mają bardzo duży wpływ na jego wydajność, elastyczność i zakresy stosowania, a najnowsze osiągnięcia w systemach szybkiej wymiany narzędzi, napędach oraz czujnikach wskazują na ogromny potencjał rozwoju osprzętu dla robotów.

Firma SCHUNK, lider kompetencji w zakresie komponentów do automatyzacji produkcji, oferuje szeroką pale-

tę produktów przeznaczonych do wyposażenia robotów przemysłowych i laboratoryjnych, zarówno umożliwiających tworzenie aplikacji standardowych, jak i przeznaczonych do rozwiązań specjalnych. Należą do nich m.in. czujniki siły i momentu obrotowego, niezbędne w wielu procesach. Można za ich pomocą kontrolować z wysoką precyzją moment obrotowy i siłę, z jaką robot oddziałuje na produkt. Ma to ogromne znaczenie w czynnościach technologicznych, takich jak montaż elementów, gradowanie, szlifowanie, polerowanie, zginanie czy skręcanie w zastosowaniach przemysłowych oraz umożliwia zastosowanie robotów w rozwijającej się zrobotyzowanej chirurgii, a także w robotyce serwisowej, w której roboty współpracują bezpośrednio z ludźmi.

Szerokie zastosowanie w tym obszarze ma czujnik siły i momentu obrotowego typu FTNet. Mierzy on z wysoką precyzją siłę i moment w sześciu osiach. Dzięki prędkości wysyłania danych do 7000 Hz, czterem moż-

liwym protokołom komunikacyjnym (Ethernet, EtherNet/IP, DeviceNet, CAN Bus), zdalnemu sterowaniu przez LAN i konfiguracji przez interfejs www, FTNet jest obecnie najbardziej wielofunkcyjnym czujnikiem siły i momentów dla automatyki przemysłowej.

SCHUNK oferuje kilka typów sensorów umożliwiających pomiar siły w zakresie od 12 N do 40 000 N i momentu w zakresie od 0,5 Nm do 6000 Nm.

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

REKLAMA

Promocja

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

67

Nowości Szkolenia

Geniusz metody TRIZ tkwi w jej prostocie Rozmowa z Tomaszem Knefelem, konsultantem TRIZ przy Świętokrzyskim Centrum Innowacji i Transferu Technologii w ramach projektu „Akademia TRIZ dla biznesu”.

Metodę TRIZ możemy zastosować do rozwiązywania różnych problemów.

W jaki sposób jedno podejście do różnych zagadnień może być kluczem do sukcesu?

Założeniem TRIZ jest analiza sprawy, polegająca na zrozumieniu danego zadania i ocenie poszczególnych jego składowych. Pierwszym krokiem prowadzącym do zmiany sposobu myślenia jest analiza problemu, z odsunięciem tego wszystkiego, co kreuje nasz wektor inercji. Należy wyodrębnić problem i uogólnić go do takiego poziomu, aby możliwe było opisanie go językiem potocznym, bez sugerującego rozwiązanie języka technicznego. Nie dokonuje się tak zwanego skoku myślowego i nie podaje się gotowego rozwiązania, ponieważ może ono wynikać z przyzwyczajeń, tak zwanego wektora inercji. Z psychologicznego punktu widzenia zjawisko wektora inercji polega na braku mocy twórczych, a często także na bezowocnym poszukiwaniu rozwiązania w wąskim zakresie znanej nam problematyki. Działania takie najczęściej prowadzą

do podobnych lub wręcz tych samych rozwiązań. Przykładem takiej metody jest tak zwana burza mózgów, która oparta jest na losowym generowaniu pomysłów.

Jakie problemy możemy rozwiązać tą metodą?

TRIZ, w przeciwieństwie do technik burzy mózgów, poddaje problemy dogłębnej analizie, w celu osiągnięcia optymalnego rozwiązania problemu. Kilka lat temu znajomy z Grupy Rekonstrukcji Historycznej zgłosił się do mnie z pytaniem, czy zdołałbym wymyślić jakieś urządzenie, dzięki któremu ich replika broni – dotąd milcząca – mogłaby symulować wystrzały. TRIZ znałem wtedy dopiero na niskim poziomie. Jednak ta skromna wiedza pozwoliła na dogłębną analizę problemu, a po kilkunastu dniach został opracowany prototyp generujący do 20 strzałów na sekundę.

W kilka tygodni został stworzony wynalazek KIT-LPG, którego największą zaletą jest niski koszt eksploatacji, ponieważ urządzenie zasilane jest ogólnodostępnymi gazami technicznymi.

Czy przedsiębiorcy z zainteresowaniem zapoznają się z TRIZ? Przedsiębiorcy w naszym kraju powoli zaczynają zauważać, że firma, która chce być konkurencyjna, musi być innowacyjna i szukają nowych narzędzi, aby usprawnić ten proces. Z obserwacji wynika, że wśród przedsiębiorców coraz większym zainteresowaniem cieszy się TRIZ. W ramach projektu „Akademia TRIZ dla biznesu” przedsiębiorcy chętnie korzystają z usług szkoleniowych i doradczych. Tę metodę stosują już inne kraje,

dzięki czemu stają się bardziej innowacyjne, a przez to i bardziej konkurencyjne. W dzisiejszych czasach nie wystarczy już stawiać czoła codziennym zmaganiom, jakie przynosi nam każdy dzień.

Prawdziwą innowacyjnością jest stawiać czoła wyzwaniom, którym inni nie podołali lub takim, z którymi inni nigdy nie mieli do czynienia.

Z jakimi wątpliwościami przedsiębiorców spotyka się Pan podczas szkoleń?

Największą bolączką przedsiębiorców jest brak czasu. Z jednej strony chcą oni zapoznać swoich pracowników z tą metodą, z drugiej – szkoda im czasu na oddelegowanie pracowników na szkolenia. W kuluarach można usłyszeć od przedsiębiorców, że widzą w TRIZ sposób na poszukiwanie nowych usług i produktów. Przyznają, że podczas poszukiwań nowych rozwiązań sami wpadają w pułapkę myślową. Przez kilka lat pracują nad pewnym problemem do tego stopnia, że nie są już w stanie dostrzec innych rozwiązań, do czasu, aż pojawia się osoba, często bez fachowej wiedzy, która nawet nie wie, że dany problem nie ma rozwiązania i zadaje pytanie: „Dlaczego tego nie robicie w ten sposób?”

Z kolei pracownicy mówią, że nie daje się im szansy, aby się wykazać. Często pracują wśród reguł, wzorców i schematów.

Ich praca, choćby była niezmiernie kreatywna, niestety nie spotyka się ze zrozumieniem.

Skąd bierze się uniwersalność metody?

Geniusz tej metody polega na jej prostocie. Każdy problem można podzielić na mniejszy, a następnie poddać dokładnej analizie. Henryk Altszuller miał w pracy dostęp do opisów patentowych.

Zauważył, że zgłoszenia patentowe składają się z podobnych zależności, które nazwał „chwytami”. Przeanalizował najpierw około 12 tysięcy wynalazków, a później, wspólnie ze współpracownikami – ponad 1,2 miliona wynalazków.

Stwierdził wówczas, że w opisach patentowych występuje 40 podstawowych chwytów wynalazczych. Potem doszło jeszcze 10 dodatkowych. Mogłoby się wydawać, że 40 chwytów wynalazczych to niewiele, ale to właśnie one są cegiełkami, na podstawie których zbudowane są przełomowe wynalazki.

„Akademia TRIZ dla biznesu” Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Poddziałanie 2.2.1 „Poprawa jakości usług świadczonych przez instytucje wspierające rozwój przedsiębiorczości iinnowacyjności” Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki

68

Promocja

O tym, jak TRIZ rewolucjonizuje świat rozmawiamy z dr. inż. Zbigniewem Lisem, konsultantem TRIZ w ramach projektu „Akademia TRIZ dla biznesu”.

„Patrząc na to, na co patrzą inni, dostrzega się to, czego nikt nie zauważył”

Fot. Schmersal-Polska

Jest Pan po serii szkoleń z prezentacji TRIZ (Teoria Rozwiązywania Innowacyjnych Zadań) dla firm z regionów świętokrzyskiego i małopolskiego.

Na czym one polegały?

Podstawowym celem była prezentacja TRIZ jako metody algorytmicznego myślenia twórczego, z wypracowanymi narzędziami do kreowania innowacyjnych postaw pracowników i możliwości rozwiązywania problemów w firmach.

W dziedzinach typu technika, zarządzanie czy nawet edukacja, trudno nam wprost dostrzec zachowania o charakterze twórczym. Raczej postrzegamy je jako pewne wyuczone postawy, z całym bagażem wypracowanych procedur. W proponowanej postawie innowatora jako twórcy wartością okazuje się otwartość na to, czego jeszcze nie znamy, zadziwienie czy zadowolenie z pozornie absurdalnych pomysłów. Jestem pod wrażeniem 16-letniego Jacka Andraka, który wymyślił sposób na wykrycie raka w XXI wieku: zaproponował, zamiast badania tomograficznego, wykrycie komórek nowotworowych w kropli krwi lub moczu za pomocą paska wykrywającego zawartość białka, występującego w komórkach rakowych. Jego wynalazek pozwala na wykonanie testu na obecność raka 160 razy szybciej, przy 400 większej czułości i 36 tysięcy razy taniej. Sięgnął po nanotechnologię i biologię komórek rakowych.

Przekroczył granicę, jaką wyznaczała klasyczna edukacja w jego szkole. To przykład myślenia innowacyjnego, karmionego otwartością, odwagą i zapominaniem o swej wiedzy wyuczonej.

Jaki jest odzew przedsiębiorców? Czy łatwo przekonać ich do tego, że warto korzystać z tej metody?

Rozmawiałem ostatnio z młodym, ambitnym inżynierem o jego pracy w charakterze konstruktora. Żalił się, że ma kilka ciekawych pomysłów, ale nikt w firmie nie jest nimi zainteresowany.

Obserwując duże zainteresowanie we wdrażaniu TRIZ w innych państwach, zwłaszcza w USA, Korei Południowej, Niemczech czy Japonii, widzimy silną potrzebę zapoznania naszych przedsiębiorców z metodologią TRIZ na większą skalę. Jednocześnie, w ramach projektu „Akademia TRIZ dla biznesu”, pracujemy nad modelem współpracy pomiędzy ekspertem TRIZ a biznesem, tak aby był postrzegany jako proces edukacji, wnoszącej do firm nową wartość zorientowaArkadiusz Hajduk, BIKO-SERWIS Sp. z o.o.

Udział w szkoleniu TRIZ poszerzył moją wiedzę na temat umiejętności rozwiązywania problemów, o której myślałem, że już ją w pełni posiadam. Zmienił mój sposób myślenia, a także utwierdził mnie w przekonaniu, że czasami nadmiar wiedzy potrafi ograniczać rozwój. Przekonanie o pewnych oczywistych faktach i zjawiskach nie pozwala nam iść we właściwym kierunku, w poszukiwaniu czegoś nowego. Zdobyłem wiedzę o świetnym narzędziu, jakim jest spis elementarnych zasad (podstawa TRIZ). Na pewno postaram się je wykorzystać podczas prób rozwikłania wybranych problemów, nawet tych, które już zostały odłożone na półkę.

ną na rozwój i sukces. „Akademia TRIZ dla biznesu” jest pomysłem na kreowanie postawy zawodowej zorientowanej na innowacyjność i sukces. Lista firm, które korzystają z TRIZ jest długa. Można tu wymienić firmy: Boeing, Rolls-Royce, Siemens, Toyota czy Samsung. O tym trzeba pamiętać, sięgając po wzorce firm nastawionych na rozwój. Pierwsze polskie firmy, które pojawiły się w tym projekcie, m.in. Lepolam Wichrowscy i Biko-Serwis z Nowin k. Kielc, K&K Recykling System z Brzeska czy Delphi Automotive z Krakowa, już wykazały duże zainteresowanie, zarówno szkoleniem, jak i wykorzystaniem usługi doradczej ekspertów TRIZ w działalności podstawowej.

Jesteście w fazie opracowywania usługi doradczej dla przedsiębiorstw, polegającej na rozwiązaniu przy wykorzystaniu TRIZ wybranego, istniejącego w firmie problemu. Na czym polega ta metoda?

W czasie spotkań próbujemy z jednej strony wypracować sposób, w jaki należy przedstawić metody TRIZ w firmach, aby stały się obiektem zainteresowania przedsiębiorcy, a z drugiej szukamy zagadnień, nad którymi możemy pracować w układzie ekspert TRIZ–przedsiębiorca. Wspomniana usługa doradcza ma być połączeniem metod TRIZ i zagadnień, które powodują problemy w ich wdrażaniu. Chcemy także, rozmawiając z przedsiębiorcą, poznawać „jego świat” rzeczy trudnych, a jednocześnie pokazywać TRIZ jako metodę, która pozwala na ich pokonywanie i kreowanie nowych rozwiązań.

„Akademia TRIZ dla biznesu” Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Poddziałanie 2.2.1 „Poprawa jakości usług świadczonych przez instytucje wspierające rozwój przedsiębiorczości iinnowacyjności” Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki

Promocja

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

69

Forum młodych młodych WYDARZENIA

Pierwsza liga robotyczna już działa

Data 19 października 2013 r. może zostać zapamiętana jako przełomowa w kontekście rozwoju robotyki turniejowej w Polsce. W tym dniu delegaci organizatorów ogólnopolskich turniejów robotycznych ogłosili w Gmachu Głównym Politechniki Warszawskiej porozumienie w zakresie współpracy w ramach Polskiej Unii Robotyki Turniejowej (PURT).

W skład nowej organizacji, zrzeszającej błyskawicznie rozwijającą się i wciąż stosunkowo nową sferę robotyki, w sezonie 2013/2014 wejdą organizatorzy następujących konkursów: Trójmiejskiego Turnieju Robotów (Gdańsk), Opolskiego

Festiwalu Robotów (Opole), ROBO~motion (Rzeszów), Cyberbot (Poznań), Robomaticon (Warszawa) oraz Sumo Challange (Łódź).

Celem PURT jest przyspieszenie rozwoju robotyki turniejowej w Polsce przez nadanie jej wspólnego kierunku i zacieśnienie współpracy organizatorów największych konkursów.

Inicjatorzy Polskiej Unii Robotyki Turniejowej mają nadzieję, że członków PURT będzie z roku na rok przybywać.

Pierwszym efektem porozumienia będą zunifikowane regulaminy czterech najpopularniejszych konkurencji, tzn. Freestyle, Line Follower, Micromouse i Minisumo. Oznacza to, że zawodnicy nie będą już musieli martwić się, że rozwiązanie techniczne dopuszczane np. na Sumo Challange, będzie zabronione na Robomaticonie i vice versa. Pojawi się również nowa klasyfikacja zawodników, biorących udział w zawodach i będących członkami PURT. W przyszłości planuje się wdrożenie nowych konkurencji oraz zapraszanie organizatorów kolejnych turniejów do Unii.

Inicjatywa rozwija się przy silnym wsparciu portalu Forbot, będącego najważniejszym medium łączącym pasjonatów robotyki. Z kolei patronat nad Polską Unią Robotyki Turniejowej objęła Fundacja Politechniki Warszawskiej.

Więcej informacji dostępnych jest na stronie www.forbot.pl, gdzie będą publikowane wiadomości na temat uruchomienia strony internetowej PURT, regulaminy i inne niezbędne dane na temat PURT, oraz pod adresem mailowym: polska.urt@gmail.com.

Mat. pras. PURT

Zobacz więcej Uczestnicy konferencji PURT (delegaci z Warszawy, Poznania, Łodzi, Rzeszowa, Gdańska oraz Opola)

70

Pobierz bezpłatną aplikację PAR+ App Store | Google Play

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

Nauka

Pomiary LDV amplitudy osiowych oscylacji narzędzi stosowanych w procesach obróbki ze wspomaganiem ultradźwiękowym Roman Wdowik*, Piotr Nazarko**, Janusz Porzycki* *Katedra Technik Wytwarzania i Automatyzacji, Politechnika Rzeszowska **Katedra Mechaniki Konstrukcji, Politechnika Rzeszowska Streszczenie: W artykule przedstawiono metodę pomiaru amplitudy osiowych oscylacji narzędzi stosowanych w procesach obróbki ze wspomaganiem ultradźwiękowym. Pomiary zrealizowano za pomocą laserowego wibrometru skanującego LDV (ang. Laser Doppler Vibrometer).

Słowa kluczowe: obróbka ze wspomaganiem ultradźwiękowym, wibrometr laserowy, amplituda osiowych oscylacji

ecydujący wpływ na przebieg obróbki ze wspomaganiem ultradźwiękowym ma dobór parametrów nastawnych procesu. Amplituda i częstotliwość oscylacji mierzone w określonym kierunku to, w zależności od odmiany procesu, parametry stosowane do opisu ruchu oscylacyjnego wybranego punktu narzędzia obróbkowego lub obrabianego przedmiotu.

Fot. PURT

1. Wprowadzenie Realizacja hybrydowych procesów obróbki ze wspomaganiem ultradźwiękowym, na przykład szlifowania ze wspomaganiem ultradźwiękowym UAG (ang. Ultrasonic Assisted Grinding), w którym ruch oscylacyjny o częstotliwości ultradźwiękowej związany może być, w zależności od odmiany procesu, z narzędziem lub obrabianym przedmiotem [5, 3], wymaga określenia danych wejściowych procesu. Oprócz parametrów technologicznych charakterystycznych dla konwencjonalnego procesu szlifowania, takich jak prędkość posuwu lub prędkość skrawania, określa się dla obróbki ze wspomaganiem ultradźwiękowym parametry ruchu oscylacyjnego. Podstawowe parametry to amplituda oraz częstotliwość oscylacji. Wyznaczanie ich wartości może odbywać się dla określonej powierzchni narzędzia (np. powierzchni czołowej) z uwzględnieniem kierunku, w jakim przeprowadzany jest pomiar (np. w osi narzędzia lub prostopadle do niej). Zastosowane mogą być tu różne techniki pomiarowe. W zależności od przyjętej techniki możliwe jest wyznaczanie jednego lub obydwu z przedstawionych parametrów ruchu oscylacyjnego. Do pomiarów stosowane mogą być mikroskopy optyczne, czujniki indukcyjne, pojemnościowe, wiroprądowe, kamery do

rejestrowania procesów szybkozmiennych, a także wibrometria laserowa [2, 6].

Głównym celem prowadzonych obecnie badań w zakresie parametrów ruchu oscylacyjnego jest ustalenie wpływu drgań na wskaźniki jakości procesów obróbki ze wspomaganiem ultradźwiękowym. W tym zakresie należy wskazać przede wszystkim parametry charakteryzujące powierzchnię przedmiotów po obróbce, siły skrawania, wydajność obróbki oraz zużycie narzędzia.

2. Konfiguracja stanowiska badawczego W artykule przedstawiono wyniki pomiaru amplitudy osiowych oscylacji ściernic skanującym wibrometrem laserowym Polytec PSV-400. Narzędzia zamocowane były w oprawkach ze wzbudnikiem oscylacji, przystosowanych dla obrabiarki Ultrasonic 20 linear. Pomiary odbywały się poza procesem obróbki z wyłączonym elektrowrzecionem (bez uwzględniania ruchu obrotowego ściernicy).

Badania przeprowadzono dla obrabiarki Ultrasonic 20 linear znajdującej się w Katedrze Technik Wytwarzania i Automatyzacji Politechniki Rzeszowskiej. Wiązka laserowa podczas pomiarów amplitudy oscylacji osiowych skierowana była na lustro, a następnie odbita w kierunku punktu, dla którego odbywał się pomiar drgań (rys. 1).

Drgania mierzone były dla powierzchni czołowej ściernicy oraz dla powierzchni czołowej nakrętki lub śruby (w zależności od rodzaju oprawki), którą mocowana jest ściernica do sonotrody (rys. 2). Podczas pomiarów obserwowane były zjawiska cieplne [6], związane z nagrzewaniem się sonotrody. W celu ograniczenia wpływu temperatury sonotrody na amplitudę w częstotliwościach rezonansowych zastosowano chłodzenie sprężonym powietrzem doprowadzanym dyszą do powierzchni sonotrody i narzędzia. Nie jest możliwe natomiast wykonywanie pomiarów wibrometrem podczas chłodzenia narzędzia cieczą, jeśli jej cząsteczki będą dostawać się do powierzchni, z którą związany jest pomiar [1, 6]. Podczas wykonywania pomiarów wibrometrem kontrolowano zmiany temperatury sonotrody kamerą termowizyjną FLIR i50 (rys. 1). Dzięki temu możliwe jest opracowanie wniosków mówiących o wpływie temperatury zestawu sonotroda–narzędzie na wartoPomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

71

Nauka

powierzchni czołowej śruby mocującej narzędzie. Po ustawieniu danej częstotliwości operacyjnej z dostępnego zakresu częstotliwości (20 000 – 30 499 Hz) w nakładce układu CNC Sinumerik włączano generator na określony czas oraz odczytywano wartości amplitudy korzystając z oprogramowania wibrometru. Dodatkowo w czasie wykonywania pomiarów amplitudy mierzono kamerą termowizyjną zmiany temperatury sonotrody. Pomiary wibrometrem wykonywano na przemian z chłodzeniem powietrzem doprowadzanym z dyszy oraz bez chłodzenia dla zadanych wartości częstotliwości operacyjnych. Z uwagi na sprawdzony wpływ momentu mocowania narzędzia do sonotrody [6] na amplitudę oscylacji (co zostało stwierdzone również podczas badań przeprowadzonych w Politechnice Rzeszowskiej), wszystkie narzędzia mocowane były kluczem dynamomentrycznym z tym samym momentem.

Rys. 1. Stanowisko do badań oscylacji utradźwiękowych Fig. 1. Test stand for investigations of ultrasonic oscillations

ści amplitudy drgań osiowych. W szczególności istotne jest odkrycie zależności, których zrozumienie pozwoli na przewidywanie zjawisk, tak aby podczas planowania procesów technologicznych obróbki ze wspomaganiem ultradźwiękowym właściwie dobierane były parametry nastawne generatora ultradźwięków.

3. Warunki przeprowadzania pomiarów Pomiary przeprowadzono dla dwóch wybranych diamentowych narzędzi ściernych. Zastosowano dwa rodzaje oprawek ze wzbudnikiem oscylacji, różniące się między sobą sposobem mocowania narzędzia. Pierwszy rodzaj oprawki (rys. 2a) umożliwia ustalenie narzędzia w gnieździe stożkowym ER-11 oraz jego zamocowanie nakrętką. Drugi sposób mocowania (rys. 2b) polega na ustaleniu narzędzia na trzpieniu i zamocowaniu go śrubą. Do badań zastosowano narzędzia firmy Schott: trzpieniową ściernicę o średnicy 6 mm z otworem drążonym i oznaczeniu F-Da.1-8-8 D91 oraz garnkową ściernicę diamentową o średnicy 24 mm i oznaczeniu 6A2-Da.24-2-6-10 D126N-MN. W przypadku ściernicy trzpieniowej (rys. 2a) pomiar dotyczył wybranego punktu leżącego na powierzchni czołowej ściernicy oraz punktu leżącego na powierzchni czołowej nakrętki. Dla ściernicy garnkowej (rys. 2b) pomiary amplitudy drgań osiowych odbywały się dla wybranego punktu leżącego na czole ściernicy oraz dla punktu leżącego na

72

Rys. 2. Punkty dla których mierzono amplitudę oscylacji osiowych: a) ściernica trzpieniowa zamocowana w oprawce ze wzbudnikiem drgań w gnieździe ER-11, b) ściernica garnkowa ustalona na trzpieniu oprawki ze wzbudnikiem drgań i zamocowana śrubą Fig. 2. Points for axial oscillation amplitude measurements: a) the tool clamped in the ultrasonic actor with ER-11 socket, b) the tool clamped to the ultrasonic actor with the screw

4. Wyniki pomiarów amplitudy osiowej W tab. 1 przedstawiono uzyskane podczas pomiarów wyniki odniesione do amplitudy drgań osiowych. Pomiary dla ściernicy garnkowej oznaczonej G lub G2 odbywały się w czasie 1000 s. Dla ściernicy trzpieniowej dokonywano pomiaru w czasie 1000 s lub 100 s, w zależności od ustawionej częstotliwości prądu generatora. W trakcie pracy generatora ultradźwięków (przy ustawionej jednej ściśle określonej częstotliwości) notowano wartości amplitudy. Zauważono, że w przypadku oprawki z zamocowaną ściernicą garnkową największe przemieszczenia występują w częstotliwościach bliskich dolnej granicy dostępnych częstotliwości operacyjnych tj. od 20 000 Hz do 22 000 Hz. W przypadku oprawki z zamocowaną ściernicą trzpieniową największe przemieszczenia zanotowano dla zakresu czę-

Tab. 1. Wyniki pomiarów amplitudy oscylacji osiowych Tab. 1. Results of measurements of axial oscillations amplitude Lp.

NARZ.

MIEJSCE POMIARU

F [kHz]

Amin [nm]

Amaks [nm]

Trend

CHŁODZ.

1

G

SG

21,5

999

1408

M

B

2

G

SG

21,5

750

1380

BT

P

3

G

SG

21,5

705

976

S

B

4

G

SG

21,5

742

1444

BT

P

5

G

SG

21,5

195,6

669

R

B

6

G

SG

21,5

291,8

400,5

S

P

7

G2

SG

21,5

199,3

240,1

M

B

8

G2

SG

21,5

233,5

244,7

S

P

9

G2

CG

21,5

520,5

605,5

M

B

10

G2

CG

21,5

562,8

617,6

S

P

11

G

CG

21,5

570,6

1135

R

B

12

G

CG

21,5

402,6

747

R

P

13

G

CG

21,5

526,8

974

R

B

14

G

CG

21,5

391,8

448,7

S

P

15

G

CG

21,73

577

792,3

R

B

16

G

CG

21,73

431,1

503,7

S

P

17

G

CG

21,73

424,6

659,3

R

B

18

G

SG

21,73

359,9

477,9

R

B

19

G

SG

21,73

333,3

364,5

S

P

20

G

SG

21,73

322,3

457,2

R

B

21

G

SG

21,73

338,8

361,8

S

P

22

G

SG

21,73

277,1

435,5

R

B

23

G

SG

21,73

336

439,6

R

B

24

G

SG

21,73

304,4

322,9

S

P

25

G2

SG

21,73

282

315,1

S

B

26

G2

SG

21,73

289,1

305,7

S

P

27

G2

SG

21,73

266

292,5

S

B

28

G

SG

21,73

426,1

444,1

S

B

29

G

SG

25,5

45,9

47,44

S

B

30

G

SG

25,5

49,45

51,16

S

P

31

G

CG

25,5

78,4

86,8

S

B

32

G

CG

25,5

81,27

96,96

S

P

33

G2

SG

25,5

28,5

33,37

S

B

34

G2

SG

25,5

30,6

37,75

S

P

35

G2

CG

25,5

167,3

174,7

S

B

36

G2

CG

25,5

171,4

174,6

S

P

37

G2

SG

20,7

496,3

1217

M

B

38

G2

SG

20,7

655

987

M

P

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

73

Nauka

Tab. 1. Wyniki pomiarów amplitudy oscylacji osiowych (cd.)

Tab. 1. Results of measurements of axial oscillations amplitude (cont.)

39

G2

SG

20,7

464,9

626,4

BT

B

40

G2

SG

20,7

652,7

688,8

S

P

41

G2

SG

20,7

430,5

707

M

B

42

G2

CG

20,7

1028

1590

M

B

43

G2

CG

20,7

1546

1616

S

P

44

G2

SG

20,7

347,6

592,5

M

B

45

G2

SG

20,7

361,7

522,8

M

B

46

G2

SG

20,7

623,5

635,9

S

P

47

T

NT

27,5

995

1058

M

–

48

T

CT

27,5

1377

1449

S

–

49

T

CT

27,5

1405

1455

S

P

50

T

NT

27,5

1007

1022

S

P

51

T

NT

26,1

1770

3995

R

–

Objaśnienia do tablicy: Narzędzie (NARZ.): G – ściernica garnkowa ustalana na trzpieniu i mocowana śrubą (OPRAWKA nr 1), G2 – ściernica garnkowa ustalana na trzpieniu i mocowana śrubą (OPRAWKA nr 2), T – ściernica trzpieniowa ustalana w gnieździe ER-11 i mocowana nakrętką.

Miejsce pomiaru (MIEJSCE POMIARU): CG – powierzchnia czołowa ściernicy garnkowej, SG – powierzchnia czołowa śruby, CT – powierzchnia czołowa ściernicy trzpieniowej, NT – powierzchnia czołowa nakrętki.

F – częstotliwość oscylacji ultradźwiękowych.

Amin – minimalna odczytana amplituda oscylacji ultradźwiękowych.

Amaks – maksymalna odczytana amplituda oscylacji ultradźwiękowych.

Trend: R – rosnąca, M – malejąca, S – stabilna, BT – brak trendu.

Chłodzenie (CHŁODZ.): B – brak, P – sprężone powietrze o ciśnieniu 6 bar podawane na powierzchnię sonotrody i narzędzia.

Znak „–” oznacza brak danych.

stotliwości od około 25 500 Hz do 27 000 Hz. Do badań amplitudy drgań osiowych wybrano jedynie kilka wartości częstotliwości operacyjnych, by pokazać różnice w wartościach amplitudy oraz zwrócić uwagę na wpływ zjawisk cieplnych na jej wartość.

5. Wnioski Przeprowadzone badania pomogły lepiej zrozumieć funkcjonowanie układu wzbudzania oscylacji na obrabiarce Ultrasonic 20 linear. Wyniki pomiarów wibrometrem laserowym dotyczą dwóch różnych rozwiązań konstrukcyjnych oprawek: z mocowaniem narzędzia w gnieździe ER-11 oraz mocowaniem na trzpieniu. W całym dostępnym na obrabiarce zakresie częstotliwości operacyjnych (tj. od 20 000 Hz do 30 499 Hz) obserwowano dla każdego rodzaju oprawki występowanie osiowych drgań sonotrody oraz przymocowanego do niej narzędzia obróbkowego. Mie-

74

rzone amplitudy przemieszczeń różniły się w zależności od ustawionej wartości częstotliwości operacyjnej prądu generatora. Największe przemieszczenia, czyli amplitudę oscylacji, zanotowano dla częstotliwości określanych jako rezonansowe. W tych częstotliwościach obserwowano wzrost temperatury złącza (sonotroda-narzędzie), jeśli oprawka nie była efektywnie chłodzona. Chłodzenie sprężonym powietrzem o ciśnieniu 6 bar pozwala chłodzić sonotrodę i wykonywać podczas chłodzenia pomiary wibrometrem laserowym. W pozostałym zakresie częstotliwości operacyjnych zjawiska cieplne nie występowały lub występowały w mniejszym stopniu niż w rezonansie.

Obserwowano, że wzrost temperatury złącza wpływa na wartości amplitudy drgań ultradźwiękowych narzędzia. Najmniejsze zmiany chwilowej wartości amplitudy występowały przy częstotliwościach pozarezonansowych, w których nie zanotowano wzrostu temperatury sonotrody. Wskazania wibrometru pozwalają stwierdzić, że

zmiany te nie są wtedy większe niż kilka do kilkunastu nanometrów. W częstotliwościach rezonansowej i okołorezonansowych zmiany amplitudy były większe i dochodziły podczas nagrzewania się sonotrody zwykle do kilku dziesiątych mikrometra, a w przypadku zastosowania chłodzenia powietrzem były stabilne w zakresie około 0,1 µm.

Zaobserwowane zjawiska oraz ich wpływ na amplitudę oscylacji pozwalają stwierdzić, że podczas obróbki można stosować częstotliwości inne niż rezonansowe, w zależności od specjalnych wymagań technologicznych (np. zastosowanie wspomagania ultradźwiękowego do mikro- i nanoobróbki, gdzie są wymagane względnie małe wartości przemieszczeń). Natomiast częstotliwości rezonansowe mogą być stosowane w przypadku procesów, w których wymagana jest jak największa amplituda drgań. Różnice występujące w wartościach amplitudy drgań osiowych, obserwowane podczas pomiarów dla tych samych danych wejściowych, mogą wynikać z przesuwania się plamki laserowej oraz niewielkich zmian wymiarów zachodzących dla oprawki narzędziowej (np. na skutek zmian temperaturowych sonotrody). Nie zmienia to jednak podstawowych wniosków z przeprowadzonych badań, które wskazują na: –– zależność wartości amplitudy od ustawionej częstotliwości operacyjnej, –– mniejsze zmiany wartości amplitudy w przypadku chłodzenia sonotrody sprężonym powietrzem (w szczególności dla częstotliwości, w których bez chłodzenia występują zjawiska cieplne), –– wpływ budowy falowodu na wartość częstotliwości rezonansowej.

Przeprowadzone badania pozwalają na dogłębną, przyszłą analizę wpływu parametrów ruchu oscylacyjnego procesu na jego wielkości wyjściowe (możliwa jest analiza, m.in. wpływu amplitudy na wartość sił procesowych, zużycie narzędzia i jakość obrabianej powierzchni).

Do badań wykorzystano aparaturę zakupioną w projekcie nr POPW.01.03.00-18-012/09 z Funduszy Strukturalnych w ramach Programu Operacyjnego Rozwój Polski Wschodniej współfinansowanego przez Unię Europejska ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego.

Bibliografia 1. Cong W.L., Pei Z.J., Mohanty N., Van Vleet E., Treadwell C., Vibration Amplitude in Rotary Ultrasonic Machining: A Novel Measurement Method and Effects of Process Variables, “Journal of Manufacturing Science and Engineering”, June 2011, Vol. 133, 034501-1-5.

2. Nazarko P., Ocena stanu konstrukcji. Detekcja uszkodzeń z zastosowaniem sztucznych sieci neuronowych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej 2010.

3. Porzycki J., Wdowik R., Możliwości 5-cio osiowego centrum ULTRASONIC 20 linear w zakresie badań hybrydowych procesów obróbkowych. Świat Obrabiarek, październik-grudzień 2012, 16–22.

4. Porzycki J., Wdowik R., Krupa K., Habrat W., Zastosowanie centrum obróbkowego Ultrasonic 20 linear do

badań procesu szlifowania ze wspomaganiem ultradźwiękowym. Mechanik, sierpień/wrzesień 2012, CD. 5. Spur G., Uhlmann E., Holl S.-E., Daus N.-A., Ultrasonic Machining of Ceramics. Handbook of Advanced Ceramics Machining (red. Ioan D. Marinescu), CRC Press Taylor & Francis Group, 2007, 327–353.

6. Ultrasonic Assisted Grinding of brittle hard materials, final technical report, CORNET project, Austria, April 2010.

LDV measurements of axial ascillatio ns amplitude of tools for ultrasonic assised machining processes Abstract: The article presents axial oscillations amplitude measurements of tools for ultrasonic assisted machining processes. Laser Doppler Vibrometer (LDV) is applied for these investigations.

Keywords: machining with ultrasonic assistance, laser vibrometer, amplitude of axial oscillations

Artykuł recenzowany, nadesłany 12.09.2013 r., przyjęty do druku 5.11.2013 r.

dr hab. Inż. Janusz Porzycki, prof. PRz Profesor nadzwyczajny na Wydziale Budowy Maszyn i Lotnictwa Politechniki Rzeszowskiej. Zainteresowania naukowe: zagadnienia budowy i eksploatacji maszyn. e-mail: jpor@prz.edu.pl

dr inż. Piotr Nazarko Adiunkt na Wydziale Budownictwa i Inżynierii Środowiska Politechniki Rzeszowskiej. Zajmuje się nieniszczącymi technikami wykrywania i oceny uszkodzeń oraz zastosowaniem metod sztucznej inteligencji. e-mail: pnazarko@prz.edu.pl

mgr inż. Roman Wdowik Asystent na Wydziale Budowy Maszyn i Lotnictwa Politechniki Rzeszowskiej.

Zajmuje się hybrydowymi procesami obróbki ubytkowej oraz eksploatacją maszyn CNC. e-mail: rwdowik@prz.edu.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

75

Nauka

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

Projektowanie urządzeń pomiarowo-sterujących zintegrowanych z systemem KNX Michał Porzeziński Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki

Streszczenie: W artykule przedstawiono zagadnienia dotyczące projektowania urządzeń automatyki budynków zgodnych ze standardem KNX. Opisano strukturę wewnętrzną urządzeń KNX i dokonano przeglądu specjalistycznych podzespołów służących do ich budowy. Przedstawiono również wymagania dotyczące certyfikacji urządzeń KNX oraz niezbędne narzędzia programistyczne. Na końcu podsumowano doświadczenia zdobyte podczas projektowania i testowania prototypu prostego mikroprocesorowego urządzenia pomiarowo-sterującego zintegrowanego z systemem KNX. Słowa kluczowe: System KNX, projektowanie urządzeń KNX, automatyka budynków

1. Wprowadzenie Duże zainteresowanie inwestorów rozproszonymi systemami automatyki budynków spowodowało pojawienie się na rynku wielu rozwiązań tego typu systemów. W większości są to jednak standardy zamknięte, cechujące się tym, że specyfikacja protokołu komunikacyjnego jest znana tylko producentowi. Na przeciwnym biegunie znajdują się standardy otwarte, których specyfikacja jest opublikowana w postaci międzynarodowych norm. Umożliwia to wielu producentom projektowanie i produkowanie współpracujących ze sobą urządzeń. Nad rozwojem standardów otwartych czuwają najczęściej specjalnie do tego celu powołane organizacje, których zadaniem jest również weryfikacja zgodności nowo produkowanych urządzeń ze standardem i przyznawanie odpowiednich certyfikatów zgodności. Otwartość standardów umożliwia projektowanie i wdrażanie nowych, często innowacyjnych rozwiązań przyczyniając się do ich szybkiego rozwoju [1]. Przykładem może być standard KNX wspierany przez organizację o tej samej nazwie, która obecnie skupia ponad 300 partnerów z 35 krajów będących przeważnie producentami urządzeń zgodnych z KNX oraz kilkudziesięciu partnerów naukowych [2].

Opracowanie nowego urządzenia zgodnego ze standardem KNX jest procesem złożonym wymagającym nie tylko znajomości samego standardu KNX, ale również specjalistycznych narzędzi programistycznych oraz podzespołów wykorzystywanych m.in. do budowy certyfikowanego stosu komunikacyjnego KNX. Wiedza z tym związana jest rozproszona i może być trudno dostępna dla osób i organizacji niebędących członkami organizacji KNX. W celu jej

76

przybliżenia przedstawiono doświadczenie zdobyte podczas budowy prototypu prostego urządzenia pomiarowo-sterującego zintegrowanego z systemem KNX. Prace zrealizowano w Laboratorium Zarządzania i Integracji Systemów Automatyki Budynków na Wydziale Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej, który jest również jednym z partnerów naukowych KNX. Zrealizowany projekt stanowi punkt wyjścia do budowy zgodnego ze standardem KNX czujnika zapewniającego bezpieczną transmisję danych na potrzeby systemu zdalnego nadzoru [3].

2. Zasady projektowania urządzeń zgodnych ze standardem KNX 2.1. System KNX

System KNX, znany wcześniej jako EIB (ang. European Installation Bus) jest rozproszonym systemem sterowania umożliwiającym realizację podstawowych funkcji systemu automatyki budynku, takich jak: sterowanie oświetleniem, żaluzjami, klimatyzacją oraz monitoring stanu urządzeń i wybranych wielkości fizycznych. KNX stanowi międzynarodowy standard ISO/IEC 14543-3 [4] spełniający również wymagania polskiej/europejskiej normy PN-EN 50090 [5], który jest rozwijany przez organizację KNX z siedzibą w Brukseli. Aktywne elementy systemu KNX komunikują się ze sobą za pomocą tzw. telegramów przesyłanych przez łączącą je dedykowaną sieć komputerową. Medium komunikacyjnym może być skrętka dwuparowa (TP1), sieć Ethernet (KNX/IP), sieć bezprzewodowa (KNX/RF) lub istniejąca linia elektroenergetyczna niskiego napięcia (PL).

Obecnie najtańszym i najbardziej niezawodnym sposobem komunikacji jest TP1 i w taki interfejs jest wyposażana większość dostępnych na rynku urządzeń.

Konfiguracja urządzeń KNX pracujących w trybie systemowym (S-mode), a obecnie taki tryb posiada zdecydowana większość dostępnych na rynku modułów, odbywa się zdalnie przez tę samą sieć komunikacyjną, która służy do wymiany danych w trakcie normalnej pracy systemu.

Do konfiguracji służy specjalny program ETS (ang. Engineering Tool Software) rozwijany i dystrybuowany przez organizację KNX, który pozwala na wgranie do wybranego modułu programu aplikacyjnego oraz powiązanie tzw. obiektów komunikacyjnych, odpowiadających m.in. fizycznym wejściom i wyjściom modułu, z obiektami komunikacyjnymi innych urządzeń. Z kolei oprogramowanie apli-

kacyjne jest opracowywane przez projektanta urządzenia i dostarczane w formie tzw. katalogu, który może zostać zaimportowany do bazy danych programu ETS i wykorzystany w projektach.

2.2. Urządzenie KNX

Podstawą działania każdego urządzenia KNX jest program aplikacyjny oraz stos komunikacyjny KNX wraz z odpowiednim systemem operacyjnym. System operacyjny realizuje określone w standardzie KNX usługi umożliwiające zdalne zarządzanie danym węzłem sieci KNX oraz zapewnia komunikację z programem aplikacyjnym za pośrednictwem tzw. obiektów komunikacyjnych będących zmiennymi odzwierciedlającym m.in. zadane wielkości sterujące oraz wielkości mierzone. Program aplikacyjny obsługuje z kolei interfejs pomiarowo-sterujący specyficzny dla danego urządzenia i wiąże zewnętrzne sygnały pomiarowo-sterujące z wartościami wewnętrznych obiektów komunikacyjnych (rys. 1).

Program aplikacyjny, wraz z zestawem obiektów komunikacyjnych, może być wgrany dopiero podczas zdalnej konfiguracji urządzenia, natomiast system operacyjny wraz ze stosem KNX stanowią część oprogramowania, która jest na stałe wbudowana w urządzenie. Od chwili powstania standardu KNX system operacyjny wciąż ewoluuje, co wiąże się z powstawaniem nowych tzw. wirtualnych modeli urządzeń, które definiują m.in. wielkość i miejsce umieszczenia w pamięci niezbędnych dla działania urządzenia KNX struktur danych. Wyznacznikiem wersji systemu jest tzw. „maska” – czterocyfrowy kod, który może być odczytany z urządzenia za pośrednictwem np. programu ETS (tab. 1).

Punktem styku między systemem operacyjnym KNX, a opracowywanym przez projektanta programem aplikacyjnym są zdefiniowane standardem KNX struktury danych.

Zawierają one m.in. informacje o obiektach komunikacyjnych oraz ich powiązaniach z adresami grupowymi wykorzystywanymi podczas transmisji telegramów. Większość tych struktur jest wypełniana wartościami dopiero podczas

procesu konfiguracji urządzenia dokonywanej zdalnie za pomocą programu ETS. Do najważniejszych struktur danych można zaliczyć: tablicę adresów, tablicę powiązań oraz tablicę obiektów komunikacyjnych (rys. 2). Szczegółowy opis budowy tablic można znaleźć w pracy [6].

Tablica obiektów komunikacyjnych zawiera informacje o typie i priorytecie danego obiektu komunikacyjnego oraz o ustawieniach jego znaczników (prawo do odczytu, prawo do zapisu, prawo do informowania o zmianie stanu itd.). Zawiera również wskazania do pamięci RAM systemu mikroprocesorowego, w której znajdują się struktury danych przechowujące aktualne wartości poszczególnych obiektów.

Tablica adresów jest strukturą zawierającą adres fizyczny modułu oraz adresy grupowe przypisane obiektom komunikacyjnym. Powtarzające się adresy grupowe zapisywane są tylko jeden raz, ponadto adresy muszą być posortowane w kolejności rosnącej.

Tablica powiązań służy z kolei do powiązania poszczególnych adresów grupowych z obiektami komunikacyjnymi, do których zostały przypisane w procesie konfiguracji całości systemu. W tablicy umieszczone jest zestawienie powiązań w postaci par: numer (offset) adresu z tablicy adresów oraz numer obiektu komunikacyjnego z tablicy obiektów.

Rys. 2. Tablice konfiguracyjne urządzenia KNX Fig. 2. The KNX device configuration tables Tab. 1. Wirtualne modele urządzeń KNX z interfejsem TP1 Tab. 1. Virtual models of the KNX devices with TP1 interface

Rys. 1. Struktura wewnętrzna typowego urządzenia KNX Fig. 1. The internal structure of the typical KNX device

Model

Maska

Uwagi

System 1

0010, 0011, 0012

Stosowany w modułach BCU1, ograniczone zasoby, maksymalnie 12 obiektów komunikacyjnych.

Nie jest stosowany w nowych urządzeniach

System 2

0020, 0021, 0025

Stosowany w BCU2 oraz BIM M13X (0025) możliwość obsługi ok. 64 obiektów komunikacyjnych

System 7

0701, 0705

Stosowany m.in. w modułach BIM M112, możliwość obsługi ok. 255 obiektów komunikacyjnych.

System B

07B0

Zalecany do urządzeń o bardzo dużej złożoności, możliwość obsługi do 65 536 obiektów komunikacyjnych

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

77

Nauka

Rys. 3. Widok okna programu KNX Manufacturer Tool Fig. 3. View of the KNX Manufacturer Tool window

Tablice te są podstawą działania systemu KNX. Przykładowo, w chwili zmiany wartości danego obiektu komunikacyjnego, który ma uprawnienia do transmisji (ustawiona flaga T) przeszukiwana jest tablica powiązań, znajdowany jest pierwszy adres grupowy związany z tym obiektem i na ten adres wysyłany jest telegram z nowym stanem obiektu.

W przypadku odebrania telegramu następuje sytuacja odwrotna. Przeszukiwana w pierwszej kolejności jest tablica adresów grupowych, a w przypadku znalezienia zgodnego adresu aktualizowane są stany wszystkich wewnętrznych obiektów powiązanych z danym adresem grupowym i posiadających zgodę na zapis nowej wartości (ustawiona flaga W).

Jak już wspomniano zawartość tablic jest przygotowywana przez program ETS na podstawie całości projektu i jest przesyłana w postaci binarnej podczas operacji wgrywania programu aplikacyjnego. Dzięki umieszczeniu ich w pamięci nieulotnej typu Flash, zapisane dane są pamiętane również po zaniku napięcia zasilania. W pamięci Flash umieszczony jest również wgrany kod maszynowy aplikacji oraz czytane przez tą aplikację dodatkowe parametry konfiguracyjne. Struktura binarna bloku zawierającego parametry konfiguracyjne jest dowolna i jest tworzona przez programistę projektującego daną aplikację. Musi być jednak znana w programie ETS, aby możliwie było ustawienie tych parametrów przez integratora systemu.

Kod maszynowy aplikacji wraz z wszystkimi informacjami o miejscu umieszczenia w pamięci wspomnianych struktur danych jest dostarczany przez producentów w postaci wpisu w tzw. katalogu (pliki *.knxprod lub *.vdx, gdzie x oznacza numer wersji), nazywanego dawniej wirtualnym urządzeniem KNX.

2.3. Program KNX Manufacturer Tool

Do utworzenia katalogu zawierającego programy aplikacyjne urządzeń oraz informacje potrzebne do ich konfiguracji niezbędny jest program KNX Manufacturer Tool. Program ten jest rozwijany przez organizację KNX i aktualnie jest dostępny tylko dla jej członków oraz partnerów naukowych. Początkowo był zintegrowany z programem ETS, a od wersji 4.0 stanowi niezależną aplikację bazującą na środowisku Microsoft Visio. Program stanowi na-

78

rzędzie umożliwiające wyspecyfikowanie obiektów komunikacyjnych, obszarów zawierających dane konfiguracyjne oraz parametrów, które są prezentowane integratorowi systemu w oknach dialogowych programu ETS podczas procesu konfiguracji urządzenia. Przygotowanie programu aplikacyjnego w postaci pliku wirtualnego urządzania wymaga zdefiniowania dostępnych obiektów komunikacyjnych i parametrów konfiguracyjnych oraz określenia ich adresów w pamięci mikrokontrolera (rys. 3). Konieczne jest również dostarczenie obrazu pamięci Flash z kodem maszynowym aplikacji w formacie S-Record oraz zdefiniowanie procedur ładowania dla programu ETS opisujących jakie bloki danych powinny być przesłane i w jakich miejscach pomięci przesłane bloki powinny zostać umieszczone.

Należy zaznaczyć, że wygenerowanie pełnowartościowego katalogu zawierającego wirtualne urządzenie, które może zostać zaimportowane do programu ETS jest możliwe dopiero po przejściu procedury certyfikacji i cyfrowym podpisaniu katalogu przez KNX. Ponadto, od momentu uzyskania certyfikatu nie jest już możliwe dokonywanie zmian mających wpływ na funkcjonalność urządzenia bez konieczności ponownej certyfikacji produktu. Do celów testowych możliwe jest natomiast wygenerowanie projektu programu ETS zawierającego opracowywane urządzenie.

Stanowi to furtkę umożliwiającą skonfigurowanie urządzenia i przetestowanie poprawności jego działania przed rozpoczęciem procedury uzyskania certyfikatu.

2.4. Procedura certyfikacji

Poprawność współdziałania modułów systemu KNX opracowanych i produkowanych przez różnych producentów wymaga ich pełnej zgodności ze standardem. Zgodność tą można potwierdzić przez uzyskanie w organizacji KNX odpowiedniego certyfikatu, który uprawnia m.in. do umieszczenia na produkowanym module logo KNX. Jak wcześniej wspomniano, uzyskanie certyfikatu jest również niezbędne do cyfrowego podpisania opracowanego pliku urządzenia wirtualnego przez organizację KNX. Zgodnie z wytycznymi KNX [2] procedura certyfikacji składa się z następujących faz: fazy wstępnej, rejestracji, testowania i certyfikacji.

Faza wstępna wiąże się z uzyskaniem statusu członka KNX, podpisaniem odpowiednich dokumentów dotyczących korzystania z własności intelektualnej i ewentualnym uzyskaniem certyfikatu jakości ISO-9001, jeżeli producent jeszcze go nie posiada.

Faza rejestracji polega na zarejestrowaniu nowego produktu. Pozwalana na tymczasowe używanie logo KNX oraz wygenerowanie katalogu produktu w programie KNX Manufacturer Tool. Umożliwia to wprowadzenie produktu na rynek, a producent ma 6 miesięcy na udowodnienie zgodności ze standardem. Jeżeli tego nie uczyni traci prawo używania logo KNX i jest zobligowany do wycofania produktu z rynku.

Faza testowania sprowadza się do uzyskania formalnego potwierdzenia zgodności produktu z wymaganiami standardu. Testowanie można przeprowadzić w jednym z akre-

dytowanych laboratoriów. Aktualna lista uprawnionych laboratoriów dostępna jest na stronie organizacji KNX [2].

Ostatnia faza polega na dostarczeniu do organizacji KNX dokumentacji przeprowadzonych testów i pozwala na ostateczne uzyskanie certyfikatu. Okresowo KNX ma prawo uzyskiwać próbki produktu i weryfikować ich zgodność ze standardem.

2.5. Certyfikowane podzespoły KNX

Projektując urządzenie KNX można wszystkie jego elementy składowe opracować od podstaw. W większości wypadków jest to jednak nieopłacalne, nie tylko ze względu na bardzo duże koszty samego projektu, ale również ze względu na wysokie koszty certyfikacji urządzenia. W przypadku prototypów i małych serii produkcyjnych dużo tańszym i szybszym rozwiązaniem jest użycie dostępnych certyfikowanych podzespołów i skupienie się na warstwie funkcjonalnej urządzenia. Przy takim podejściu podczas procesu certyfikacji szczegółowo badana jest tylko nowo dodana funkcjonalność.

Obecnie, w większości rozwiązań wykorzystuje się sprzętowy zintegrowany układ transceivera KNX, którego przykładem może być układ TP-UART [7]. Ten układ scalony, w zależności od trybu pracy, może realizować obsługę tylko warstwy fizycznej protokołu KNX lub także warstwy łącza danych odpowiedzialnej za wysyłanie ramek i weryfikację sum kontrolnych. Pozostałe warstwy protokołu są obsługiwane przeważnie na drodze programowej. Obecnie dostępne są gotowe stosy KNX w postaci oprogramowania na mikrokontrolery z rodziny: ATmega, MSP430, Nec78k0, ARM 7 oraz Cortex M0 i M3 [8]. Można również spotkać mikrokontrolery z fabrycznie wbudowanym stosem KNX oraz kompletne moduły wyposażone w mikrokontroler oraz transceiver KNX, takie jak np. BIM M13x, przeznaczone do wbudowania w docelowe urządzenie [7]. Niezależnie od przyjętego rozwiązania, za każdym razem konieczne jest opracowanie własnego programu aplikacyjnego i przygotowanie katalogu urządzenia dla programu ETS. Alternatywą jest wykorzystanie podzespołów wyposażonych w już gotowy uniwersalny program aplikacyjny, którego funkcjami można sterować za pośrednictwem poleceń wydawanych z poziomu nadrzędnego układu mikroprocesorowego. Przykładem takiego rozwiązania jest moduł

SIM-KNX [9], który komunikuje się z systemem nadrzędnym za pomocą prostych komend tekstowych wysyłanych za pośrednictwem interfejsu RS-232 lub USB. Wbudowany program aplikacyjny, w zależności od wersji modułu SIM-KNX obsługuje odpowiednio 128 lub 255 predefiniowanych obiektów różnych typów. Komendy umożliwiają konfigurację oraz zmianę stanu wybranych obiektów, co skutkuje wysłaniem odpowiednich telegramów do sieci KNX. W podobny sposób moduł informuje o zmianie stanu wewnętrznych obiektów na skutek odebrania telegramu z sieci KNX. Moduł może być konfigurowany również z poziomu programu ETS (przez magistralę KNX). Konfiguracja ta jest jednak bardzo ograniczona i sprowadza się do aktywowania/dezaktywowania predefiniowanych obiektów komunikacyjnych, ustawienia ich właściwości oraz powiązania ich z wybranymi adresami grupowymi. Moduł może również pracować w trybie transparentnym. Wówczas nie wystawia obiektów komunikacyjnych, pozwala natomiast na odbieranie i wysyłanie telegramów KNX, które są sygnalizowane systemowi nadrzędnemu w postaci odpowiednich komend tekstowych. Podobną do trybu transparentnego funkcjonalność można uzyskać również za pomocą gotowego modułu interfejsu RS-232/KNX obsługującego zdefiniowany w standardzie KNX protokół FT1.2.

2.6. Etapy projektowania urządzenia KNX

Proces projektowania urządzenia zgodnego ze standardem KNX można przedstawić w formie tabeli opisującej jego kolejne etapy (tab. 2). Opis dotyczy urządzeń budowanych od podstaw tzn. takich, dla których konieczne jest opracowanie dedykowanego programu aplikacyjnego. Należy zaznaczyć, że ostatni etap, jakim jest certyfikacja urządzenia, może być przeprowadzony tylko przez członków organizacji KNX, a przejście tego etapu ma sens dopiero przy wdrażaniu zaprojektowanego urządzenia do produkcji.

3. Prototyp urządzenia pomiarowo-sterującego Głównym celem budowy prototypu było przedstawienie procesu projektowania urządzenia pomiarowo-sterującego zintegrowanego z systemem KNX, które byłoby w pełni

Tab. 2. Etapy projektowania urządzenia KNX Tab. 2. KNX device development stages Etap

Wymagane narzędzia / zasoby

Rezultat

Wybór sprzętu oraz systemu operacyjnego KNX

Dostawcy zewnętrzni

Określony model urządzenia determinujący m.in. max. liczbę obiektów komunikacyjnych i adresów grupowych.

Opracowanie programu aplikacyjnego

Kompilator języka C dla wybranego mikrokontrolera oraz pliki nagłówkowe i biblioteki stosu KNX

Plik binarny zapisany w formacie S-Record zawierający kod maszynowy aplikacji i wymagane struktury danych.

Opracowanie katalogu urządzenia

Program KNX Manufacturer Tool, program ETS

Projekt programu ETS (*.pr5) zawierający już zaprojektowane urządzenie i umożliwiający jego pełne przetestowanie.

Certyfikacja urządzenia

Certyfikowane laboratoria, program KNX Manufacturer Tool

Katalog urządzenia w postaci docelowej (plik *.vd5 lub *.knxprod) importowanej przez program ETS.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

79

Nauka

Rys. 4. Schemat prototypu urządzenia KNX Fig. 4. Schematic of the prototype of the KNX device

funkcjonalnym węzłem KNX oraz ocena związanych z tym procesem trudności i ograniczeń. Dlatego, aby zachować przejrzystość projektu, przyjęto, że prototyp będzie bardzo prostym układem pomiarowo-sterującym wyposażonym w dwa wejścia binarne oraz dwa wyjścia binarne. Założono, że projektowanie bardziej skomplikowanego układu będzie się opierało na tych samych zasadach.

Schemat poglądowy urządzenia przedstawiono na rys. 4.

Urządzenie to, jak każdy moduł standardu KNX, oprócz linii pomiarowo-sterujących ma przycisk serwisowy (PS) oraz diodę serwisową (SL), które są wykorzystywane w trakcie konfiguracji do nadania adresu fizycznego oraz do celów diagnostycznych. Urządzenie w całości zasilane jest z magistrali komunikacyjnej KNX. Przyjęto, że z punktu widzenia systemu KNX moduł będzie zawierał cztery jednobitowe obiekty komunikacyjne typu DPT 1, z których pierwsze dwa będą powiązane z wejściami modułu, a pozostałe dwa z wyjściami. Stany wyjść powinny odzwierciedlać stan związanych z nimi obiektów komunikacyjnych i zmieniać się w chwili odebrania telegramu zmieniającego ich stan. Z kolei zmiana stanu każdego z wejść powinna skutkować wysłaniem telegramu informującego o nowym stanie. Telegramy o stanie każdego z wejść powinny być również wysyłane okresowo co zadany okres czasu.

Dodatkowo założono, że z poziomu programu ETS będzie istniała możliwość ustawienia następujących parametrów: włączenia/wyłączenia negacji stanu dla każdego z wejść i wyjść, określenie okresu wysyłania stanu dla każdego z wejść modułu oraz domyślny stan każdego z wyjść ustawiany po zaniku i ponownym włączeniu zasilania.

Po przeanalizowaniu możliwości układu SIM-KNX budowę prototypu ostatecznie oparto na zestawie ewaluacyjnym BIM M13x Evaluation Board, który pozwala na zbudowanie w pełni funkcjonalnego urządzenia KNX. Zestaw zawiera w sobie odpowiednik modułu BIM M132 (mikrokontroler NEC 78F0537 wraz z układem TP-UART) oraz dodatkowe złącza umożliwiające wgrywanie i śledzenie wykonywania programu za pomocą interfejsu NEC Minicube. Zestaw uzupełniono prostym modułem wejść/wyjść w postaci przycisków i diod święcących podłączonych do interfejsu pomiarowo-sterującego umożliwiającym testowanie poprawności działania układu (fot. 1). Na fotografii

80

wyróżniono podłączenie magistrali KNX TP1 (A), układ TP-UART wraz z niezbędnymi elementami dyskretnymi (B) oraz mikrokontroler obsługujący system operacyjny KNX wraz z programem aplikacyjnym (C). Elementy te stanowią urządzenie pomiarowo-sterujące z rys. 4, do którego dołączono zadajnik/sygnalizator stanu linii interfejsu pomiarowo-sterującego (D).

Do opracowania programu aplikacyjnego wykorzystano środowisko programistyczne IAR Embedded Workbench zawierające m.in. kompilator języka C dla mikrokontrolerów z rodziny NEC 78K. Posłużono się również pakietem oprogramowania BIM-Tools zawierającym narzędzia pomocnicze umożliwiające m.in. wygenerowanie szablonu programu aplikacyjnego i ułatwiającym integrację z systemem operacyjnym KNX. W oparciu o powyższe narzędzia opracowano w języku C aplikację realizującą założone funkcje. W ramach tej aplikacji w obszarze pamięci Flash zdefiniowano określone standardem KNX tablice danych konfiguracyjnych oraz dodatkową tablicę parametrów określających sposób działania aplikacji. Przewidziano w niej miejsce na określone w założeniach parametry konfiguracyjne (6 pól bitowych reprezentujących dane binarne oraz dwa pola 8-bitowe reprezentujące liczby całkowite z zakresu 0–255).

Opracowany program został skompilowany i zapisany do pliku w formacie S-record. W programie Manufacturer Tool utworzono katalog urządzenia zawierający utworzony program oraz definicje parametrów konfiguracyjnych aplikacji i obszarów struktur danych wypełnianych danymi przez program ETS. Urządzenie zostało, z zadowalającym wynikiem, przetestowane pod kątem poprawności działania oraz poprawności współpracy z programem ETS. Widok okna konfiguracji zaprojektowanego urządzenia widocznego w programie ETS pokazano na rys. 5.

Największą trudnością na jaką napotkano podczas projektowania i uruchamiania układu było zapewnienie poprawnego przenoszenia parametrów konfiguracyjnych ustawianych w programie ETS do pamięci urządzenia. Trudność ta wynikała z konieczności precyzyjnego określenia

Rys. 5. Widok okna konfiguracji urządzenia w programie ETS Fig. 5. View of the device configuration window in ETS program

do tego celu narzędzi, mimo otwartości systemu, wymaga członkostwa w organizacji KNX, co wiąże się z koniecznością wnoszenia odpowiednich opłat.

Bibliografia

Fot. 1. Widok prototypu urządzenia Phot. 1. View of the device prototype

miejsca umieszczenia zdefiniowanych danych (często rozmiarze 1 bitu) w pamięci mikrokontrolera, co z kolei wymagało bardzo dobrej znajomości wpływu ustawień kompilatora oraz linkera na strukturę binarną wynikowego programu.

4. Podsumowanie i wnioski Analiza wymagań standardu KNX, dostępnych na rynku podzespołów i narzędzi oraz doświadczenie zdobyte podczas budowy prototypu urządzenia KNX pokazały, że możliwe są dwie zasadnicze metody integracji urządzenia pomiarowo-sterującego z siecią KNX. Najprostsza metoda polega na użyciu gotowego modułu sprzętowego z wbudowanym uniwersalnym programem aplikacyjnym, który komunikuje się z częścią pomiarowo-sterującą układu za pomocą odpowiednich poleceń przesyłanych np. łączem szeregowym.

Tego typu rozwiązanie umożliwia szybkie wykonanie projektu oraz daje pełną dowolność w zakresie wyboru nadrzędnego mikrokontrolera, języka programowania oraz kompilatora. Niestety, nie pozwala na dowolność w wyborze parametrów konfiguracyjnych, które są zdeterminowane przez istniejący program aplikacyjny. Tym samym takie rozwiązanie nadaje się głownie do budowy prototypów i nietypowych urządzeń, które mogą być konfigurowane w niestandardowy sposób np. lokalnie.

Do budowy w pełni funkcjonalnego urządzenia KNX, w którym liczba i typ obiektów komunikacyjnych oraz zestaw parametrów konfiguracyjnych nie są z góry narzucone, konieczne jest użycie programowego stosu KNX i opracowanie współpracującego z nim programu aplikacyjnego. Zwykle ogranicza to znacznie możliwość wyboru mikrokontrolera, kompilatora i środowiska uruchomieniowego. Wymaga też znajomości szczegółów użytego systemu operacyjnego KNX i posiadania dodatkowych narzędzi, takich jak KNX Manufacturer Tool.

Największym ograniczeniem dla potencjalnego producenta jest jednak konieczność certyfikowania nowoopracowanego urządzenia. Dopiero wtedy uzyskuje on bowiem techniczną możliwość wygenerowania tzw. katalogu urządzenia będącego standardowym sposobem rozpowszechniania programu aplikacyjnego, który można zaimportować do bazy danych programu ETS. Dostęp do niezbędnych

1. Kastner W., Neugschwandtner G., Soucek S., Newmann H.M., Communication Systems for Building Automation and Control. Proceedings of the IEEE, vol. 93, 2005, 1179–1203.

2. [www.knx.org] – oficjalna strona internetowa organizacji KNX, data odczytu 24.09.2013.

3. Porzeziński M., Koncepcja metody bezpiecznej transmisji danych w sieci KNX na potrzeby systemu nadzoru, „Pomiary Automatyka Robotyka”, nr 10/2013, 96–101.

4. ISO/IEC 14543-3: Information technology – Home Electronic Systems (HES), 2007–2013.

5. PN-EN 50090: Domowe i budynkowe systemy elektroniczne (HBES), 2002–2012.

6. Sauter T., Dietrich D., Kastner W., EIB Installation Bus System, Siemens AG, Berlin and Munich, 2001.

7. [www.opternus.com/en/opternus-components.html] – Opternuts Components, data odczytu 8.10.2013.

8. [www.weinzierl.de/index.php/en/all-knx/knx-stacks-en] – KNX Stacks, data odczytu 8.10.2013.

9. Serial interface module KNX documentation v. 1.3, Tapko Technologies GmbH, 2010.

The development of measurement and control devices integrated with KNX system Abstract: This paper presents the issues concerning developing the building automation devices compatible with the KNX standard. The internal structure of KNX and a review of specific components used for their construction were described. The requirements for certification of KNX devices and the necessary programming tools were also presented. At the end the experiences gained during the developing and testing of the prototype of a simple control measuring device integrated with KNX system were summarized.

Keywords: KNX system, KNX device developing, building automation Artykuł recenzowany, nadesłany 12.11.2013 r., przyjęty do druku 25.11.2013 r. dr inż. Michał Porzeziński Adiunkt w Katedrze Automatyki Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej. Jego zainteresowania naukowe dotyczą zagadnień związanych z projektowaniem komputerowych systemów pomiarowo-sterujących oraz rozproszonych systemów automatyki budynków ze szczególnym uwzględnieniem problemów niezawodności i bezpieczeństwa. e-mail: mporz@ely.pg.gda.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

81

Nauka

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

Problemy diagnozowania zaworów maszyn tłokowych Piotr Bielawski Katedra Diagnostyki i Remontów Maszyn, Akademia Morska w Szczecinie

Streszczenie: Wskazano na znaczenie zaworów jako zespołów funkcjonalnych maszyn. Podniesiono problem obsługiwania zaworów maszyn. Za jedną z przyczyn utrudnionego obsługiwania uznano brak metodyki diagnozowania zaworów. Wymieniono stosowane metody diagnozowania zaworów maszyn tłokowych i wskazano ich ograniczenia. Scharakteryzowano zawory maszyn pod względem konstrukcyjnym. Zbudowano model zaworu maszyn tłokowych i przedstawiono siły działające na ruchomy element zaworu.

Opisano uszkodzenia oraz procesy zużywania elementów zaworów. Przedstawiono profile przylgni grzybków zaworów uszkodzonych w wyniku zużycia tribologicznego. Wykazano wpływ zużycia tribologicznego grzybka i gniazda na wartość skoku zaworu. Przedstawiono przebiegi drogi i przyspieszenia grzybka zaworu w funkcji kąta obrotu wału korbowego. Opisano związki między skokiem zaworu i siłą uderzenia grzybka o gniazdo zaworu. Scharakteryzowano warunki termodynamiczne w szczelinie między grzybkiem a gniazdem zaworu i opisano erozję kawitacyjną w zaworach pomp. Dokonano analizy wpływu uszkodzeń i procesu zużywania na przebiegi sił działających na elementy zaworu. Wykazano, że sygnały wibroakustyczne można uznać za sygnały związane ze stanem technicznym elementów zaworu. Zbudowano model dynamiczny zaworu i przedstawiono drogi propagacji sygnałów wibroakustycznych. Przedstawiono potencjał wibroakustycznych metod diagnozowania zaworów: przedstawiono możliwości diagnozowania na podstawie sygnałów drganiowych i z wykorzystaniem sygnału emisji akustycznej. Wykazano, że związki między uszkodzeniem i sygnałem wibroakustycznym zależą od drogi propagacji sygnału i fazy pracy zaworu.

Słowa kluczowe: uszkodzenia zaworów maszyn tłokowych, siły działające na elementy zaworu, diagnozowanie maszyn tłokowych, model zaworu, sygnały wibroakustyczne, sygnały drganiowe, emisja akustyczna

1. Wprowadzenie Podczas użytkowania zawory ulegają niedającemu się wyeliminować zużyciu, które pogarsza jakość ich funkcjonowania. Zawory są zespołami funkcjonalnymi niezbędnymi do realizacji procesów roboczych w wielu urządzeniach i maszynach. Jakość funkcjonowania

82

urządzeń zależy od jakości funkcjonowania zaworów.

Utrzymanie i podwyższanie jakości funkcjonowania zaworów sprowadza się do wykrywania bądź identyfikacji uszkodzeń elementów zaworów (wykrywania zużycia o formie i wartości istotnie zmieniających jakość funkcjonowania zaworu) i eliminacji tych uszkodzeń przez naprawę lub wymianę uszkodzonych elementów.

W praktyce identyfikacja stanu zaworów jest trudna ze względu na brak odpowiedniej metodyki identyfikacji. Brak ten wynika głównie z dużej różnorodności rozwiązań konstrukcyjnych zaworów, różnych obszarów ich zastosowań i obciążeń. Celem niniejszego artykułu jest ukazanie problemów wibroakustycznej identyfikacji stanu elementów zaworów maszyn tłokowych.

2. Diagnozowanie zaworów: stosowane metody i ich ograniczenia W przebiegach wielkości związanych z jakością funkcjonowania danej maszyny ukryty jest wpływ jakości zaworów. Wnioskowanie o jakości zaworu na podstawie przebiegu wybranej miary jakości maszyny napotyka na szereg problemów: – jakość funkcjonowania maszyny opisywana jest za pomocą wielu wielkości; – nie wszystkie wielkości są mierzalne (ich pomiar jest uzasadniony prawnie i ekonomicznie); – mierzona w danym przypadku wielkość może być mało wrażliwa na zmianę jakości funkcjonowania zaworu; – w praktyce wykorzystywane są: –– ciśnienia medium w komorze roboczej maszyny w funkcji kąta obrotu/czasu [1, 2]. Dużym problemem jest tu pomiar ciśnienia: brak miejsca na kanały łączące przetwornik ciśnienia z komorą, negatywny wpływ kanału na objętość „szkodliwą” itp. Ponadto pomiar ciśnienia zakłóca z reguły przebieg procesu roboczego; –– prędkości kątowe wału maszyny w funkcji kąta obrotu/czasu (nierównomierność biegu maszyny/ nierównomierność prędkości obrotowej wału maszyny tłokowej, np. [3]). Prędkość kątowa

Rys. 1. Siły działające na elementy zaworu: Fzew – siła zewnętrzna działająca na elementy ruchome, Fspr – siła sprężystości sprężyny, FT – siła tarcia między trzonkiem i prowadnicą, FB – siła bezwładności elementów ruchomych, FH – siła hydrodynamiczna w szczelinie, Fst – siła strumienia płynu, FG – siła ciężkości, smax – skok zaworu; 1 – trzonek, 2 – prowadnica, 3 – sprężyna, 4 – tarcza zaworu (płytka, grzybek), 5 – szczelina płytka–gniazdo, 6 – gniazdo, 7 – korpus zaworu Fig. 1. The forces acting on the valve components: Fzew – external force acting on movable elements, Fspr – restoring force of a spring, FT – friction force between the valve stem and guide, FB – intertial force of moving elements, FH – hydrodynamic force in the gap, Fst – force of the stream of liquid, FG – earthpull, smax– valve lift; 1 – stem, 2 – guide, 3 – spring, 4 – valve disk (plate, head), 5 – plate – valve seat gap, 6 – valve seat, 7 – valve housing

miarę sygnału wibroakustycznego. Ponadto zorientowane są na wybrane uszkodzenie zaworu wybranej maszyny. Nie mają one charakteru utylitarnego ważnego dla wszystkich rodzajów zaworów wszystkich rodzajów maszyn tłokowych.

3. Zawór maszyny tłokowej Istnieje wiele rozwiązań konstrukcyjnych zaworów.

Zawory dzieli się: –– ze względu na sposób sterowania: –– zawory samoczynne: zawory sterowane płynem lub ciśnieniem płynu; –– zawory ze sterowaniem zewnętrznym: –– sterowane mechanizmem krzywkowym; –– zawory sterowane elektronicznie (z zaworem elektromagnetycznym); –– ze względu na położenie komory roboczej maszyny (przestrzeni uszczelnianej) względem zwrotu kierunku elementu ruchomego podczas zamykania zaworu: –– zawory, w których ciśnienie w komorze roboczej zwiększa siłę zamykającą zawór: zawory silników spalinowych ze sterowaniem zewnętrznym; –– zawory, w których ciśnienie w komorze roboczej przeciwdziała ruchowi zamykającemu: zawory samoczynne sprężarek i pomp (w przypadku sprężarek i pomp większe ciśnienie występuje w przestrzeni za zaworem tłocznym niż w komorze w chwili zamykania zaworu); –– ze względu na rodzaj czynnika roboczego: –– zawory dla gazu i zawiesiny cząstek stałych i ciekłych w gazie; –– zawory dla cieczy i zawiesiny cząstek stałych w cieczy oraz cieczy z rozpuszczonym gazem;

Fzew 1

2 FT

Fspr

FT

Fspr

3 Fst

FB

Fst

4 5

s

zależy od przebiegu ciśnień w komorach i od przebiegu momentów tarcia w mechanizmie tłokowo-korbowym. Stan zaworów ma wpływ tylko na ciśnienia w komorach. Ponadto skuteczność diagnozowania zależy od miejsca pomiaru prędkości; –– momenty obrotowe wału maszyny w funkcji kąta obrotu/czasu. Pomiar momentu jest trudny, a problemy przy wnioskowaniu diagnostycznym są podobne do tych przy wnioskowaniu na podstawie prędkości kątowej.

Wymienione problemy skłaniają badaczy do poszukiwania metod diagnozowania wykorzystujących sygnały wibroakustyczne. Istnieje wiele doniesień wskazujących na istnienie związków stan zaworu – symptom wibroakustyczny. Przykładowo: 1. W [3] badano związki przyspieszenia drgań głowicy silnika w kierunku pionowym w funkcji kąta obrotu dla dobrego i uszkodzonego zaworu (pęknięcie zmęczeniowe zaworu wylotowego pierwszego cylindra – brak fragmentu elementu zamykającego). Zarejestrowano wzrost wartości amplitud w zakresie wyższych częstotliwości w porównaniu z drganiami głowicy dla dobrego zaworu.

2. W [4] wskazano na związki zmiany stanu sprężyny w wyniku pękania sprężyny z widmem drgań korpusu silnika: następuje wzrost amplitudy „częstotliwości drgań własnych sprężyny zaworu” wraz z rozwojem pęknięcia.

3. W [5] wykazano eksperymentalnie związki uszkodzeń sprężyny i płytki zaworu sprężarki ze zmianą wartości szczytowej drgań korpusu zaworu: pęknięcia sprężyny i pęknięcia płytek powodowały spadek wartości szczytowej drgań głowicy sprężarki.

4. W [2] i [6] wskazano na związki między nieszczelnością zaworu i sygnałem emisji akustycznej.

Doniesienia literaturowe dotyczące związków sygnał wibroakustyczny – stan zaworu mają charakter przyczynkowy – potwierdzają, najczęściej eksperymentalnie, istnienie wpływu pewnej cechy stanu zaworu na pewną

Fspr FH

Fspr Fst

FB

Fst

FH

6

7

FG

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

83

Nauka

–– ze –– –– –– ––

względu na przeznaczenie: zawory sprężarek tłokowych: wlotowe, wylotowe; zawory pomp tłokowych: wlotowe, wylotowe; zawory silników spalinowych: wlotowe, wylotowe; zawory specjalne, np.: wtryskiwacze silników spalinowych (zawór pompy tłokowej); –– ze względu na kształt elementu zamykającego: płytka, stożek, kulka, pierścień, listwa, płytkowa sprężyna itp.

Od zaworów wymaga się: –– możliwie długiego czasu życia; –– powtarzalności i niezawodności działania; –– szczelności (jak najmniejszych przecieków) w stanie zamkniętym; –– małych strat ciśnienia w stanie otwartym (małych oporów przepływu); –– diagnozowalności (możliwości wykrywania uszkodzeń); –– szybkiego otwierania i zamykania; –– możliwości szybkiej ich wymiany.

Decydujące o czasie życia zaworu są: jego odporność na zużycie, diagnozowalność i naprawialność.

Na potrzeby niniejszej publikacji wprowadzono model konstrukcyjny zaworu maszyny tłokowej.

Modelowy zawór maszyny tłokowej (rys. 1) składa się z następujących podstawowych elementów: –– korpusu (7): może stanowić oddzielny element lub integralną część głowicy maszyny, może posiadać ogranicznik wzniosu elementu ruchomego; –– gniazda (6), w którym są wykonane kanały prowadzące płyn oraz odpowiednio ukształtowane powierzchnie uszczelniające (przylgnie): mogą być oddzielnym elementem wbudowanym w korpus zaworu lub integralną jego częścią; –– ruchomego elementu – tarczy (4) zamykającego i otwierającego kanały w gnieździe; –– sprężyny (3) dociskającej tarczę elementu ruchomego do gniazda. Sprężyna jest napięta wstępnie, może mieć formę sprężyny walcowej naciskowej lub płytki z płaskimi piórami; –– pary prowadzącej element zamykający: trzonek zaworu (1) + prowadnica (2): wykonanie od smarowanego olejem dokładnego łożyska prowadzącego poprzez tarczę zaworu umieszczoną na tulei prowadząco-ustalającej do całkowitego braku takiej pary.

Powierzchnia styku ruchomego elementu zamykającego i gniazda powinna być: – mała ze względu na szczelność; – duża ze względu na odprowadzanie ciepła.

Podczas pracy zaworu, na element zamykający działają następujące siły: – siły strumienia płynu roboczego Fst, siły strumienia można obliczyć metodami numerycznymi z równania przepływów; – siły bezwładności elementu ruchomego FB [7]: FB = (mV + mS/3) (–aV)

gdzie: mV – masa ruchomego elementu zaworu;

84

(1)

mS – masa sprężyny (uwzględnia się tu 1/3 masy sprężyny); aV – przyspieszenie elementu zamykającego/ruchomego zaworu.

– siła sprężystości sprężyny Fspr jest proporcjonalna do wzniosu elementu zamykającego zaworu hV : –

Fspr = Fspr 0 + Cspr hV

(2)

gdzie: Fspr 0 – napięcie wstępne sprężyny (siła, z jaką element ruchomy dociśnięty jest do gniazda zaworu); Cspr – stała sprężyny; – siła ciężkości elementu ruchomego FG [7], siła ciężkości jest w przybliżeniu stała, ponieważ gęstość otaczającego płynu zmienia się nieznacznie (bardzo mało);

G

=

ρmat − ρpłyn ( ρmat

V

+

spr

)

(3)

– siła tarcia elementów prowadzących FT ; – siła zewnętrzna wymuszająca ruch zaworu Fzew.

Wypadkowa sił działających na element ruchomy zaworu determinuje ruch elementu zamykającego.

4. Uszkodzenia i zużywanie zaworów 4.1. Uszkodzenia zaworów

Uszkodzenia zaworów są skutkiem kolektywu obciążeń działających podczas użytkowania na elementy zaworów.

Istnieje bogata literatura dotycząca opisów uszkodzeń zaworów. Opisy uszkodzeń dotyczą konkretnych rozwiązań konstrukcyjnych i zastosowań. Przykładowo w [8] zamieszczono opisy uszkodzeń zaworów silników spalinowych i zaworów wtryskowych, w [9] dokonano opisu uszkodzeń zaworów tłokowych pomp wtryskowych (rozpylaczy zaworów wtryskowych silników spalinowych).

Elementy zaworów ulegają różnym rodzajom zużycia.

Waga poszczególnych rodzajów zużycia, jak również współdziałanie poszczególnych mechanizmów zużycia, mimo bogatej literatury tematu, nie są jeszcze jednoznacznie wyjaśnione. Poniżej dokonano zestawienia obrazów uszkodzeń poszczególnych elementów zaworu.

Uszkodzenia sprężyn: – pęknięcia zmęczeniowe na skutek cyklicznych obciążeń i błędów wykonania i wad materiału; – relaksacja naprężeń w materiale i zmiany struktury materiału w wyniku działających obciążeń.

Uszkodzenie tarczy elementu ruchomego: – ubytki materiału z powierzchni przylgni na skutek zużycia tribologicznego, erozyjnego i korozyjnego;

Rys. 2. Profil przylgni grzybka zaworu uszkodzonego w wyniku zużycia tribologicznego. Linia ciągła – profil początkowy tarczy nieuszkodzonej Fig. 2. Profile of valve head seat damaged as a result of tribological wear. The solid line – starting profile of the intact valve head

1

α γ

2

β

Rys. 3. Gniazdo i grzybek zaworu silnika spalinowego; 1 – grzybek, 2 – gniazdo, α – kąt wierzchołkowy stożka tarczy, β – kąt wierzchołkowy stożka gniazda, dla α >β γ = (β – α)/2 (na podstawie [10]) Fig. 3. Valve seat and valve head of combustion engine; 1 – valve head, 2 – valve seat, β – apex angle of the valve head cone, β – apex angle of the valve seat cone for α >β γ = (β – α)/2 (based on [10]) 1

2

∆s

∆s max

Rys. 4. Przyrost skoku Δs w zaworach o stożkowych powierzchniach uszczelniających; 1 – tarcza, 2 – gniazdo Fig. 4. Increase in valve lift Δs in a valves with conical sealing surfaces; 1 – valve head, 2 – valve seat

– rujnowanie powierzchni przylgni na skutek obecności cząstek stałych podczas zamykania zaworu; – pęknięcia zmęczeniowe mechaniczne i cieplne (nieszczelne przyleganie tarczy do gniazda oraz zbyt duży luz pary trzonek – prowadnica utrudniają odprowadzanie ciepła i zwiększają obciążenie cieplne); – lokalne ubytki fragmentów tarczy na skutek erozji (np. gazowej: przepalenie grzybka) poprzedzonej wystąpieniem błędów geometrii i kinematyki, zanieczyszczeń lub skaz powierzchni; – zmiany struktury materiału w wyniku działających obciążeń.

Uszkodzenie gniazda: – ubytki materiału z powierzchni przylgni i rujnowanie powierzchni przylgni na skutek: –– zużywania tribologicznego: na skutek uderzenia powstaje zużycie gruzełkowe i łuszczenie; na skutek sprężystej deformacji tarczy zaworu pod wpływem dużych ciśnień strumienia płynu powstają mikroruchy między gniazdem i tarczą a następstwem mikroruchów jest zużycie ścierne i adhezyjne; w przypadku zaworów z wymuszonym obrotem tarczy twarde osady na tarczy powodują bruzdy obwodowe na przylgni gniazda; –– erozji: cząstkami stałymi i ciekłymi w gazie, kawitacją w cieczy. Cząstki stałe mogą powstawać np. w wyniku zbyt obfitego smarowania; –– korozji np.: korozja siarkowa, korozja wysokotemperaturowa; – lokalne ubytki fragmentów gniazda na skutek erozji (np. gazowej: przepalenie) poprzedzonej wystąpieniem błędów geometrii gniazda lub tarczy, błędów kinematyki tarczy, zanieczyszczeń w szczelnie, skaz powierzchni zarówno gniazda, jak i tarczy; – gromadzenie się zanieczyszczeń: w przypadku płynów zanieczyszczonych może dochodzić do gromadzenia i osadzania się zanieczyszczeń w kanałach przepływowych w tym w gniazdach zaworów. Skutkiem jest spadek sprawności zaworu i maszyny, nieplanowane wyłączenia maszyny; – zmiany struktury materiału gniazda; – mechaniczne i cieplne pęknięcia w materiale gniazda.

Uszkodzenie trzonka: – zużycie tribologiczne w części prowadzącej; – pęknięcia zmęczeniowe trzonka. Przyczyny: –– drgania w urządzeniu sterującym zaworem; –– przeciążenie obrotami (zbyt dużymi siłami masowymi); –– dodatkowe zginanie trzonka na skutek oscylacji bocznych elementu ruchomego wywoływanych nierównomiernym zużyciem lub błędami wykonania elementów zaworu.

Uszkodzenie prowadnicy: – ubytki materiału na skutek zużycia tribologicznego; – zacieranie/zużycie adhezyjne na skutek zbyt małego luzu, błędu położenia, niedostatecznego smarowania; Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

85

Nauka

– zatarcie na skutek zanieczyszczenia cząstkami stałymi np. „zakoksowanie”.

4.2. Zużywanie zaworów

Najszybciej zużywającymi się fragmentami elementów poprawnie wykonanych zaworów są przylgnie stożków gniazda i tarczy wysoko obciążonych zaworów.

Badano obrazy zużycia wymienionych elementów uszkodzonych zaworów. Przykładowe profile stożkowej tarczy zaworu – tworzącej stożka dokładnie prowadzonych zaworów silników spalinowych przedstawiono na rys. 2.

Na rys. 3 przedstawiono kąty wierzchołkowe stożków gniazda i tarczy zaworu czterosuwowego okrętowego silnika spalinowego. Gniazdo i tacza nieobciążonego zaworu mają styk punktowy i z tribologicznego punktu widzenia tworzą węzeł nieprzystający. Postępujące zużycie powierzchni stożkowych powoduje przesuwanie się punktu styku tak jak to przedstawiono na rys. 4. Skutkiem zużycia jest wzrost wartości skoku elementu ruchomego.

Przesuwanie się punktu współpracy wzdłuż tworzącej gniazda zaworu wtryskowego zilustrowano w [9].

Z termodynamicznego punktu widzenia para gniazdo – element zamykający tworzy szczelinę o wysokości zależnej od fazy pracy zaworu: wysokości zmieniającej się od zera (zawór zamknięty) do wartości maksymalnej (zawór otwarty). W szczelinie, zgodnie z prawem Bernulliego, następuje spadek ciśnienia statycznego na skutek wzrostu ciśnienia dynamicznego tzn. na skutek wzrostu prędkości strumienia płynu. Skutkiem może być zużycie erozyjne. W przypadku cieczy możliwa jest dodatkowo erozja kawitacyjna elementów zaworu.

Według [7] w zaworach pomp: – podczas otwierania zaworu zjawisku kawitacji towarzyszy chwilowe „przyklejanie” się tarczy zaworu do gniazda, a po oderwaniu się tarczy od gniazda element ruchomy ulega przyspieszeniu i system element ruchomy – sprężyna sprzężona wraz z otaczającym ściśliwym płynem zaczyna wykonywać tłumione drgania; – powiększająca się wysokość szczeliny powoduje nieproporcjonalnie duży spadek strat ciśnienia i implozję pęcherzyków kawitacyjnych. Obszar zużycia charakteryzuje się kruchością materiału i ma kształt pierścienia przy zewnętrznej krawędzi gniazda zaworu; – podczas zamykania zaworu, przy określonych warunkach pracy zaworu, uderzenie podciśnienia spowodowane kawitacją może przyspieszać ruch elementu zamykającego i tym samym wielokrotnie zwiększać energię zamykania zaworu; – przy zamkniętym zaworze z powodu istniejącej różnicy ciśnień, płyn może przepływać przez szczeliny (nieszczelności) spowodowane błędami wykonania lub zużyciem zaworu. Powstające wysokie prędkości strumienia przecieku mogą prowadzić do kawitacji

86

przepływowej w kanałach nieszczelności i do powiększania kanałów nieszczelności.

5. Skutki zużycia elementów zaworu Uszkodzenia elementów zaworu powodują zmianę przebiegu i wartości sił działających na elementy zaworów, zmianę właściwości mechanicznych materiału elementów oraz nieszczelność zaworu.

Siły strumienia płynu roboczego Fstr: – przecieki przez zawór zmniejszają wartość siły, – procesy termodynamiczne w szczelinie zaworu modyfikują przebieg siły.

Siły bezwładności elementu ruchomego FB : – zużycie elementów ruchomych powoduje niewielkie ubytki masy i spadek siły, – możliwy jest wzrost masy na skutek zanieczyszczeń i wzrost siły.

Siła sprężystości sprężyny: – zmiany struktury materiału sprężyny, pęknięcia zmęczeniowe, deformacje trwałe zmieniają charakterystykę sprężyny i zmniejszają tak siłę napięcia wstępnego, jak i tę zależną od skoku, – zużycie powierzchni gniazdo – tarcza elementu ruchomego może w niektórych przypadkach konstrukcyjnych zwiększać skok zaworu z jednoczesnym zmniejszeniem napięcia wstępnego sprężyny.

Powoduje to zmniejszenie wartości siły sprężystości w położeniu „zawór zamknięty”.

Siła tarcia elementów prowadzących FT : – siła tarcia jest iloczynem współczynnika tarcia i siły poprzecznej/prostopadłej do kierunku ruchu zaworu w prowadnicy zaworu. Dodatkowa siła tarcia może być skutkiem ruchu względnego między tarczą i gniazdem zaworu powodowanego błędami prowadzenia elementu ruchomego; – w prowadnicy zaworu współczynnik tarcia zależny jest od luzu i jakości smarowania. Zużycie tribologiczne i erozyjne powoduje wzrost współczynnika tarcia. Duży wzrost współczynnika – zacieranie trzonka w prowadnicy (zużycie adhezyjne) nastąpić może na skutek zbyt małego luzu, błędu położenia lub niedostatecznego smarowania. Bardzo duży wzrost – zatarcie trzonka w prowadnicy może być wynikiem „zakoksowania” – unieruchomienia cząstkami stałymi; – siła poprzeczna wynika z błędów prowadzenia elementu ruchomego na skutek zużycia tribologicznego i deformacji. Może być też wynikiem przenoszenia sił z mechanizmu sterującego na element ruchomy i jest charakterystyczna dla budowy tego mechanizmu.

Siła zewnętrzna wymuszająca ruch zaworu Fzew: – warunkiem szczelnego zamknięcia zaworu jest to, ażeby siła zewnętrzna w momencie zamykania zaworu miała wartość równą zeru. Na przebieg siły zewnętrznej może mieć wpływ zużycie powierzchni

Skok / droga ( −) (+) 0

Przyspieszenie ( −) (+) 0

elementu ruchomego stykającej się z elementem sterującym; – w przypadku zaworów ze sterowaniem kształtowym między elementem ruchomym zaworu a organem sterującym (wymuszającym ruch) musi istnieć wystarczający luz, który nie powinien być likwidowany wydłużeniem cieplnym ruchomego elementu [8]. Gdy wartość tego wstępnego luzu stanie się zbyt duża (na skutek zużycia tribologicznego), czas otwarcia zaworu ulega niepożądanemu skróceniu (spadek mocy), a cały mechanizm rozrządu działa hałaśliwie i ulega przedwczesnemu zużyciu. Jeszcze bardziej niekorzystny jest luz za mały (np. na skutek deformacji termicznych).

Wypadkowa siła FW działająca na element ruchomy w momencie zamykania zaworu: –– chwilowa wartość przyspieszenia zależy od chwilowych wartości sumy sił działających na ruchomy element.

Zmierzone przebiegi przyspieszenia i skoku elementu ruchomego zaworu silnika spalinowego przedstawiono w [11]. W momencie zetknięcia gniazda i tarczy podczas zamykania przyspieszenie zmienia znak i siła bezwładności sumuje się z siłami sprężystości i strumienia, rys. 5;

OZ

ZZ

K ąt obrotu wału

Rys. 5. Przyspieszenie i droga trzonka zaworu silnika spalinowego: OZ – otwarcie zaworu, ZZ – zamknięcie zaworu (na podstawie [11]) Fig. 5. Acceleration and travel of the combustion engine valve stem: OZ – opening the valve, ZZ – closing the valve (based on [11])

– podczas zamykania dochodzi do uderzenia tarczy zaworu o gniazdo zaworu. Siła uderzenia jest sumą siły wypadkowej działającej na element ruchomy w chwili uderzenia i siły zależnej od masy m elementu ruchomego i prędkości Vk elementu ruchomego w chwili zderzenia [12]. Prędkość elementu ruchomego wynika z reguły, że praca S⋅FW zużyta zostaje na wzrost energii kinetycznej masy m elementu ruchomego:

S ⋅ FW = m Vk2/2

(4)

– równomierne zużycie materiału powierzchni przylgni i/lub powierzchni tarczy skutkuje wzrostem skoku elementu ruchomego, nierównomierne zużycie może skutkować przeciekami lub wprowadzać dodatkowe siły boczne zwiększające siły tarcia. Równomierne zużycie zaworów płaskich powoduje nieznaczny wzrost skoku. W przypadku elementów stożkowych wzrost skoku jest zauważalny; – wzrost wartości skoku S powoduje wzrost prędkości uderzenia. Przebieg siły uderzenia zależy z kolei od zależnego od zużycia stanu zderzających się materiałów tarczy i gniazda. Wzrost wartości skoku S powoduje, że przy zamkniętym zaworze siła napięcia wstępnego sprężyny zmniejsza się, co może opóźnić moment zamknięcia zaworu; – duża energia uderzenia przy małej sile sprężystości może skutkować odbiciem tarczy od gniazda i ponownym uderzeniem; – według [13] rozkład energii uderzenia jest zależny od położenia tarczy względem gniazda w chwili kontaktu, co zdeterminowane jest jakością prowadzenia: –– tarcze bez specjalnego prowadzenia ustawiają się z reguły nierównolegle i niewspółśrodkowo względem gniazda, co skutkuje działaniem siły uderzenia na mniejszą powierzchnię. Nierównoległość i niewspółśrodkowość zależą ponadto od sztywności sprężyny: większa sztywność to mniejsze odchyłki położenia; –– prowadzone tarcze wykazują również odchyłki położenia względem gniazda, odchyłki te są zależne od luzu między elementami prowadzącymi i od długości prowadzenia; –– w zaworach o stożkowych powierzchniach przylegania, odchyłki położenia powodują, że tarcza uderza najpierw ograniczoną powierzchnią o gniazdo a następnie przesuwa się z udziałem tarcia we właściwe docelowe położenie.

6. Potencjał wibroakustycznych metod diagnozowania zaworów Cechą charakterystyczną zaworów jest to, że: – przekrój czynny zaworu (przekrój szczeliny) jest mniejszy od przekroju kanałów przed i za. Przepływ przez szczelinę wiąże się z rozpraszaniem energii

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

87

Nauka

w postaci fali sprężystej. Emisja akustyczna jest emisją okresową od otwarcia do zamknięcia zaworu; – element zamykający zaworu wykonuje ruchy oscylacyjne – drgania oraz uderza o gniazdo zaworu.

Drgania elementu zamykającego przenoszone są na korpus zaworu a uderzenie jest źródłem drgań przejściowych korpusu.

6.1. Sygnały drganiowe zaworu

Zawór można zastąpić dwumasowym modelem, rys. 6.

Tłumienie C1 jest skutkiem działania siły tarcia między powierzchniami prowadzącymi. Tłumienie C2 i sztywność k3 mają znaczące wartości podczas zamykania zaworu – blisko gniazda i są zależne od właściwości płynu roboczego i właściwości materiałów tarczy i gniazda (k3, C2 zależą od stanu powierzchni gniazda i tarczy). Tak zamodelowany zawór ma dwie częstotliwości drgań własnych: częstotliwość drgań własnych elementu ruchomego – m2 i częstotliwość drgań własnych sprężyny – m1 (możliwe są drgania rezonansowe sprężyny), które ulegają zmianie w wyniku zużycia (zmiany sztywności, masy i tłumienia).

Siła sprężystości i siła tłumienia działa zarówno na ele-

k1 x1

C1

m1 k2

x2 m2

k3

C2

Rys. 6. Dwumasowy model zaworu maszyny tłokowej: k1, k2 – sztywność sprężyny zaworu, m1 – masa sprężyny zaworu, C1 – tłumienie na skutek tarcia, m2 – masa elementu ruchomego, k3 – sztywność zastępcza będąca wypadkową sztywności materiału gniazda i płynu znajdującego się miedzy tarczą zaworu i gniazdem (nośność strumienia płynu), c2 – tłumienie na skutek wyciskania płynu ze szczeliny oraz histerezy materiałów gniazda i tarczy, x1, x2 – droga drgań masy sprężyny i elementu ruchomego Fig. 6. Two-mass model of the piston engine valve: k1, k2 – valve spring rates, C1 – damping due to friction, m2 – mass of the movable element, k3 – equivalent spring rate resultant from the valve seat material stiffness and liquid between the valve head and the seat (bearing capacity of the stream of liquid), c2 – damping due to extrusion of the liquid from the gap and hysteresis of the valve seat and head materials, x1, x2 – vibration paths of the spring mass and the moving element

88

ment ruchomy jak i nieruchomy. Może generować drgania korpusu.

6.2. Sygnał emisji akustycznej

Rodzaje i przyczyny emisji akustycznej przedstawiono w [14]. W przypadku zaworów źródłami emisji akustycznej są: – tarcie między elementami prowadzącymi; – przepływ w szczelinie; – kawitacja w szczelinie; – nieszczelności zaworu: wypływ płynu z kanałów nieszczelności.

Zawory znajdujące się w stanie zdatności charakteryzują się pewnym poziomem emisji akustycznej.

Uszkodzenie zaworów powoduje wzrost intensywności lub pojawienie się emisji w innym zakresie częstotliwości.

Fakt, że emisja spowodowana nieszczelnością występuje w czasie, kiedy zawór jest zamknięty, istotnie ułatwia jej wykorzystanie: – według [2] istotna zmiana wartości miary sygnału ciśnienia w komorze roboczej pompy następuje przy nieszczelności powodującej spadek sprawności pompy o 10 %, podczas gdy istotne zmiany sygnału emisji akustycznej mierzonej na korpusie zaworu pojawiają się już przy 1 % spadku sprawności; – według [6] za pomocą sygnału emisji mierzonej za pomocą przetwornika piezoelektrycznego zamocowanego na korpusie zaworu możliwe jest wykrywanie przecieków, które nie przekroczyły jeszcze 2,5 % wydatku pompy.

7. Zakończenie Różnorodność budowy i obciążeń zaworów maszyn tłokowych uzasadnia konieczność utworzenia modeli uniwersalnych, ważnych dla każdego zaworu. Modele takie pozwalają na syntezę wiedzy cząstkowej zdobytej na przypadkach szczegółowych (konkretne rozwiązanie konstrukcyjne, konkretny rodzaj uszkodzenia).

Istnieją cztery fazy pracy zaworu (otwieranie, faza otwarcia, zamykanie, faza zamknięcia) i trzy drogi propagacji sygnałów wibroakustycznych zawierających informacje o stanie technicznym elementów zaworu: sprężyna – korpus, tarcza – gniazdo – korpus, szczelina – gniazdo – korpus. Sygnały przenoszone tymi drogami różnią się od siebie zarówno przebiegiem czasowym, jaki i zakresem częstotliwości oraz wrażliwością na poszczególne uszkodzenia.

Cechą stanu zaworu przekładającą się bezpośrednio na jakość zaworu jest szczelność zaworu w stanie zamknięcia.

Czasowo wyselekcjonowany (faza zamknięcia) sygnał emisji akustycznej powstający na drodze szczelina – gniazdo – korpus jest proporcjonalny do przecieków: pojawia się wraz z pojawieniem się przecieków.

Pozyskanie informacji o uszkodzeniach elementów zaworu nieskutkujących bezpośrednio przeciekiem wymaga wykorzystania sygnałów pozostałych dróg propagacji i przedziałów czasowych selekcji. Podobnie w przypadku zaworów, w których przeciek następuje do komory roboczej maszyny.

Bibliografia 1. Schmidt H., Indizierung von Kolbenverdichtern – ein Werkzeug zur Optimierung und zur Zustandsdiagnose, „Industriepumpen + Kompressoren“ 1/2000, 11–16.

2. Kohlhase N., Sauter M., Condition Monitoring Systeme für oszillierende Membranpumpen, „Industriepumpen + Kompressoren“ 4/2004, 164–168.

3. Madej H., Diagnozowanie uszkodzeń układu wymiany ładunku silnika spalinowego SI metodami wibroakustycznymi, „Przegląd Mechaniczny” 4/2009, 37–41.

4. Orend B., Meyer I., Schadensfrüherkennung mittels Körperschall, „MTZ“ 05/2009, Jahrgang 70, 386–391.

5. Białek P., Bielawski P., Vibration signals of reciprocating compressor valves, XXXIII Sympozjum Siłowni Okrętowych SymSo’12, AM Gdynia 22–23.11.2012 r., s. 17 streszczenie + CD (2012).

6. Nägel H., Hermetisch dichte Slurrypumpe mit automatischer Überwachung der Förderventile, „Industriepumpen + Kompressoren“ 1/2004, 10–13.

7. Schlücker E., Blendinger S., Schade O., Verschleiß durch Kavitation in Ventilspalt fluidgesteuerter Ventile, „Tribologie + Schmierungstechnik“ 55/2008, Jahrgang 3, 28–31.

8. Greuter E., Zima S., Motorschäden. Schäden an Verbrennungsmotoren und deren Ursachen. Vogel, Würzburg 2000.

9. Bielawski P., Raunmiagi Z., Tribological wear of Diesel engine atomisers, XXXIII Sympozjum Siłowni Okrętowych SymSo’12, AM Gdynia 22–23.11.2012 r., s. 17 streszczenie + CD (2012).

10. MAN B&W: Operating manual for diesel engines type L48/60. Augsburg 1994.

11. Schwarz D., Bach M., Fuoss K., Messungen der Ventiltriebsdynamik am befeuerten Verbrennungsmotor, „MTZ“ 06/2009, Jahrgang 70, 480–487.

12. Bielawski P., Elementy diagnostyki mechanizmów tłokowo-korbowych maszyn okrętowych. Studia Nr 39, WSM, Szczecin, 2002.

13. Vetter G., Biegner A., Schallemission durch selbsttätige Ventile oszillierender Verdrängerpumpen, „Industriepumpen + Kompressoren“ Heft 3/1999, 167–174.

14. Bielawski P., Diagnozowanie z wykorzystaniem emisji akustycznej, V Krajowa Konferencja Naukowo-Tech­ niczna: 17–20.09.2001 r., Łagów Lubuski „Diagnostyka Procesów Przemysłowych, DPP’01”, 523–526.

Problems of reciprocating machine valve diagnostics Abstract: The importance of the valves as functional units of machine is pointed out. The problem of the valves maintenance is raised. One of the causes of the difficult maintenance is a lack of methodology of valve diagnosing. The methods used for valve diagnosing in piston machines and their limitations are listed.

Machine valves are characterized in terms of design. Based on a created model of piston machine valve, the forces acting on the moving part of the valve are shown. Damage to valves and the processes of valve wear are described. The profile of valve head seat damaged as a result of tribological wear is shown.

The influence of tribological wear valve head seat and valve seat on the value of valve lift is shown. The velocity and displacement of engine valve stem as a function of the crankshaft angle of rotation is presented. The relationships between valve lift and the impact force acting between the valve head seat and valve seat is described. Thermodynamic conditions in the gap between the valve head seat and valve seat is characterized.

Cavitation erosion in pump valves is described. Besides, the influence of damage and wear on the forces acting on valve elements is analyzed. It has been found that vibroacoustic signals may be considered as signals associated with the technical condition of the valve. A dynamic model shows ways of propagation of vibroacoustic signals. The potential of vibroacoustic methods of diagnosing of valves: the ability to diagnose using vibration signals and acoustic emission is shown. It has been proved that relationships between the damage and vibroacoustic signal depend on the path of signal propagation and the phase of valve operation.

Keywords: damage to reciprocating machine valves, forces acting on valve elements, diagnosing of reciprocating machines, valve model, vibroacoustic signals, vibration signals, acoustic emissions

Artykuł recenzowany, nadesłany 24.06.2013 r., przyjęty do druku 12.11.2013 r.

prof. dr hab. inż. Piotr Bielawski Profesor w Katedrze Diagnostyki i Remontów Maszyn Akademii Morskiej w Szczecinie. Tematyka prac naukowych: metody i środki kontroli jakości elementów maszyn, montaż i ocena jakości montażu, diagnozowanie maszyn z mechanizmem tłokowo-korbowym, analiza uszkodzeń, obsługiwanie maszyn okrętowych. e-mail: p.bielawski@am.szczecin.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

89

Nauka

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

Application of data fusion for welding process diagnostics Marek Fidali, Wojciech Jamrozik Institute of Fundamentals of Machinery Design, Silesian University of Technology

Abstract: Arc welding is commonly applied in industry. Assessment of welded joints quality is one of crucial tasks especially in automated applications. Welding parameters like current, voltage, etc., are used very often in welding process diagnostics, but using single signals is not so effective in describing of welding conditions. Research in use of data fusion techniques for welding process diagnostics is presented in this paper. Signal and decision level methods were taken into consideration. The results of the research confirm that the proposed approach has potential for further practical application.

Data fusion techniques combine data from multiple sensors to reduce the uncertainty and the amount of redundant information preserving relevant information, in the form of a single artificial signal at the same time.

The main objective of the research was to verify advantages of the selected data fusion techniques in identification of the welding process faults.

Keywords: welding, diagnostics, signal processing, data fusion

Multisensor data fusion is a domain of science consisting in synergistic combination of data from multiple sensors in order to obtain new data. More reliable and accurate information can be extracted from the new data than could be acquired by processing data from single sensors separately.

Data fusion techniques integrate knowledge from different domains of science, like control theory, signal processing, artificial intelligence, probability, statistics, etc. Three categories of data fusion can be distinguished: 1. Data (signal) level fusion – combines the raw data from multiple source signals into a single one; 2. Feature level fusion – requires extraction of different features from the source data – before features are merged together; 3. Decision level fusion – combines results from multiple algorithms to yield a final fused decision.

Multisensor data fusion is applied in military and non-military areas, such as remote environmental monitoring, medical diagnosis, automated monitoring of equipment, robotics, automotive systems [9], monitoring of manufacturing processes and condition-based maintenance of complex machinery [10, 11]. Different multisensor data fusion approaches was also applied for monitoring of arc welding process. It was shown in [3] that multisensor information fusion technology can effectively utilize information from different sensors and yield better result than a single sensor could provide.

In the paper multisensor data fusion was considered on the data and decision levels.

1. Introduction Welding is a process of joining of two materials (usually metals) permanently and is widely used in various branches of industry. The key target of application of the welding process is to obtain welded joint whose properties are acceptable in context of quality requirements specified in welding standards (ISO 3834). Different destructive and non-destructive methods may be employed for quality control of welded joints.

Automation of welding in many branches of industry caused that methods for non-destructive testing for on-line welded joint quality assessment are subject of many research and industrial applications since many years. On-line assessment of welded joints assumes that welding process can be treated as a dynamic, complex and uncertain system [1], whose inputs are all adjustable welding parameters (e.g. current, arc voltage, wire feed rate, travel speed) and outputs are the quality features of the welded joint connected with properties of the weld and Heat Affected Zone (HAZ). Under such assumption, quality of welded joint can be assessed and controlled in the on-line mode on the based on various process diagnostics strategies [2]. Measuring and monitoring of welding parameters is the solution of welding process assessment which is very effective and applied often. Welding parameters are a source of specific and often complementary information on the realized process. Taking that into account one can conclude that simultaneous analysis of several process signals can increase detectability of the welding process faults rather than analysis of each signal separately.

Data fusion techniques can be used to perform mutual analysis of the signals gathered during the welding process.

90

2. Multisensor Data Fusion

2.2. Fusion of Welding Process Signals

Data level fusion can be realized in different ways, which depend very often on the nature of data. In case of arc welding, process signals like voltage and current can be fused based on the physical characteristics of welding process like linear welding energy E(t) [12] and welding resistance R(t).

These characteristics affect the welded joint properties and are defined in following way: E(t ) =

I(t )U(t )

v(t )

(1)

U(t )

I(t )

(2)

R(t ) =

where: E(t) – linear welding energy [J/m], R(t) – welding resistance [Ω], U(t) – arc voltage [V], I(t) – welding current [A], v(t) – welding speed [m/s].

2.2. Fusion of Welding State Classifiers

Classifier fusion in general is a process similar to data fusion. It can be realized on three levels of abstraction: on the label level, on the rank level and on the measurement level. Among simple label level methods, the majority voting has the well-established position. This simple method gives good results in cases of simple voting and plurality.

For small and even number of classifiers, it is problematic to apply majority voting, because removing of classifiers is demanded to avoid ties, which prevents decision making.

From a practical point of view, measurement level is the most interesting one. On this fusion level, the classifiers give answers in a form of the continuously valued degrees of support for each of the labelled class used. Several methods, containing the registration and aggregation stages, are elaborated and successfully applied in many areas.

This type of methods uses the simple arithmetical operators, such as: average, minimum, maximum, product, etc., to fuse classifiers outputs. The main question is, which operator is the best one for the specific problem? The mean and product operators are the most intensively studied ones and it is known the mean might be less precise, but is a more stable combiner. When the conflicted classifier

outputs are considered, simple averaging could result in total confusion. From the variety of class-indifferent methods, those based on the Dempster-Shafer theory (DST) of evidence, having clear mathematical foundations, are those most popular.

Classifier fusion was applied for recognition of welding conditions in a way shown in fig. 1.

In the paper, for purposes of classifier fusion, the Dezert-Smarandache theory (DSmT), being an extension of DST was used. Using the DSmT based method, the classifier outputs had to be converted into a Basic Belief Assignment (BBA). Identified classes, describing process conditions {S1, S2, ..., Sn} (in general denoted as {q1, q2, ..., qn}) create an exhaustive set Q called frame of discernment. The hyper power set DQ is defined on all elements of Q using Ç and È operators [7]. There are no constraints regarding the exclusivity of Q elements.

The Basic Belief Assignment (BBA) is a quantitative expression of the belief committed to the elements of DQ denoted m(.). It is defined by mapping of the hyper power set DQ onto 0,1 where: m(⌀) = 0 and ∑ X ∈D Θ m (X ) = 1.

X is a valid subset of Q defined in DQ . Element with m(X) > 0 is called a focal element. General belief (Bel) and plausibility (Pl ) functions are defined as follows:

Bel(Y ) =

∑

Pl(Y ) =

∑

m( X )

(3)

m( X )

(4)

X ∈D Θ ,X ⊆Y ,X ≠∅

X ∈D Θ ,X ∩Y ,X ≠∅

Within the DSmT aggregation of BBAs is mainly made by use of one of the Proportional Conflict Redistribution (PCR) rules. The most sophisticated one is the rule PCR5 and its generalization – PCR5 rule which could be applied to more than 2 sources of evidence [8]. This rule allows the

Fig. 1. Scheme of classifier fusion algorithm applied for recognition of welding instabilities Rys. 1. Schemat algorytmu fuzji klasyfikatorów zastosowanego w rozpoznawaniu nieprawidłowości procesu spawania Tab. 1. Nominal welding parameters Tab. 1. Nominalne parametry spawania Welding current [A]

Arc voltage [V]

Welding speed [cm/mm]

Wire feed rate [m/min]

Shield gas flow [l/min]

Wire tip outlet [mm]

240

25

32

7.4

15

15

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

91

Nauka

redistribution of conflict to all elements of D Q involved in the conflict proportionally to their masses (BBAs), so the mass is redistributed locally nor globally as it is in the case of classic Dempster’s rule of combination [6]. The PCR6 rule for M sources of evidences, when X Î D Q, X ¹Æ, X is defined by the following expression:

M −1   mσ i ( j )( Bσ i ( j ) ) ∏   M j =1   mPCR 6( X ) = mc( X ) + ∑ i =1 m i( X )2 ∑ M − 1 B ∩ X ≡∅ M −1 I σi ( k ) m (X) +  k =1 m ( B ) Θ M −1 ∑ i ( j ) ( j ) σ σ ( Bσi ( 1 ) ,K,Bσi ( M − 1 ) ) ∈( D ) i i   j =1

where mc is the conjunctive rule and si is a factor denying situation that i = j. The result of the PCR6 rule is an aggregated BBA representing the joint belief level that is put on each labeled class. Such BBA is a basis for taking the diagnostic decision, which for purposes of presented research was made using the following rule:

A = arg max Bel( X ) X ∈Θ

(6)

It can be noticed that decisions are only made for elements of Q not for subsets of Q that are in DQ.

2.3. Active Diagnostic Experiments

In order to verify advantages of data fusion for diagnostic purposes of the arc welding process, series of active diagnostics experiments were carried out.

The experiments were performed using the laboratory stand (fig. 2) equipped with the microprocessor controlled welding machine (WS) Castolin TotalArc 5000, wire feeder (WF), table with trolley for rectilinear welding and measurement system consisting of: sensors for voltage measurement (V), current (A), trolley speed (v) and gas flow (G), connected to the signals conditioning module (D), computer with installed multichannel data acquisition card and the own software for the LabVIEW environment.

During the welding, plates made of steel S235JR (EN 10027-1) with dimensions of 300 mm ´ 150 mm ´ 5 mm

Fig. 2. Experimental setup Rys. 2. Schemat stanowiska badawczego

92

were joined. The edges of plates were bevelled at the angle of a = 60° and the offset between them was b = 1.0 mm.

For welding purposes, a solid electrode wire with a diameter of 0.2 mm (Castolin CastoMag 45255) and the M21 shield gas (82 % Ar + 18 % CO2) were used. Nominal welding parameters are presented in tab. 1.

(5)

Different welding process conditions were simulated during the experiments. This made it possible to record a collection of signals for 8 different process conditions classified as follows: S1 – correct welding process, S2 – welding with decay of the shielding gas flow, S3 – welding of the plates with distinct outbreaks of atmospheric corrosion on the welded surfaces, S4 – welding of plates with irregularities of the plate edges from side of the weld root, S5 – welding with deviation of current, S6 – welding of plates with different offset intervals, S7 – welding with deviation of voltage, S8 – welding of the plates with improper welding groove geometry.

Experiments for the same condition class were repeated several times. It was necessary to build the classifiers.

3. Estimation of Signals and Identification of Welding State Signals acquired during the experiment were fused on the value level according to eq. 1 and eq. 2. New signals can be regarded as coming from the new, virtual sensors.

Process signals of welding current I(t) and arc voltage U(t), as well as new signals E(t) and R(t) were estimated using 16 statistical estimators such as mean value, RMS, standard deviation, kurtosis, skewness etc. Exemplary plots of welding current and voltage, as well as results of its fusion, and resistance signal are presented in figures 3 and 4,

Fig. 3. Exemplary plots of welding voltage and current signals Rys. 3. Przykładowe przebiegi sygnałów napięcia i prądu spawania

In the second scenario, the normalized membership distribution, easy to obtain from k-NN classifier, was assumed to be the sufficient estimate of belief distribution made by a single classifier.

3.2. Comparison of Classifier Efficiencies

Fig. 4. Plot of resistance signal calculated on the basis of signals presented in fig. 3 Rys. 4. Przebieg sygnału rezystancji spawania wyznaczonego na podstawie sygnałów zaprezentowanych na rys. 3

respectively. Kurtosis of process signals was considered as an important indicator of arc stability, as well as mode of metal transfer in arc welding [4, 5]. Kurtosis is a statistical parameter that indicates the sharpness or smoothness of a signal distribution compared to the normal distribution. The normal distribution has the kurtosis value of three. Kurtosis is defined as follows:

K =

µ4 = σ4

(

1 n 1 n

n

∑ (y − y ) ∑ (y − y ) ) n

i =1

4

i

i =1

2

2

(7)

i

where m4 is the fourth moment about the mean and s is the standard deviation.

3.1. Classification of Welding State

Features of the considered signals were used for classification of the welding process conditions. Each condition class of welding process was represented by at least 8 examples, thus the classification was carried out using a k-Nearest Neighbours classifier, where the number of neighbours was assumed to be k = 7. Estimation of the classification efficiency was done using the leave-one-out classifier error estimation technique. In this method the whole available feature set, containing N elements was divided into two separate subsets. The training subset contained N-1 elements, whereas, only one element was included into the test subset. The process of learning and testing of the classifier was performed N times, so that each of the examples can be found in the test set. The classification accuracy measure acc was the relative number of correct classifications calculated using the following formula:

acc =

ncorrect

N

(8)

where: ncorrect – is the number of correctly classified test examples representing a particular class of welding condition, N – total number of test examples considered and representing a particular class of welding condition.

Two classification scenarios were taken into consideration: – use of one classifier, that is working on patterns utilizing one or more types of features, – use of several classifiers working on patterns consisting one, different for each classifier, type of feature. Classifier outputs were transformed into BBAs and next aggregated using the PCR6 rule (classifier fusion).

The aim of the research was to compare classification results obtained for welding process signals considered separately and after fusion on value and information levels. Table 2 shows results of classification for the kurtosis of voltage C{KU} and current C{KI} signals considered separately. Additionally, classification results for space of features of both signals C{KI; KU} was presented in the last row. It can be easily seen that the results are poor. Classifier considering kurtosis values of current signals allows only to recognize two simulated welding conditions (S5 and S6) in satisfactory way.

In case of arc voltage signals, results of classification are not that much better. Mutual consideration of feature spaces of both signals allowed recognition of more condition classes.

Unfortunately, the mean classifier efficiency is worse than it was for the independent signals features. Very poor classification performances result from the small number of examples, as well as from the strong influence of random noise in the considered signals.

Results of classification for feature space of signals fused on the value level, are presented in table 3. A slight (more than 15 %) growth of mean classifier efficiency for separately considered spaces can be noticed. The significant increase of the mean classifier efficiency is observed in case of the mutually considered feature spaces of fused signals C{KE;KR}.

Although results of classification for the fused signals are better, one can observe that some simulated classes of conditions are still not recognizable (S2, S4).

Classification efficiencies determined for estimated signals of welding process, as well as their fused versions were fused on the information level. Tab. 4 shows classification results for the fused classifiers of features of process signals F{C{KI};C{KU}} and fused signals F{C{KE};C{KR}} and all considered classifiers. In comparison to results obtained for signals considered independently, only fusion of classifiers of energy and resistance F{C{KE};C{KR}} yielded better results. Fusion of all classifiers did not increase mean classification efficiency, but recognisability of welding process conditions was improved. From eight states only one remains unrecognised (S4).

Due to properties of information fusion method, improvement of classifier fusion is possible by the use of classifiers trained over the diverse signal features. It is known that diversity of evidence sources is desirable for fusion on information level. The source of evidence can be specified by series of transformations from the physical source of signal through estimation method and the applied classifier. Therefore, supplementing the feature space with the new signal features could lead to additional and complementary information.

In table 5 results are presented of classifier fusion after considering the additional and commonly known RMS signal features. One can notice a significant increase of the overall classifier efficiency in case of fusion of classifiers working on the basis of kurtosis and RMS values of arc voltage signal.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

93

Nauka

Tab. 2. Classification results for estimated welding voltage and current signals Tab. 2. Wyniki klasyfikacji uzyskane na podstawie cech sygnałów prądu i napięcia Classified features

Welding conditions

macc

S1

S2

S3

S4

S5

S6

S7

S8

C{KI}

0.00

0.17

0.00

0.00

0.86

0.67

0.00

0.00

0.21

C{KU}

0.82

0.00

0.00

0.00

0.86

0.33

0.57

0.00

0.32

C{KI ;KU}

0.27

0.50

0.14

0.00

1.00

0.33

0.00

0.00

0.28

Tab. 3. Classification results for estimated welding heat input and welding resistance signals Tab. 3. Wyniki klasyfikacji uzyskane na podstawie cech sygnałów energii liniowej spawania i rezystancji spawania Classified features

Welding conditions

macc

S1

S2

S3

S4

S5

S6

S7

S8

C{KE}

0.45

0.00

0.43

0.00

0.00

0.33

0.29

1.00

0.31

C{KR}

0.73

0.00

0.14

0.00

1.00

0.50

0.57

0.00

0.37

C{KE ;KR}

0.55

0.00

0.57

0.00

1.00

0.50

0.43

0.86

0.49

Tab. 4. Classification efficiencies after fusion of considered welding signals on information level Tab. 4. Sprawności klasyfikacji po operacji fuzji klasyfikatorów sygnałów procesu spawania na poziomie informacji Classified features

Welding conditions

macc

S1

S2

S3

S4

S5

S6

S7

S8

F{C{KI};C{KU}}

0.73

0.00

0.14

0.00

0.86

0.33

0.29

0.14

0.31

F{C{KE};C{KR}}

0.82

0.00

0.57

0.00

0.71

0.33

0.57

1.00

0.50

F{C{KI};C{KU};C{KE};C{KR}}

0.64

0.17

0.14

0.00

0.71

0.50

0.57

0.43

0.40

Tab. 5. Results of classifiers fusion after considering additional signals features Tab. 5. Wyniki fuzji klasyfikatorów po uwzględnieniu dodatkowych cech sygnałów procesowych Classified features

Welding conditions S2

S3

S4

S5

S6

S7

S8

F{C{KU};C{RMSU}}

0.82

0.50

0.43

0.29

1.00

0.33

0.71

1.00

0.64

F{C{KU};C{RMSI}}

0.73

0.50

0.86

0.00

0.86

0.33

0.29

0.71

0.53

F{C{KI};C{RMSI}}

0.45

0.17

0.29

0.14

0.86

0.17

0.00

0.00

0.26

F{C{KE};C{KR}}

0.82

0.00

0.57

0.00

0.71

0.33

0.57

1.00

0.50

F{C{KR};C{RMSR}}

0.55

0.67

0.43

0.00

1.00

0.00

0.00

1.00

0.46

F{C{KE};C{RMSE}}

0.55

0.00

0.71

0.43

0.43

0.17

0.29

0.86

0.43

In this case, all conditions of welding process were recognisable. The worst results were noticed for classifiers of feature space of welding current signal. In the case of energy and resistance signals, application of additional estimators did not improve classification efficiency.

4. Summary Presented results demonstrate that application of data fusion on different levels can improve noticeably effectiveness of identification of the welding process conditions.

94

macc

S1

Classification accuracies obtained using classifier fusion are higher than those calculated taking into consideration single classifiers trained over feature space of the fused and not fused signals. It must be mentioned that features chosen for the member classifiers in fusion process should be heterogeneous to assure high classification efficiency.

Moreover, character of estimated signals has a significant influence on classification results. The obtained results demonstrate that arc voltage contains the most important information on welding process instabilities which were simulated during experiments. Poor results obtained on the

basis of estimation and fusion of current signal follows from properties of applied welding inverter where current value was controlled by microprocessor and kept around the set nominal value.

The current signal properties affect values of energy and resistance and finally yield the unsatisfactory classification results. It is possible to obtain much better results of welding state identification if preliminary selection of signals and their estimates will be performed, as well as another signal fusion method will be used.

Further research of the authors is focused on search for the effective methods of signals fusion based on welding phenomena and levels of their values.

Acknowledgments

The investigations were partially financed from resources assigned to science in the years 2009–2012 as a research project N504281937 and from resources assigned to statutory activity of Institute of Fundamentals of Machinery Design, Silesian University of Technology at Gliwice.

Bibliography 1. Zhang Y.M. (ed.), Real-Time Weld Process Monitoring, Woodhead Publishing 2008.

2. Korbicz J., Kościelny J.M., Kowalczuk Z., Cholewa W. (eds.), Fault Diagnosis. Springer-Verlag 2004.

3. Bo Chen, Jifeng Wang, Shanben Chen, A study on application of multi-sensor information fusion in pulsed GTAW. “Industrial Robot: An International Journal”, vol. 37 is. 2, 2010, 168–176.

4. Pal K., Bhattacharya S., Pal S.K., Prediction of metal deposition from arc sound and weld temperature signatures in pulsed MIG welding. “Int. J. Adv. Manuf. Technol.”, vol. 45, 2009, 1113–1130.

5. Wu C.S., Gao J.Q., Hu J.K., Real-time sensing and monitoring in robotic gas metal arc welding. “Meas. Sci. Technol.”, 18, 303, 2007.

6. Shafer G., A mathematical theory of evidence. Princeton University Press 1976.

7. Dezert J., Smarandache F., DSmT: A New Paradigm Shift for Information Fusion. “Proceedings of Cogis ’06 Conference”, Paris 2006.

8. Martin A., Osswald C., A new generalization of the proportional conflict redistribution rule stable in terms of decision, [in:] F. Smarandache and J. Dezert (eds.), Applications and Advances of DSmT for Information Fusion, Book 2, American Research Press Rehoboth, 2006, 69–88.

9. Macci D., Boni A., Cecco M., Petri D., Multisensor Data Fusion. “IEEE Instrumentation and Measurement Magazine”, Part 14, 2008, 24–33.

10. Kropas-Hughes C.V., Data fusion for NDT: what, where, why and how. “Materials Evaluation”, Vol. 61, No. 10, 2003, 1118–1120.

11. Chady T., Psuj G., Lopato P., Data fusion of eddy current NDT signals. “AIP Conference Proceedings, Golden”, CO, 2008, 610–617.

12. Quintino L., Liskevich O., Vilarinho L., Scotti A., Heat input in full penetration welds in gas metal arc welding (GMAW). “The International Journal of Advanced Manufacturing Technology”, 2013, DOI: 10.1007/s00170-013-4862-8.

Zastosowanie fuzji danych dla potrzeb diagnozowania procesu spawania Streszczenie: Spawanie łukowe jest powszechnie stosowane w przemyśle. Ocena jakości połączeń spawanych jest jednym z najważniejszych zadań, zwłaszcza w przypadku produkcji wielkoseryjnej na stanowiskach zautomatyzowanych. Parametry spawania, takie jak prąd, napięcie itp., są bardzo często stosowane w diagnostyce procesu spawania. Rozpatrywanie pojedynczych sygnałów w ocenie procesu spawania nie jest jednak zawsze skuteczne gdyż informacje diagnostyczne zawarte w sygnałach procesowych wzajemnie sie uzupełniają. W artykule przedstawiono badania poświęcone użyciu technik fuzji danych w diagnostyce procesu spawania.

Zastosowano metody fuzji działające na poziomie sygnału oraz decyzji. Wyniki badań potwierdzają, że proponowane podejście ma potencjał do dalszego stosowania.

Słowa kluczowe: spawanie, diagnostyka procesów, analiza sygnałów, fuzja danych

Artykuł recenzowany, nadesłany 24.06.2013 r., przyjęty do druku 13.11.2013 r.

Marek Fidali, PhD Eng. Assistant professor in the Institute of Fundamentals of Machinery Design at the Faculty of Mechanical Engineering of the Silesian University of Technology. He received the Master of Science and PhD degrees in Mechanical Engineering from Silesian University of Technology in 1997 and 2003, respectively. His research interests lie in technical diagnostics in the broad sense, infrared thermography, images and signals processing methods as well as modal analysis, measurement systems and acoustics. e-mail: marek.fidali@polsl.pl Wojciech Jamrozik, PhD Eng. Assistant professor in the Institute of Fundamentals of Machinery Design at the Faculty of Mechanical Engineering of the Silesian University of Technology. He received the PhD degree in Mechanical Engineering from Silesian University of Technology in 2012. His main research areas are technical diagnostics, image processing and analysis, as well as aggregation of incomplete and uncertain information in technical diagnostics. e-mail: wojciech.jamrozik@polsl.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

95

Indeks firm zestawienie reklam i materiałów promocyjnych

ASKOM Sp. z o.o.

tel. 32 30 18 100 www.askom.com.pl

60–62

Automatyka-Pomiary-Sterowanie SA

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

13

CZAH-POMIAR Sp. z o.o.

tel. 32 607 31 70 www.czah.pl

40–41

PPUH Eldar

96

tel. 77 442 04 04 www.eldar.biz

12

Elesa+Ganter Polska Sp. z o.o.

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

12

Elmark Automatyka Sp. z o.o.

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

13, 38–39, 66

Farnell element14

tel. 00 800 121 29 68 www.farnell.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., 13, 64, 65

JM elektronik Sp. z o.o.

tel. 32 339 69 00 www.jm.pl

63

Jumo Sp. z o.o.

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

36–37

o2 Sp. z o. o.

tel. 22 398 88 88 www.pej.cz

24

PELTRON TPH Sp. z o.o

tel. 22 615 63 56 fax 22 615 70 78

12

Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

tel. 22 874 00 00 www.piap.pl

26–31, 42, insert

39

7, 43

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

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

9, 25

Radwag Wagi Elektroniczne

tel. 48 384 88 00 www.radwag.pl

III okł.

SABUR Sp. z o.o.

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

22–23

SCHUNK Intec Sp. z o.o.

tel. 22 726 25 00 www.schunk.com

67, IV okł.

Siemens Sp. z o.o.

tel. 22 870 82 00 www.siemens.pl/automatyka

Świętokrzyskie Centrum Innowacji i Transferu Technologii Sp. z o.o.

tel. 41 34 32 910 www.it.kielce.pl

II okł., 55–59

68, 69

REKLAMA

Wiedza w parze z Praktyką Wejdź na www.par.pl Pomiary Automatyka Robotyka nr 12/2013

97

REDAKCJA

PRENUMERATA miesięcznika „Pomiary Automatyka Robotyka” Rok 17 (2013) nr 12 (202) ISSN 1427-9126, Indeks 339512 Redakcja Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa tel. 22 874 00 66, 22 874 02 02, 22 874 01 91 fax 22 874 02 02 e-mail: redakcja@par.pl www.par.pl Rada programowa dr inż. Mariusz Andrzejczak, Bumar Sp. z o.o. prof. dr hab. inż. Jan Awrejcewicz, Katedra Automatyki i Biomechaniki, Politechnika Łódzka dr inż. Janusz Berdowski, Polskie Centrum Badań i Certyfikacji SA prof. dr hab. inż. Tadeusz Glinka, Instytut Elektrotechniki i Informatyki, Politechnika Śląska dr inż. Stanisław Kaczanowski, prof. PIAP, Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP dr Aleksandra Kolano-Burian, Instytut Metali Nieżelaznych prof. dr hab. inż. Andrzej Masłowski, Instytut Automatyki i Robotyki, Politechnika Warszawska prof. dr inż. Tadeusz Missala, Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP prof. dr hab. inż. Zdzisław Mrugalski, Instytut Mikromechaniki i Fotoniki, Politechnika Warszawska prof. dr inż. Eugeniusz Ratajczyk, Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, Politechnika Warszawska dr hab. inż. Waldemar Skomudek, prof. PO, Wydział Inżynierii Produkcji i Logistyki, Politechnika Opolska dr hab. inż. Roman Szewczyk, prof. PW, Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, Politechnika Warszawska dr hab. inż. Andrzej Szosland, prof. PŁ, Katedra Pojazdów i Podstaw Budowy Maszyn, Politechnika Łódzka prof. dr hab. inż. Eugeniusz Świtoński, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika Śląska prof. dr hab. inż. Krzysztof Tchoń, Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki, Politechnika Wrocławska doc. dr inż. Jan Tomasik, Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, Politechnika Warszawska Redaktor naczelny dr inż. Jan Jabłkowski

Prenumeratę można zamówić pod następującymi adresami: Redakcja PAR Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa tel. 22 874 03 51 fax 22 874 02 02 na stronie www.par.pl/prenumerata Koszt prenumeraty STANDARD (dla firm, instytucji i osób fizycznych): yy roczna – 99,00 zł, yy dwuletnia – 176,00 zł.

Koszt prenumeraty EDU (dla uczniów, studentów, nauczycieli i pracowników naukowych): yy roczna – 69,99 zł, yy dwuletnia – 120,00 zł.

Prenumeratę pod ww. adresami rozpocząć można od dowolnego numeru, na dowolny okres. Koszt przesyłki pokrywa dostawca.

Prenumeratę można także zamówić u następujących kolporterów: Zakład Kolportażu Wydawnictwa SIGMA-NOT ul. Ku Wiśle, 00-707 Warszawa tel. 22 840 30 86 lub 22 840 35 89 kolportaz@sigma-not.pl www.sigma-not.pl RUCH SA Oddział Krajowej Dystrybucji Prasy ul. Annopol 17a, 03-236 Warszawa

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

infolinia: 801 443 122

Sekretarz redakcji mgr Urszula Chojnacka

www.prenumerata.ruch.com.pl

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

KOLPORTER Spółka z o.o. S.K.A.

Marketing mgr inż. Jolanta Górska-Szkaradek, jgorska@par.pl Paulina Siódmak, psiodmak@par.pl

tel./fax 22 817 20 12

Skład i redakcja techniczna Ewa Markowska, emarkowska@par.pl EDIT Sp. z o.o.

Centralny Dział Prenumeraty ul. Bakaliowa 3, 05-080 Izabelin-Mościska infolinia: 801 404 044 prenumerata.warszawa@kolporter.com.pl GARMOND PRESS SA ul. Nakielska 3, 01-106 Warszawa prenumerata.warszawa@garmondpress.pl www.garmondpress.pl Ceny prenumeraty przyjmowanej przez kolporterów wynoszą: yy roczna – 99,00 zł,

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

98

prenumerata@ruch.com.pl

yy I półrocze – 54,00 zł, II półrocze – 45,00 zł, yy I, II i IV kwartał – 27,00 zł, III kwartał – 18,00 zł.

Uwaga: Garmond Press SA przyjmuje prenumeratę tylko na okres roczny lub półroczny.

Wszystkie ceny są kwotami brutto.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

99

0,01

Moduł liniowy HLM

Powtarzalność mm

Moment obrotowy do

1,15

SRU-mini

Moduł obrotowy

Nm

MPG-plus

Chwytak miniaturowy

25 %

wyższa siła chwytania

Państwa zautomatyzowany system załadunkowy.

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

AnzSynergie_MPGplus_SRUmini_HLM_PL_0413.indd 1

19.06.13 08:05