PAR 4/2013

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

PAR

Projekt2:Makieta 1

2013-03-20

01:45

Strona 1

miesięcznik naukowo-techniczny

4/2013 ISSN 1427-9126 Indeks 339512 Cena 10,00 zł w tym 8 % VAT

www.par.pl

Siłownik elektryczny EPCO z pozycjonerem silnika CMMO-ST

Proste pozycjonowanie!

Festo Sp. z o.o.

Janki k/Warszawy ul. Mszczonowska 7 05-090 Raszyn Contact Center Tel. + 48 22 711 41 00 Fax + 48 22 711 41 02 festo_poland@festo.com www.festo.pl

Złoty Medal Targów Automaticon 2013

Temat Numeru

Aplikacje

Rozmowa PAR

Obudowy i szafy sterownicze

Technika teatralna Bosch Rexroth

Wywiad z Januszem Piechocińskim, wicepremierem i ministrem gospodarki

30

38

40

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

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

3 Zdalny odczyt parametrów pracy pojazdu.

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

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

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

3 Przetworniki prędkości o stopniu ochrony IP68, zakresie temperatury pracy od –40 °C do 70 °C, 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.

2

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

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

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

Więcej informacji na par.pl/plus

Pobierz i uruchom bezpłatną aplikację PAR+

2

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

3

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

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

FACEBOOK

VIDEO

Spis treści

Temat numeru Obudowy i szafy sterownicze 36 Rozdzielnice instalacyjne ISV firmy RITTAL

aplikacje

Wydarzenia

10

38

Technika teatralna w Europejskim Centrum Muzyki Krzysztofa Pendereckiego w Lusławicach

Śnieżna odsłona targów AUTOMATICON Za nami XIX edycja największej imprezy wystawienniczej w branży pomiarów, automatyki, robotyki i elektroniki przemysłowej. Tegoroczne targi znacząco odróżniała jedynie zimowa aura – gdyby nie data na zaproszeniach, można by pomyśleć, że zostały one przeniesione na styczeń czy luty.

TEMAT NUMERU

Obudowy do zastosowań antywybuchowych Przeznaczone do zastosowań w warunkach zagrożenia wybuchem obudowy muszą spełniać wiele obostrzeń,

Wydarzenia 09

Nowe technologie na Targach Kielce

14

Złote Medale AUTOMATICON 2013

16 AUTOMATICON 2013 – oferta robotyzacji 20

Sensory i przetworniki pomiarowe na targach AUTOMATICON 2013

23 CeBIT 2013: nowoczesne komunikowanie 25

Merkel i Tusk odwiedzili stoisko Rittal

26

Moc emocji na stoku!

27 Certyfikowane szkolenia ROCKWELL AUTOMATION 28

Nocna inwazja robotów

95

Fiesta robotów od morza niemal do Tatr

Nowości 6

Nowe produkty

62

Przekaźnik czasowy z wyświetlaczem LED i cyfrowymi nastawami

4

które przekładają się na różne metody zapobiegania tego typu zagrożeniom. Każda z nich musi być odpowiednio oznaczona.

30

Nauka 64

Odbiorniki GNSS w praktyce inżynierskiej.

Badania stacjonarne

mgr inż. Arkadiusz Perski, dr inż. Artur Wieczyński, Maria Baczyńska, mgr inż. Konrad Bożek, mgr inż. Sławomir Kapelko, mgr inż. Sebastian Pawłowski – Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

78

Dyfrakcyjna metoda pomiaru średnic wałków

mgr inż. Jerzy Mąkowski

83

Śledzenie obiektów dynamicznych z wykorzystaniem metod inteligencji obliczeniowej – implementacja sprzętowa

inż. Przemysław Błaszkowski, dr inż. Michał Grochowski – Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Politechnika Gdańska

89

Analiza wpływu niepewności danych wejściowych na dokładność systemów detekcji nieszczelności

dr hab. inż. Mateusz Turkowski*, mgr inż. Andrzej Bratek**, dr inż. Paweł Ostapkowicz*** *Instytut Metrologii i Systemów Pomiarowych Politechniki Warszawskiej **Przemysłowy Instytutu Automatyki i Pomiarów PIAP *** Katedra Automatyki i Robotyki, Wydział Mechaniczny, Politechnika Białostocka

ROZMOWA PAR

40

Stwórzmy „ekosystem” dla nauki i biznesu

forum młodych 98 Rekordowa liczba innowacyjnych prac

Rozmowa z wicepremierem i ministrem gospodarki Januszem Piechocińskim.

100 Indeks firm 102

Prenumerata

automatyka 44

Programowanie sterowników PLC zgodnie z normą IEC 61131-3. Część 2

53

Możliwości aplikacyjne firmy WObit

54

Technologia serwo dla każdego – niskie koszty i optymalne parametry

57

Automatyka modułowa firmy SCHUNK

4/2013

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 Rok 17 (2013) nr 4 (194) ISSN 1427-9126, Indeks 339512

PAR

Projekt2:Makieta 1

2013-03-20

01:45

iSSN 1427-9126 indeks 339512 cena 10,00 zł w tym 8 % VaT

Strona 1

miesięcznik naukowo-techniczny

www.par.pl

Siłownik elektryczny EPCO z pozycjonerem silnika CMMO-ST

Proste pozycjonowanie!

pomiary 58

61

Jak wykazać spełnienie wymagań w zakresie zapewnienia bezpieczeństwa wyrobów pracujących pod ciśnieniem Termopary głowicowe z osłonami metalowymi

Na okładce siłownik elektryczny EPCO z pozycjonerem silnika CMMO-ST firmy Festo

Festo Sp. z o.o.

Janki k/Warszawy ul. Mszczonowska 7 05-090 Raszyn Contact Center Tel. + 48 22 711 41 00 Fax + 48 22 711 41 02 festo_poland@festo.com www.festo.pl

Złoty Medal Targów Automaticon 2013

TEMAT NUMERU

APLIKACJE

ROZMOWA PAR

Obudowy dla stref zagrożonych wybuchem

Technika teatralna Bosch Rexroth

Janusz Piechociński, wicepremier i minister gospodarki

30

38

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

40

5

Nowości Nowe produkty

ICS-G7526 – przemysłowe switche zarządzalne do szafy Rack 19” z portami 10 Gb/s

ICS-G7526 to nowa grupa switchy warstwy drugiej,

przeznaczona do pracy w środowisku, gdzie liczy się przede wszystkim najwyższa przepustowość sieci. Urządzenia tej serii mają 24 porty 1 Gb/s (w zależności od typu urządzenia mogą to być sloty SFP bądź porty RJ-45) oraz dwa porty 10 GB/s (w postaci gniazd na

moduły SFP+). Konstrukcja switcha nie zawiera wentylatorów i innych elementów ruchomych, co poprawia niezawodność całej konstrukcji. Urządzenie wyposażono w bogatą funkcjonalność – możliwość tworzenia połączeń nadmiarowych (redundantnych), konfigurację wielu trybów pracy

i protokołów (np. do obsługi ruchu typu multicast), sieci VLAN, monitorowania pracy całej sieci, poszczególnych portów itp. Switche są zasilane z uniwersalnego źródła 110/230 V AC (redundancja zasilania).

www.elmark.com.pl

SKA60 nowa seria przetwornic DC/DC o mocy 60 W SKA60 to seria nowych jednowyjściowych przetwornic o mocy 60 W produkowanych przez firmę Mean Well. Dzięki szerokiemu zakresowi napięć wejściowych 2:1 oraz wielu możliwym konfiguracjom napięcia wyjściowego są to urządzenia o szerokich możliwościach zastosowań.

Przetwornice serii SKA60 charakteryzują się bardzo wysoką sprawnością, dochodzącą do 93 %. Mają szereg wbudowanych zabezpieczeń: przepięciowe, przeciążeniowe, przeciwzwarciowe oraz izolację wejście/ wyjście 1500 V DC. W przypadku stosowania wszystkich zabezpieczeń, po

ustąpieniu sytuacji awaryjnej urządzenie automatycznie wznawia pracę. Obsługę urządzenia ułatwia funkcja zdalnego włączania i wyłączania przetwornicy. Do chłodzenia przetwornika wystarcza otwarty obieg powietrza – nie jest wymagane żadne dodatkowe urządzenie chłodzące.

Użytkowanie w warunkach zewnętrznych umożliwia szeroki zakres temperatury pracy od –40 °C do +70 °C. Dodatkową zaletą przetwornicy jest metalowa obudowa o niewielkich wymiarach (50,8 mm × 50,8 mm × 11 mm), która zapewnia wysoką

odporność na uszkodzenia mechaniczne. Przetwornice spełniają wymagania wielu międzynarodowych norm i mają certyfikaty dotyczące bezpieczeństwa ich stosowania oraz dwuletnią gwarancję.

Właściwości: • szeroki zakres napięć wejściowych 2:1, • wysoka sprawność – do 93 %,

innych elementów pomiarowych, które mają wyjścia napięciowe (0…10 V) lub prądowe (0/4…20 mA).

Wyróżniają się one czterosegmentowym wyświetlaczem LED, umożliwiającym naprzemienne wyświetlanie dwóch wartości, oraz rozbudowanymi funkcjami alarmowymi – programowalne wyjście cyfrowe, wbudowany sygnalizator dźwiękowy oraz diody LED.

Wskaźniki te można w pełni skonfigurować przy użyciu interfejsu USB i darmowego oprogramowania serwisowego. Ponadto, każdy MMod ma interfejs przemysłowy RS-485 (Modbus RTU), pozwalający na połączenie urządzenia ze sterownikiem PLC lub komputerem PC. Warto wspomnieć o dedykowanym oprogramowaniu APSystem PC. Umożliwia

• zabezpieczenia przepięciowe, przeciążeniowe oraz przeciwzwarciowe, • izolacja wejście/wyjście 1500 V DC, • szeroki zakres temperatury pracy: od –40 °C do +70 °C • zdalne włączanie i wyłączanie, • chłodzenie otwartym obiegiem powietrza, • metalowa obudowa, • małe wymiary: 50,8 mm × 50,8 mm × 11 mm, • niska cena i wysoka niezawodność, • dostępny model z wyjściem 3,3 V, • 2 lata gwarancji. www.elmark.com.pl

MMod to seria wskaźników cyfrowych, dedykowanych do czujników wilgotności względnej, temperatury, ciśnienia i różnicy ciśnień, stężenia CO2 lub

6

Promocja

ono wizualizację wyników pomiarów (wskaźniki na mapie obiektu, tabele, przebiegi), alarmowanie (również przez wysyłanie wiadomości e-mail) oraz rejestrację danych pomiarowych w plikach programu MS Excel na dysku komputera PC. B&L International Sp. z o.o. e-mail: info@bil.com.pl www.bil.com.pl

Fot. Elmark Automatyka, B&L, Harting

Wskaźniki pomiarowe MMod

Durabook TA10 – zupełnie nowa jakość w klasie tabletów wzmocnionych Twinhead rozbudował linię swoich produktów o potężny 10-calowy tablet, pracujący pod kontrolą systemu Windows 8 Professional.

Producent oddaje w ręce użytkownika produkt wyznaczający nowy trend w kategorii tabletów przemysłowych. Urządzenie jest bardzo solidnie wykonane, a magnezowa obudowa (stopień ochrony IP65) i najwyższa jakość zastosowanych materiałów zapewniają zgodność z normami MIL-STD-810G. Tablet jest odporny na wstrząsy, przypadkowe upadki, zapylenie w halach produkcyjnych i zalanie wodą z dowolnego kierunku. TA10

może również pracować w warunkach o szerokim zakresie temperatur: już od –20 °C do +60 °C. Nowy model został wyposażony w matrycę 10,4” o wygodnej rozdzielczości XGA (1024 × 768). Umożliwia to komfortową pracę z wszelkiego rodzaju aplikacjami webowymi lub związanymi z wykorzystaniem map. Opcjonalnie może zostać wyposażony w ekran przystosowany do pracy przy dużym nasłonecznieniu (maksymalna jasność 700 nits).

Po raz pierwszy tak potężna moc została zamknięta w tablecie. Pod obudową umiejscowiony jest procesor Intel Core i5-3427U

trzeciej generacji. Tym samym urządzenie przy większej mobilności zapewnia taką wydajność jak najnowsze notebooki. Model TA10 umożliwia zachowanie łączności ze światem dzięki zintegrowanej ethernetowej karcie sieciowej. Znacznie wygodniejsze jest jednak korzystanie z Wi-Fi lub modemu LTE. W efekcie można osiągnąć nieprawdopodobne szybkości transferu danych, będąc daleko od firmowej czy domowej sieci.

W urządzeniu nie mogło też zabraknąć modułu GPS oraz obsługi interfejsu Bluetooth. Durabook TA10 został wyposażony w dwie baterie o pojemności 5200 mAh każda.

Mogą one zapewnić maksymalnie 9–10 godzin pracy.

Dodatkową korzyścią stosowania podwójnych baterii jest możliwość ich wymiany w locie (tryb hot swap), bez konieczności wyłączania tabletu. Ważnym udogodnieniem jest możliwość sprawdzania stanu baterii przy włączonym urządzeniu czy nawet jej wyjmowania za pomocą zintegrowanego wskaźnika. www.elmark.com.pl

Fot. Elmark Automatyka, B&L, Harting

Elektroniczny portal obsługi i sprzedaży eShop

Grupa technologiczna HARTING udostępniła elektroniczny portal obsługi i sprzedaży eShop. Teraz składanie zamówień jest jeszcze łatwiejsze i przyjazne użytkownikowi. Prosta nawigacja i pełna ekspozycja produktów ułatwia wybór komponentów i składanie zamówienia przez internet. Platforma jest dostępna w języku polskim. Szczegółowe dane techniczne są widoczne obok każdego produktu. Wystarczy jedno kliknięcie, aby pobrać informacje. Konfigurator produktów to funkcja pozwalająca zbudować produkt dostosowany do konkretnych wymagań aplikacyjnych. Za pomocą pytań i pól wyboru

konfigurator krok po kroku wspomaga użytkownika w doborze komponentów, które mają wejść w skład rozwiązania. eShop to elektroniczny portal oferujący prosty i szybki sposób na: • składanie zamówień, • sprawdzenie dostępności i cen produktów, • podgląd faktur i zamówień, • uzyskanie dokumentacji technicznej produktów, • zarządzanie adresami dostaw i faktur oraz składanie zapytań, • konfigurowanie produktów pod konkretne wymagania aplikacji.

Elektroniczny portal sprzedaży i obsługi eShop HARTING gwarantuje szybką i priorytetową realizację zamówień oraz niższe koszty logistyczne.

Zapraszamy do eShop, który jest dostępny przez 24 godziny na dobę pod adresem www.ecatalogue. harting.pl.

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

REKLAMA

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

7

Nowości Nowe produkty

Trzpień ustalający PMT.110

Pokrętło typu ELK

Trzpień PMT.110

Firma Elesa+Ganter wprowadziła do oferty nowy typ trzpienia ustalającego o oznaczeniu PMT.110.

Produkt jest wyposażony w ergonomiczną gałkę

radełkowaną z linii Ergostyle. Zwiększona powierzchnia chwytna i dopasowany do dłoni kształt ułatwiają operatorowi odciągnięcie trzpienia nawet wówczas, gdy ma zabrudzone ręce lub nosi rękawice.

Korpus trzpienia PMT.110, tak samo jak w poprzednich wersjach, wykonano z Super-technopolimeru, materiału o bardzo dobrych właściwościach wytrzymałościowych.

Szpilka trzpienia zrobiona jest z hartowanej stali oksydowanej na czarno lub w wersji SST – ze stali nierdzewnej AISI 303.

Natomiast sprężyna w obu wersjach jest ze stali nierdzewnej AISI 302.

Trzpienie idealnie współgrają z pokrętłami typu ELK z serii Ergostyle, co przy zastosowaniu obu elementów na urządzeniu

gwarantuje zachowanie jednej linii stylistycznej.

Użyte materiały zapewniają charakterystyczne dla tego trzpienia cechy: wysoką odporność na korozję, bardzo małą masę oraz niski współczynnik tarcia pomiędzy stalową szpilką a tworzywowym korpusem.

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

Najnowsza wersja oprogramowania narzędziowego Automation Studio 4

Firma B&R wprowadza promocyjne warunki zakupu zaawansowanego oprogramowania narzędziowego Automation Studio 4.

Promocja trwa od początku marca do końca czerwca 2013 r.

Decydując się na jeden z zestawów startowych, można stać się posiadaczem licencji pełnej wersji oprogramowania wraz z wysokiej klasy sterownikiem lub panelem operatorskim ze zintegrowanym sterownikiem. W cenę każdego zestawu startowego wliczone jest wybrane dwudniowe szkolenie.

Każdy zestaw można łatwo rozbudować o kolejne komponenty B&R, takie jak: wejścia/wyjścia (zdalne lub rozproszone, o stopniu ochrony IP20 lub IP67), napędy krokowe, serwonapędy, falowniki, panele operatorskie, komputery przemysłowe czy nawet

8

programowalny system bezpieczeństwa Safety.

Wszystkie te komponenty są programowane w Automation Studio 4.

Dostępne zestawy: • X20:StarterKit-X20 – sterownik PLC zawierający moduł CPU oraz moduł mieszany wejść/ wyjść – X20CP1583 + X20CM8281, • 4P10:PP65-351-P74 – panel operatorski 3,5” z przyciskami zintegrowany ze sterownikiem – Power Panel 65,

• 4P10:PP65-571-P74 – panel operatorski 5,7” zintegrowany ze sterownikiem – Power Panel 65, • 4P10:PP65-571-P74F – panel operatorski 5,7” z przyciskami zintegrowany ze sterownikiem – Power Panel 65, • 5SP5:StarterKit – panel operatorski 10,4” zintegrowany ze sterownikiem – Power Panel 520.

Każde z urządzeń ma opcję zdalnego monitorowania i obsługi przez intranet/

internet (on-line, System Diagnostics Manager przez www), możliwość implementacji kilku wirtualnych paneli operatorskich (na przykład wizualizacja na smartfonie lub tablecie). System operacyjny posiada zintegrowane serwery FTP, WWW, VNC, OPC, możliwość wysyłania e-maili itd.

Oprócz sprzętu każdy zestaw zawiera: 1A4300.L1EN-400 – licencję jednostanowiskową Automation Studio 4 oraz SEM210.2 – dwudniowe szkolenie „Automation Studio: Podstawy” (dla jednej osoby i w wybranym terminie) lub inne do wyboru.

Więcej informacji można znaleźć na stronie www.br-automation.com/ promocje2013.

B&R Automatyka Przemysłowa Sp. z o.o. ul. Strzeszyńska 33, 60-479 Poznań www.br-automation.com

relacje Wydarzenia

Nowe technologie na TargACH Kielce Ponad 400 firm z 25 krajów z całego świata spotkało się w dniach 19–21 marca na pięciu wystawach związanych z obróbką blach, metali, ze spawalnictwem, ochroną powierzchni i technikami pomiarowymi, czyli StomBlech, Stom-Tool, Spawalnictwo, Expo-Surface i Control-Stom. W tym roku po raz drugi targi Stom odbyły się w dwóch różnych odsłonach. Zeszłoroczny podział tych imprez był zdecydowanym strzałem w dziesiątkę.

Fot. Elesa+ganter, B&R Automatyka, Targi Kielce

Na Stom-Tool w Kielcach zaprezentowano najnowsze technologie, obrabiarki, maszyny i narzędzia oraz materiały stosowane do obróbki metali. Swoje stoiska miały tu także instytucje, stowarzyszenia, jednostki badawczo-rozwojowe, ośrodki targowe oraz wydawnictwa branżowe.

Stom-Blech to z kolei najnowsze technologie i maszyny do obróbki blach, m.in. nowoczesne cięcie laserowe i wodą, gięcie, wykrawanie czy malowanie. Nie zabrakło maszyn i narzędzi oraz materiałów stosowanych do obróbki blachy. Podczas Targów Kielce można było zapoznać się również z innowacyjnymi metodami grawerowania, szlifowania czy polerowania.

Przy organizacji Stom Targi Kielce były wspierane przez: Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania, Politechnika Świętokrzyska oraz Wydział Mechaniczny Politechniki Radomskiej.

Odbywające się w tym samym czasie Międzynarodowe Targi Technologii

i Urządzeń dla Spawalnictwa – Spawalnictwo – organizowane są przy współpracy z Instytutem Spawalnictwa z Gliwic oraz z Polską Izbą Spawalniczą z Warszawy. W ramach wystawy prezentowane były najnowsze maszyny, urządzenia oraz rozwiązania technologiczne i materiały stosowane w spawalnictwie, maszyny, urządzenia i osprzęt do spawania, materiały spawalnicze, systemy komputerowe wspomagające procesy spawalnicze, roboty, automaty, linie technologiczne i gazy techniczne.

Targom towarzyszyły polsko-białoruskie rozmowy biznesowe, a także spotkania brokerskie, będące bardzo skuteczną formą pozyskiwania nowych kontaktów biznesowych i kontrahentów. Dobór partnerów i aranżacja spotkań jest dokonywana, na podstawie wcześniejszych zgłoszeń, przez Enterprise Europe Network, funkcjonujący przy Staropolskiej Izbie Przemysłowo-Handlowej w Kielcach.

Control-Stom to okazja do zaprezentowania najnowszych technologii i zdobycia niezbędnej w branży wiedzy. Wystawiano tu nowoczesny sprzęt kontrolno-pomiarowy, aparaturę badawczą i wyposażenie pomieszczeń laboratoryjnych.

Podczas Targów Kielce odbyły się także po raz czwarty targi Expo-Surface. Zakres branżowy, obejmujący tematykę ochrony powierzchni przed korozją, został poszerzony o tak modne ostatnio i ważne w każdej dziedzinie gospodarki kompozyty. Już teraz są one z powodzeniem używane w wielu znaczących dziedzinach gospodarki. Na wystawie prezentowano też technologie oraz urządzenia do nanoszenia powłok ochronnych, sprzęt do czyszczenia, przygotowania oraz pokrywania powierzchni, specjalistyczne środki chemiczne, urządzenia i systemy do obróbki powierzchni. Po raz pierwszy w halach pojawiły się przedsiębiorstwa proponujące gamę kompozytów.

Wystawie towarzyszyły specjalistyczne dyskusje i spotkania połączone z warsztatami organizowanymi przez wspierającą targi Expo-Surface Akademię Górniczo-Hutniczą. Wśród tematów wystąpień znalazły się m.in. nowoczesne metody monitorowania korozji, badania procesów korozyjnych, stopy i materiały kompozytowe odporne na korozję, powłoki antykorozyjne oraz nowoczesne metody ich wytwarzania i nanoszenia oraz ochrona przed korozją w systemach energetycznych i konstrukcjach metalowych, żelbetowych, betonowych.

Mat. pras. Targi Kielce SA

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

9

Wydarzenia Relacje

Śnieżna odsłona targów AUTOMATICON Za nami XIX edycja największej imprezy wystawienniczej w branży pomiarów, automatyki, robotyki i elektroniki przemysłowej.

Tegoroczne targi znacząco odróżniała jedynie zimowa aura – gdyby nie data na zaproszeniach, można by pomyśleć, że zostały one przeniesione na styczeń czy luty.

Expobus firmy Waldmann

Stoisko firmy Festo chętnie odwiedzali zarówno klienci, jak i młodzież

10

Międzynarodowe Targi Automatyki i Pomiarów Automaticon w warszawskim Centrum EXPO XXI, których organizatorem jest Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP, tradycyjnie stały się dla jednych okazją do zaprezentowania najnowszych osiągnięć, dla innych – do zapoznania się z nimi. W jednym miejscu było niemal wszystko, co przydaje się w pracy automatyka czy pomiarowca. Zakres prezentowanych produktów i rozwiązań jest coraz szerszy – począwszy od takich komponentów jak przetworniki lub czujniki, przez manipulatory do realizacji prostych zadań, złożone sterowniki i regulatory, po aparaturę pomiarową, skomplikowane systemy sterowania, pozwalające nadzorować linie technologiczne w zakładach i fabrykach, oraz wysokowydajne roboty przemysłowe. Na targach nie zabrakło również firm inżynierskich specjalizujących się w projektowaniu i wdrażaniu nowoczesnych rozwiązań w przedsiębiorstwach i co za tym idzie – różnego rodzaju elementów, podzespołów i narzędzi, które służą wspomaganiu pracy projektantów i osób uruchamiających urządzenia w konkretnych aplikacjach.

W tegorocznej edycji, podobnie jak w ubiegłorocznej, wzięło udział 315 wystawców reprezentujących w sumie ponad 750 firm. Rotacja utrzymuje się na

Fot. S. Łaszewski, S. Batorska/PAR, PIAP

Targi Automaticon odbyły się w dniach 19–22 marca 2013 r.

Fot. S. Łaszewski, S. Batorska/PAR, PIAP

Liczni odwiedzający przybyli na tegoroczne targi

poziomie zbliżonym do tego z ostatnich lat – około 20 % wystawców stanowią nowe firmy. Jak co roku pojawiło się sporo firm zagranicznych, zarówno tych mających polskie oddziały, jak i takich, które nie mają w naszym kraju swoich przedstawicielstw. Wciąż widoczna jest silna ekspansja wystawców niemieckich – na tegorocznym Automaticonie obecnych było 22 przedstawicieli naszych zachodnich sąsiadów, z czego 11 to nowe firmy.

– Targi stają się coraz bardziej międzynarodowe. Pojawiają się u nas kolejne firmy, które nie mają w Polsce przedstawicielstwa. W tym roku jest ich 12 %, podczas gdy rok wcześniej stanowiły one 9 %. Rośnie też wskaźnik odwiedzin na naszej stronie. Tylko wczoraj zanotowaliśmy kilkanaście tysięcy wejść, a dziś do godziny 1100 było ich już 3500 – mówił pierwszego dnia podczas konferencji otwierającej Automaticon 2013 dr inż. Jacek Frontczak, komisarz targów. Zauważył też, że mocniej daje znać o sobie robotyka. – Każdego roku więcej firm wystawia tzw. żywe roboty. Przestał nas też trochę straszyć cień Hanoweru. Do tej pory bowiem panowała opinia, że nowości prezentuje się głównie u naszego zachodniego sąsiada.

Jak widać, coraz częściej także u nas – mówił. Jak dodaje dr inż. Jan Jabłkowski, dyrektor Przemysłowego Instytutu Automatyki i Pomiarów PIAP, wskaźnik robotów przypadających na zatrudnionych w przemyśle jest dla Polski nie tylko kilkudziesięciokrotnie niższy niż w przypadku Japonii, ale też na przykład trzykrotnie niższy niż w Czechach.

– To pokazuje potencjał dla tej branży i rosnące zainteresowanie automatyką przemysłową – ocenia dyrektor PIAP.

Zdecydowana większość wystawców ocenia tegoroczny Automaticon jako bardziej efektywny ze względu na lepszą niż w poprzednim roku frekwencję odwiedzających, których zimowa aura nie zniechęciła do wizyty. Targi są dziś nie tyle miejscem, w którym zawiera się kontrakty, ile narzędziem marketingowym do skutecznej komunikacji i sposobem kreowania wizerunku firmy.

Wielu wystawców docenia możliwość zaprezentowania klientom konkretnych rozwiązań. – Automaticon to idealna okazja do prezentacji nowych produktów. Na przykład urządzenia do kalibracji to wciąż nowość w naszej ofercie, która wymaga zaprezentowania produktu i zademonstrowania jego możliwości – w tym jest kluczowa rola targów. Jesteśmy bardzo zadowoleni z tegorocznej edycji. Odwiedziło nas wielu przedstawicieli nowych firm i nawet pierwszy dzień, w którym zazwyczaj niewiele się dzieje, był w tym roku intensywny i owocny – stwierdza Tatiana PerczakSzanowska, dyrektor ds. marketingu i sprzedaży firmy WIKA Polska.

Także Dariusz Kacperczyk, wiceprezes zarządu firmy EQ System ocenia targi jako bardzo udane. – Pokazały one, że rynek automatyki rozwija się bardzo dynamicznie. Cieszy nas także fakt, że swoje miejsce na tym rynku znajduje i nasza firma. Jesteśmy bardzo zadowoleni z przyznania Asprovie APS złotego medalu targów Automaticon 2013. Jesteśmy ogromnie zaszczyceni, że nasz produkt znalazł uznanie w oczach tak znamienitego grona stanowiącego jury konkursu.

Wbrew wciąż pojawiającym się opiniom rynkowym o szalejącej recesji, obraz wyniesiony z targów mówi

coś innego. – Jest lepiej niż w ubiegłym roku, przyjechało o wiele więcej klientów, mamy dwa razy więcej ankiet z wizyt niż z ubiegłorocznej edycji. Odwiedzali nas stali klienci, którzy zawsze goszczą na naszym targowym stoisku.

Nawiązaliśmy również bardzo wiele kontaktów. Mieliśmy obawy co do frekwencji, ponieważ poprzednie targi były trochę mniej udane pod tym względem.

To także dowodzi, że wbrew obiegowym opiniom o kryzysie, nie jest tak źle. Co prawda klienci informują nas, że na przykład niektóre inwestycje są przesuwane w czasie, ale można mówić co najwyżej o niewielkim spowolnieniu – uważa Zbigniew Juszkiewicz, prezes zarządu Limatherm Sensor.

Mimo tradycyjnej rotacji, są wśród wystawców firmy, które pojawiają się na Automaticonie od lat. Jedną z nich jest Sabur. – Targi bardzo się rozwinęły.

Nasza firma jest obecna od samego początku ich istnienia. W początkowych edycjach pojawiało się nieco ponad 50 wystawców, teraz – sześć razy więcej. Dziś Automaticon ma znacznie bardziej międzynarodowy charakter i poziom niż dawniej. W porównaniu z ostatnimi latami częściej widać także wpływ nowoczesności: coraz mniej jest

Stoisko firmy Siemens

Stoisko firmy Omron

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

11

Wydarzenia Relacje

Ulokowane w holu głównym stoisko firmy igus nie pustoszało nawet na moment

Stoisko firmy Pepperl+Fuchs

papierowych informacji, a więcej odsyłania do stron internetowych i przekazywania danych za pomocą nowoczesnych metod. Oczywiście można między bajki włożyć opinię, że w trakcie targów zawiera się dużo kontraktów. Buduje się jednak fundamenty pod przyszłą współpracę, co szczególnie dziś, w dobie bardzo konkurencyjnego rynku, jest wyjątkowo istotne. My traktujemy

12

w naszej siedzibie w Jankach koło Warszawy warsztaty dla klientów – wyjaśnia przedstawiciel Festo.

Nawet wystawcy, którzy wahali się, czy wziąć udział w tegorocznej edycji, wynieśli z niej wiele pozytywnych wrażeń i nawiązali kontakty. – Muszę przyznać, że jeszcze kilka dni przed targami zastanawiałem się, czy w ogóle powinniśmy się wystawiać, bo jak wiadomo statystyczny przyrost nowych klientów w trakcie targów jest równy zeru. Uczestnictwo w targach to raczej prestiż i pokazanie konkurencji, że wciąż wiedzie nam się dobrze, a klientom, dotychczasowym i potencjalnym, że dbamy o ten rynek. Jednak już drugiego dnia targów stwierdziłem, że nieobecność tutaj byłaby wielkim błędem: tak było dobrze w tym roku. Nawiązaliśmy wyjątkowo interesujące kontakty i odbyliśmy bardzo ciekawe rozmowy – stwierdza Marek Kania z Działu Sprzedaży i Zarządzania w Imaco Imaging Components.

Część firm, która była nieobecna rok temu, na podstawie tegorocznych doświadczeń już teraz zdecydowała o pojawieniu się w przyszłym roku. Do tego grona należy m.in. KUKA Roboter.

A to już stoisko miesięcznika PAR

Fot. S. Batorska/PAR, PIAP

Stoisko firmy Renex Line

Automaticon jako swego rodzaju święto naszej branży. Jest ono okazją do zaprezentowania naszych nowości: najnowszych aplikacji z dziedziny automatyki przemysłowej i budynkowej oraz oprogramowania klasy Business Intelligence, a przede wszystkim okazją do spotkań i interesujących rozmów z naszymi klientami i partnerami – mówi Barbara Wójcicka, prezes zarządu firmy Sabur.

Wśród wystawców tradycyjnie pojawiła się także firma Festo. – Przez cztery dni trwania targów przeprowadziliśmy podobną liczbę rozmów z klientami, jak w poprzednich edycjach. Jednakże są to w większości przypadków już znane nam firmy, a więc zbyt dużo nowych kontaktów nie odnotowaliśmy. Nie wykluczam jednak, że te nowe zaowocują wspólnymi projektami. Obecność na targach jest przydatna. Z jednej strony pozytywnie wpływa na image firmy, z drugiej – klienci dopiero podczas takiej imprezy mogą zapoznać się z pełną ofertą danego wystawcy. Na przykład niektórzy odwiedzający dopiero tu dowiedzieli się, że oprócz pneumatyki mamy również napędy elektryczne, systemy handlingowe czy manipulatory.

Automaticon to więc dla nas okazja, by pokazać, że Festo aktywnie działa również w tych obszarach – zauważa Krzysztof Dobek, Marketing Specialist Festo. – Firma zaczęła pojawiać się na targach w cyklu dwuletnim. W tym roku jesteśmy z wystawą. Rok temu byli studenci z uczelni technicznych, którzy prezentowali własne aplikacje stworzone w oparciu o komponenty Festo. Wówczas równolegle z targami organizujemy

Fot. S. Batorska/PAR, PIAP

Stoisko firmy Sabur

– Tegoroczny Automaticon oceniam bardzo pozytywnie. Nie dość, że nasze stoisko cieszyło się dużym zainteresowaniem, to jeszcze otrzymaliśmy złoty medal targów za nasz najnowszy produkt: robota KR Agilus. Rok temu nie byliśmy obecni na targach, lecz po pozytywnych doświadczeniach z tego roku już zarezerwowaliśmy to samo miejsce na następną edycję – podkreśla Janusz Jakieła, inżynier sprzedaży KUKA Roboter.

Zadowolony z tegorocznej edycji jest także Daniel Oszczęda, dyrektor ds. marketingu i jakości spółki Balluff.

– Do tej pory dość często Automaticon sprowadzał się do odwiedzania naszego stoiska przez stałych, znanych nam już klientów. W tym roku było inaczej.

Udało nam się pozyskać dużo nowych kontaktów. Wygląda też na to, że na horyzoncie jest wiele ciekawych projektów, zarówno po stronie naszych stałych klientów, jak i tych nowych. Podsumowanie wypada więc bardzo pozytywnie i jesteśmy zadowoleni z tegorocznej edycji – mówi przedstawiciel firmy Balluff.

Część wystawców ma pewne wątpliwości odnośnie przyszłości targów, związane m.in. z rezygnacją niektórych potentatów. – Wciąż pozostaje dylemat: brać udział w targach czy nie.

Mam mieszane odczucia. Z jednej strony Automaticon to wciąż najlepsze miejsce dla firm działających w automatyce, czołowe targi w tej branży od lat, więc bierzemy w nim udział. Z drugiej strony uważam, że organizatorzy powinni bardziej zadbać o prestiżowych uczestników. Jeśli bowiem wycofają się potentaci, to potem odejdą także inni. Organizatorzy powinni zabiegać za wszelką cenę o to, by pojawiły się tu największe firmy. Jeśli bowiem wycofuje się duża firma, a na jej miejsce wchodzi pięć malutkich, to niekoniecznie jest to powód do radości – ocenia Andrzej Turak, wiceprezes zarządu i dyrektor techniczny

firmy Skamer. Dodaje jednocześnie, że dziś targi mają nieco inny charakter. – Kiedyś służyły zdobyciu informacji. Teraz chodzi o kontakt z ludźmi. To jedyna motywacja do bycia na targach. Nie jesteśmy tu po to, by zdobywać nowych klientów, bo tu się ich nie zdobywa, natomiast mamy okazję spotkać tu zarówno swoich dostawców, jak i osoby z zakładów przemysłowych, które zaopatrujemy. Głównie dlatego warto tu być – podsumowuje Andrzej Turak.

Wystawcy doceniają wagę targów, ale coraz częściej pojawiają się postulaty związane z formułą imprezy. Marek Kania z firmy Imaco Imaging Components zwraca uwagę, że organizatorzy muszą zastanowić się nad przyszłością targów. – Bardzo zmieniają się one merytorycznie. Pewne branże rozrastają się dynamicznie. Liczba wystawców systemów wizyjnych na Automaticonie jest już znacząca i jeśli nie znajdzie to odbicia w polityce zarządu, na przykład przez dodanie tej branży w nazwie targów, to wystawcy systemów wizyjnych zaczną szukać miejsca bardziej na nich ukierunkowanego – uważa.

Andrzej Melecki, Key Account Manager z Pilz Polska, firmy, która od sześciu lat wystawia się na Automaticonie, zauważa, że klienci odwiedzający ich

stoisko oceniali targi różnie. – Dla jednych ich formuła trochę się wyczerpuje, natomiast dla innych jest to bardzo dobra forma spotkań. Liczba osób odwiedzających targi w ciągu tych lat była różna. Niektórzy podejmują w związku z tym konkretne działania. Przykładowo firma, która w ubiegłym roku wystawiała się obok nas, w tym roku się nie pojawiła. Pomimo tego wydaje mi się, że dla naszej firmy targi nadal spełniają podstawowe stawiane im wymagania: są okazją do spotkania z klientami, rozmowy, a w przyszłości, jak to było dotychczas, zaowocują konkretnymi projektami.

Tegoroczny Automaticon, podobnie jak te z ostatnich lat, przyniósł wystawcom i odwiedzającym głównie pozytywne wrażenia, chociaż oczywiście zawsze są elementy, które można poprawić.

Wśród tradycyjnych postulatów pojawia się sugestia obniżenia ceny za obecność na targach. – Od strony organizacyjnej jest też kilka drobiazgów, które powinny być dopilnowane, a nie są. Choćby usuwanie w tym roku śniegu sprzed wejścia czy dbanie o uzupełnianie ręczników papierowych w toaletach – dodaje Marek Kania. Nieustająco zgłaszanym problemem jest też kwestia infrastruktury. – Po stronie rzeczy do poprawienia są dojazd i parking oraz zasięg, w tym roku często pojawiały się problemy z połączeniami z telefonów komórkowych i dostępem do sieci – zauważa Zbigniew Juszkiewicz. Także Andrzej Melecki zwraca uwagę na uciążliwości związane z infrastrukturą. – W zakresie tego, co można by poprawić, od początku pojawiają się te same sugestie: dosyć uciążliwa jest tu logistyka i ciągi komunikacyjne. Wystarczy powiedzieć, że czas potrzebny na opuszczenie parkingu po targach to średnio 30–40 minut – dodaje.

Urszula Chojnacka PAR

Stoisko firmy Instom

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

13

Wydarzenia Nagrody i wyróżnienia

Złote Medale AUTOMATICON 2013 Komisja konkursowa Międzynarodowych Targów Automatyki i Pomiarów

KEYENCE INTERNATIONAL Belgium TM-3000 Series – High – Speed 2D Measurement Sensor

wystawienniczej produkty. Nowoczesność, precyzja i bezpieczeństwo to tylko niektóre z cech charakteryzujących nagrodzone w tym roku produkty.

1

3

KUKA Roboter CEE GmbH Sp. z o.o., Oddział w Polsce KR 6 R900 sixx Agilus Firma Kuka prezentowała na targach nową rodzinę robotów o małych udźwigach (do 6 kg). Złoty Medal Automaticon 2013 przyznano pierwszemu z planowanej generacji robotów za: optymalną konstrukcję, umożliwiającą różne pozycje montażowe, optymalną przestrzeń roboczą (zasięg do 1100 mm i obrót wokół podstawy ±350°), wbudowane zasilanie energią (wszystkie przewody układów zasilania umieszczone są w korpusie), a także za dużą szybkość (nawet 150 cykli/min), precyzję (dokładność pozycjonowania ±0,03 mm) i zwiększenie bezpieczeństwa pracy. Masa robota wynosi 52 kg, a masa układu sterowania KR C4 – 33 kg. Zarówno robot, jak i układ sterowania zajmują niewiele miejsca.

Czytaj więcej w PAR 3/2013

2

14

1. KR 6 R900 sixx Agilus 2. TM-3000 Series – High – Speed 2D Measurement Sensor 3. Elektroniczny przekaźnik czasowy MT-W-17S-11-9240 z wyświetlaczem LED i cyfrowymi nastawami

TM-3000 to nowy, pierwszy na rynku mikrometr 2D, pozwalający na kontrolę wymiarową elementów bezpośrednio na linii produkcyjnej. Zwarta budowa, składająca się z emitera zielonego, skolimowanego światła LED oraz odbiornika – matrycy CMOS, skrytej za soczewkami telecentrycznymi, pozwala na dokładny, mikronowy pomiar wielkości geometrycznych.

Mikrometr idealnie nadaje się do szybkich aplikacji – w 1 s wykonuje ponad 30 skanów. Interfejsy komunikacyjne I/O, RS-232C oraz podgląd elementu mierzonego (wyjście VGA) pozwalają na łatwą integrację systemu TM-3000 na liniach produkcyjnych.

RELPOL SA Elektroniczny przekaźnik czasowy MT-W-17S-11-9240 z wyświetlaczem LED i cyfrowymi nastawami Wyjątkową zaletą przekaźnika MT-W17S-11-9240 jest możliwość nastawiania, oprócz czasów T1 i T2, czasu T3.

Czasy T1, T2, T3 nastawiane są oddzielnie, a w każdym można wprowadzić wartość z zakresu od 0,1 s do 99 h 59 min 59,9 s. Programowanie funkcji i czasów odbywa się w bardzo prosty, intuicyjny sposób, tylko przy pomocy wyświetlacza oraz dwóch przycisków („OK” i „F/T”).

Przekaźnik ma szeroki zakres napięcia zasilania: od 12 do 240V AC/DC i może być uruchamiany przez załączenie napięcia zasilania lub przez zewnętrzny sygnał wyzwalający (zestyk sterujący S). Przekaźnik MT-W-17S-11-9240 na wyjściu ma jeden zestyk przełączny 1P o obciążalności znamionowej 10 A/250 V AC (kat. AC1).

Czytaj więcej na s. 62

EQ SYSTEM Sp. z o.o.

Asprova APS – planowanie produkcji w czasie rzeczywistym, w wielu wariantach ekonomicznych Japońska firma Asprova Corporation jest wiodącym na świecie dostawcą oprogramowania wspomagającego zaawansowane planowanie i harmonogramowanie produkcji. Współpraca nawiązana przez

Fot. A. Kędziora

Automaticon tradycyjnie nagrodziła prezentowane podczas imprezy

4 4. Asprova APS – planowanie produkcji w czasie rzeczywistym, w wielu wariantach ekonomicznych 5. Detektor nieszczelności dla linii produkcyjnych typ ATEQ F5200 6. Siłownik elektryczny EPCO z pozycjonerem silnika CMMO-ST 7. Mały robot do rozpoznania PIAP GRYF

firmę EQ System z firmą Asprova zaowocowała wprowadzeniem w 2010 r. tej nowoczesnej technologii obliczeniowej do Polski.

Fundamentem systemu Asprova APS jest opatentowany, matematyczny silnik optymalizacyjny. Umożliwia on utworzenie optymalnego pod względem przyjętych kryteriów i wskaźników ekonomicznych planu produkcji. Jest to najwydajniejszy obliczeniowo system klasy APS na świecie, dający możliwość przeliczenia 100 000 operacji w czasie krótszym niż 20 s lub 5000 operacji w czasie 3 s. Dzięki udostępnieniu w systemie Asprova APS aż 2400 parametrów i 4000 cech, opisujących zasoby, procesy, zamówienia oraz aspekty jakości, możliwe jest odwzorowanie w 100 % procesu produkcyjnego.

ATEQ PL Sp. z o.o.

Detektor nieszczelności dla linii produkcyjnych typ ATEQ F5200 Detektor ATEQ F5200 jest unowocześnioną wersją detektora ATEQ F520. Jego zasada działania opiera się na pomiarze spadku ciśnienia powietrza w testowanym detalu metodą różnicową. Rozdzielczość pomiaru wynosi 0,1 Pa. Zakres ciśnień testu od próżni do 20 bar, przy ręcznej lub automatycznej regulacji. Urządzenie komunikuje się z automatyką stanowiska poprzez kartę I/O cyfrowych lub protokoły Modbus, Profibus, Profinet, DeviceNet. Innowacje, w porównaniu do detektora ATEQ F520, to m.in.: wewnętrzny komputer z kolorowym dotykowym ekranem graficznym do programowania parametrów, wizualizacji wyników i statystyk, a także do prezentacji graficznej przebiegów testu oraz dodatkowe układy do współpracy z siecią LAN.

Fot. A. Kędziora

FESTO Sp. z o.o.

Siłownik elektryczny EPCO z pozycjonerem silnika CMMO-ST Siłownik elektryczny EPCO z silnikiem skokowym EMMS-ST i pozycjonerem silnika CMMO-ST w trybie ServoLite to napęd prosty jak siłownik pneumatyczny, ale z zaletami napędów elektrycznych. Zespół napędowy, który maksymalnie ułatwia pozycjonowanie i jest znacznie tańszy od konwencjonalnych elektrycznych systemów pozycjonowania.

Dostępne są trzy wielkości siłownika z zamontowanym na stałe, idealnie dopasowanym silnikiem. Napęd to śruba toczna oraz tłoczysko zabezpieczone przed obrotem z prowadnicą ślizgową. Amortyzacja w położeniach końcowych redukuje hałas przy dochodzeniu do położeń końcowych i zmniejsza energię uderzenia podczas ruchu referencyjnego.

Czytaj więcej na s. 54

5

6

PRZEMYSŁOWY INSTYTUT AUTOMATYKI I POMIARÓW PIAP Mały robot do rozpoznania PIAP GRYF Po wielokrotnym wyróżnieniu w ubiegłym roku w kraju i za granicą mobilny robot PIAP GRYF otrzymał również Złoty Medal Automaticon 2013.

Robot może udźwignąć obiekty ważące od 5 kg do 15 kg, ma cztery kamery, a jego wyposażenie można łatwo zmieniać i uzupełniać.

Przy małych wymiarach (690/580/400 mm, a 840 mm z przednimi gąsienicami) i niewielkiej masie (38 kg) manipulator robota ma duży zasięg (1900 mm dla manipulatora z wysuwem teleskopowym).

Czytaj więcej w PAR 6/2013

7

REKLAMA

PL

ATEQ PL Sp. z o.o. ul. Patriotów 181, 04-881 Warszawa tel.: 22 6122678, fax 22 6122699 e-mail: info@ateq.pl, www.ateq.pl

Oferujemy Państwu aparaturę do zautomatyzowanej kontroli jakości wyrobów w procesie produkcji.

• Detektory przecieku (testy pneumatyczne), zastosowania: produkcja części i podzespołów samochodowych, produkcja sprzętu gospodarstwa domowego, armatury gazowej i wodnej, opakowań, sprzętu medycznego

UWAGA: NOWOŚCI! Najnowszy detektor nieszczelności, typ ATEQ F5200, z kolorowym dotykowym ekranem, portami USB i LAN Detektor ATEQ F620, nowa generacja, następca popularnego detektora nieszczelności ATEQ F520 • Detektory przecieku z wykorzystaniem wodoru, zastosowania: wykrywanie bardzo małych nieszczelności w wyrobach (chłodnictwo, klimatyzacja…)

• Urządzenia do testów elektrycznych wyrobów według norm bezpieczeństwa • Urządzenia do aktywacji i kontroli zaworów systemu TPMS w kołach samochodowych • Testery i kalibratory urządzeń pokładowych w statkach powietrznych (Pitot Static testers) • Testery akumulatorów i baterii dla lotnictwa i motoryzacji Proponujemy Państwu także szkolenia i dobór metodyki z zakresu kontroli szczelności wyrobów w produkcji, a także serwis i kalibrację naszej aparatury.

Zapraszamy do współpracy

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

15

Wydarzenia Relacje

Fot. 1. Prezentacja robota KR 6 R6900 w zadaniach pick&place

AUTOMATICON 2013 – oferta robotyzacji Szeroko pojmowana robotyka jest coraz mocniej eksponowana na Automaticonie. Rośnie liczba firm, niekoniecznie specjalizujących się w robotyzacji, które pojawiają się na tych targach z produktami i usługami powiązanymi z tą dziedziną.

Fot. 2. Robot RV-4FLMD

16

Trochę statystyki Na XIX Międzynarodowych Targach Automatyki i Pomiarów Automaticon prezentowano sześć grup tematycznych z obszaru robotyzacji: • roboty przemysłowe (22 firmy – o dwie więcej niż w roku ubiegłym, w tym jedna zagraniczna), • oprogramowanie dla robotów przemysłowych (12 firm), • urządzenia dla stanowisk zrobotyzowanych (42 firmy – o sześć firm więcej niż w roku ubiegłym, w tym dwie zagraniczne), • komponenty (66 firm – o cztery więcej niż w roku ubiegłym, w tym dziewięć zagranicznych), • projektowanie i wykonywanie zrobotyzowanych stanowisk, gniazd oraz linii technologicznych (21 firm, w tym jedna zagraniczna), • systemy zapewnienia bezpieczeństwa pracy (35 firm, w tym trzy zagraniczne).

W tak szerokim zakresie tematycznym coraz więcej firm, często takich, które zwykle nie zajmują się

Fot. 3. Robot Smart5 Pal 470-3.1

robotyzacją, oferuje na targach swoje produkty i usługi.

Roboty wyróżnione złotym medalem Od 1997 r. na Międzynarodowych Targach Automatyki i Pomiarów przyznawany jest Złoty Medal Automaticonu. Roboty wyróżniono medalem już w 2003 r. Otrzymały go wówczas roboty wyposażone w systemy wizyjne prezentowane przez PIAP, w 2010 r. roboty serii M-1iA z kontrolerem R-30iA Mate, współpracujące z systemem wizyjnym Fanuc iRVision, w 2011 r. roboty serii Quantec firmy KUKA. W roku ubiegłym nagrodzony został widzący robot Selektor firmy Fanuc. W bieżącym roku komisja, po rozpatrzeniu złożonych wniosków, złotym medalem wyróżniła dwa roboty: KR 6 R6900 (KUKA Roboter) oraz mały robot do rozpoznania PIAP GRYF – patrz informacja o Złotych Medalach Automaticon 2013.

Fot. J. Barczyk

Podczas konferencji prasowej otwierającej Automaticon 2013 komisarz targów dr inż. Jacek Frontczak stwierdził, że w tym roku swoją obecność wyraźnie zaznaczyły roboty, a wiele z nich można obejrzeć w akcji – pracujące w różnych aplikacjach.

Fot. 4. Robot SCARA R-1

Fot. 5. Robot firmy Universal Robots

Fot. 6. Robot TP80 firmy Stäubli

Nowości konstrukcyjne robotów

±0,02 mm. RV-4FLMD wyróżniony został dyplomem „Produkt roku 2013”.

Roboty serii MELFA są proste w montażu (kable umieszczono wewnątrz korpusu), wymagają minimalnej konserwacji i są łatwe w programowaniu (funkcjonalny język programowania, możliwość korzystania z różnych programów). Urządzenie przeznaczone jest do realizacji różnorodnych zadań – od transportowania elementów metalowych lub wykonanych z innych materiałów do montowania urządzeń elektronicznych i elektromechanicznych.

Firma Comau z siedzibą w Tychach zainstalowała w Polsce ponad 1700 robotów przemysłowych, które są stosowane w procesach spawania, zgrzewania, paletyzacji i obsługi maszyn. Podczas targów Automaticon prezentowano trzy roboty: do paletyzacji, do spawania oraz do przenoszenia. Szczególną uwagę zwracał nowy robot z serii Smart5 Pal, przeznaczonej do paletyzacji (fot. 3). Smart5 Pal 470-3.1 ma cztery osie (piąta oś jest powiązana – balanser), poruszające się z prędkością 85°/s w zakresach ruchu: ±180°, ±135°, ±250° (czwarta oś jest wieloobrotowa z prędkością 180°/s).

Urządzenie ma bardzo duży zasięg – maksymalny zakres przestrzeni roboczej wynosi 3050 x 3520 mm. Robot o masie 2310 kg, ma udźwig 470 kg i powtarzalność pozycji 0,20 mm. Ponadto, nie ma sprężyn balansujących i zawiera elementy wykonane z włókna węglowego, dzięki czemu ma niską wagę.

Firma WObit z Poznania przedstawiła na targach własną konstrukcję robota typu SCARA. Czteroosiowy robot przemysłowy SCARA-R1 (fot. 4) ma duży zasięg – do 1000 mm, może być obciążany masą do 5 kg i osiąga powtarzalność ±1 mm. W urządzeniu zastosowano silniki skokowe z enkoderami absolutnymi. Dzięki własnej konstrukcji i specjalizowanemu układowi sterowania znacznie obniżono koszt w porównaniu z innymi robotami SCARA. Wiele urządzeń tego typu charakteryzuje się większymi szybkościami działania i wyższą dokładnością, lecz nie zawsze są one w pełni wykorzystywane – istnieją bowiem aplikacje przemysłowe niewymagające takich parametrów. Głównym przeznaczeniem SCARA R-1 jest przenoszenie elementów (na stoisku prezentowano robota z chwytakiem elektromagnetycznym przenoszącego puszki metalowe); może być też stosowany w prostych operacjach montażowych.

Firma Pol-Sver jest głównie dystrybutorem maszyn i technologii do obróbki plastycznej blach i rur, lecz na stoisku targowym prezentowała roboty przemysłowe duńskiej firmy Universal Robots.

Tę nową generację robotów przemysłowych projektowano z myślą o stworzeniu urządzeń tańszych, mniejszych, cichszych i bardziej elastycznych niż tradycyjne. Rzeczywiście są one mniejsze, bardzo lekkie i łatwo można zmieniać ich ustawienie w hali produkcyjnej.

Są to konstrukcje aluminiowe i z tworzyw sztucznych. Firma oferuje dwa typy robotów: UR5 (masa 18,4 kg, udźwig

Fot. J. Barczyk

Targi i wystawy sprzyjają prezentowaniu nowości – także Automaticon był okazją do przedstawienia nowych rozwiązań konstrukcyjnych robotów przemysłowych.

Wspomniano już o nowej rodzinie małych robotów firmy KUKA, ale również inne duże firmy robotowe zaprezentowały swoje nowe produkty.

Utworzony w 2009 r. w Balicach k. Krakowa polski oddział Mitsubishi Electric Europe w swojej bogatej ofercie automatyzacji produkcji ma również roboty przemysłowe. Na stoisku prezentowano cztery roboty przemysłowe, w tym nową konstrukcję MELFA serii F (fot. 2).

RV-4FLMD charakteryzuje się przede wszystkim dużą przestrzenią roboczą (1300 mm × 1140 mm × 1300 mm) – w osi pionowej może obracać się o ±240°, a więc wykonać obrót o kąt większy niż 360°. Niektóre osie mają również możliwość wykonania większych obrotów (na przykład szósta oś ±360°).

Ponadto, robot ten może osiągać punkty leżące poniżej podstawy. Przy jego maksymalnym obciążeniu masą do 4 kg uzyskiwana jest powtarzalność położenia

Fot. 7. Stanowisko z dwoma robotami Mitsubishi Electric

Fot. 8. Stanowisko z robotami portalowymi Rexroth

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

17

Wydarzenia Relacje

5 kg, sześć osi, zasięg 850 mm, powtarzalność ±0,1 mm) oraz UR10 (masa 28,9 kg, udźwig 10 kg, sześć osi, zasięg 1300 mm, powtarzalność ±0,1 mm).

Wszystkie osie mają zakres ruchu ±360°.

W przykładowym zastosowaniu pokazano umieszczanie przedmiotu w ograniczonej przestrzeni (fot. 5). Roboty firmy Universal Robots można łatwo programować – przesunięcie ramienia robota jest zapamiętywane. Urządzenie wyposażone jest w wyświetlacz dotykowy z graficznym interfejsem użytkownika.

Ten sam typ robota prezentowany był na stoisku niemieckiej firmy Harmonic Drive – jako przykład zastosowania przekładni harmonicznych.

Firma Stäubli z Łodzi w zakresie robotyki oferuje roboty cztero- i sześcioosiowe, o różnych udźwigach, przeznaczone do różnorodnych zastosowań.

Na targach prezentowano robota przemysłowego TP80. Jest to urządzenie typu SCARA o masie 71 kg, maksymalnym udźwigu 1 kg i zasięgu 800 mm, z powtarzalnością pozycji mniejszą niż ±0,05 mm (fot. 6). TP80 jest bardzo szybki – przy maksymalnym obciążeniu w ciągu minuty może wykonać 170 cykli na torze 25 mm × 300 mm × 25 mm.

Wszystkie przewody elektryczne i pneumatyczne umieszczono wewnątrz korpusu. Główne obszary zastosowań tego robota to przemysł spożywczy, farmaceutyczny i kosmetyczny.

Przykłady zastosowań robotów „Pick&place” Na Automaticonie najczęściej prezentowano roboty wykonujące operacje przenoszenia różnego typu obiektów, na

Fot. 9. Stanowisko z robotem firmy Fanuc

przykład próbek, klocków, pojemników, butelek. Tego typu aplikacje pokazywało wielu wystawców.

Firma Mitsubishi Electric na oddzielnym stanowisku umieściła dwa roboty współpracujące z przenośnikiem firmy FlexLink – realizowały one zadanie przenoszenia próbek (fot. 7). Czteroosiowy robot RH-6FH, o masie 36 kg i udźwigu 6 kg, ma dokładność powtarzania położenia ±0,01 mm. Osie obracają się w zakresie ±170°, ±145° oraz ±360°, a czwarta oś przemieszcza się o 200 mm. Drugi czteroosiowy robot podwieszony RH-3SDHR, o masie 24 kg i udźwigu 3 kg, ma również dużą dokładność. Jest to bardzo szybkie urządzenie, którego maksymalna prędkość wynosi ponad 6000 mm/s.

Zadania pick&place bardzo często realizowane są przez manipulatory typu portalowego. Wielu producentów oferuje moduły liniowe, z których budowane są roboty portalowe. Na stanowisku easy handling prezentowano dwa

Fot. 10. Stanowisko z robotem spawalniczym Comau

trójosiowe manipulatory Rexroth, wyposażone w chwytaki pneumatyczne z dwiema i trzema końcówkami chwytnymi do przenoszenia szklanych buteleczek (fot. 8).

Paletyzacja Przedstawiony już robot firmy Comau to typowe urządzenie dedykowane do paletyzacji, ale podobne zadania realizowały także inne roboty.

Firma Fanuc Robotics Polska z Wrocławia dysponuje pełną gamą robotów do spawania i zgrzewania, pakowania i paletyzacji oraz obsługi maszyn i montażu. Podczas targów demonstrowano zastosowanie robota M710iC do załadunku/rozładunku skrzynek z napojami (fot. 9). Na robocie umieszczono urządzenie chwytające umożliwiające jednoczesne pobieranie z przenośnika (lub z pojemnika) czterech butelek. W polskim przemyśle zainstalowanych jest ponad 1300 robotów firmy Fanuc.

Spawanie Firma Comau do spawania łukowego oferuje konstrukcję Smart5 ARC4 (fot. 10). Jest to robot sześcioosiowy o zasięgu prawie 2 m, masie 375 kg, udźwigu 5 kg i powtarzalności ±0,05 mm. W urządzeniu znacznie obniżono zużycie energii. Wszystkie kable oprzyrządowania palnika spawalniczego są umieszczone we wnętrzu korpusu.

Zwykle Smart5 ARC4 montowany jest na posadzce, ale możliwe jest zamocowanie do sufitu lub ściany. Firma oferuje też różnego typu pozycjonery i osprzęt spawalniczy do zrobotyzowanych stanowisk spawalniczych.

Fot. 11. Zastosowanie robota w procesie montażu

18

Fot. 12. Wizja 3D firmy Lingaro

Na tegorocznym Automaticonie można było także zobaczyć roboty przemysłowe na stoiskach firm prezentujących swoje różnorodne wyroby lub usługi.

Fot. J. Barczyk

Montaż

Centrum Produkcyjne Pneumatyki Prema z Kielc, oferujące siłowniki pneumatyczne, zawory rozdzielające, odcinające i sterujące oraz instalacje pneumatyczne, pokazywało zastosowanie robota przemysłowego Mitsubishi Electric do montażu siłownika pneumatycznego (fot. 11). Do korpusu siłownika wkładany był tłok z tłoczyskiem i nakładana pokrywa, która następnie była dokręcana czterema śrubami. W cyklu odwrotnym realizowano demontaż siłownika.

Zrobotyzowany montaż elementów scalonych na płytkach drukowanych prezentowano również na jednym ze stanowisk firmy Festo.

Systemy wizyjne Współczesne roboty przemysłowe współpracują z systemami wizyjnymi i w tym roku wiele takich aplikacji można było zobaczyć na targach.

Na stoisku Eltronu prezentowano system wizyjny, współpracujący z robotem Yaskawa Mottoman, do rozpoznawania rozrzuconych kostek z napisami i do układania ich w stos.

Firma Festo zastosowała system wizyjny do rozpoznawania prawidłowości ustawienia końcówek elementów scalonych przed ich zrobotyzowanym montażem.

Wikpol wykorzystywał system wizyjny do rozpoznawania kart przy grze w pokera – robot Fanuc LR Mate 200iC rozdawał karty sobie i graczowi, wymieniał te żądane, oceniał wynik rozgrywki i zbierał karty.

Na fot. 12 przedstawiono fragment stanowiska firmy Lingaro, zajmującej się wizją komputerową 3D. W wyniku analizy obrazu z kamery umieszczonej nad stanowiskiem uzyskuje się informację o położeniu i zorientowaniu obiektów – do robota przekazywane są współrzędne możliwego do uchwycenia elementu (leżącego na górze).

Fot. J. Barczyk

Urządzenia chwytające Najwięcej robotów przemysłowych stosowanych jest w operacjach przenoszenia wyrobów. Nie budzi więc zdziwienia fakt, że także na Automaticonie demonstrowano głównie takie rozwiązania.

Firma Comau prezentowała w ubiegłym roku zastosowanie dużego robota do przenoszenia zgrzewek z butelkami wody – specjalny chwytak umożliwiał przenoszenie jednej lub kilku z nich. W tym roku na robocie Smart5 Pal 470-3.1 zamontowano chwytak do przenoszenia worków zaprawy klejącej (fot. 13). Uchwycenie i przenoszenie takiego miękkiego elementu wymaga nie

Fot. 13. Chwytak robota Comau

Fot. 14. Chwytak robota montażowego

tylko użycia sił ściskających, lecz również obejmowania go od spodu.

Skomplikowane rozwiązanie chwytaka (fot. 14) dla robota Mitsubishi Electric zastosowano w omówionym wyżej procesie montażu siłownika pneumatycznego. Chwytane są części siłownika o różnych wymiarach oraz wkręcane śruby. W ubiegłym roku na stoisku Mitsubishi Electric pokazywano robota RV 6S z zamontowaną głowicą zawierającą trzy chwytaki i jedno narzędzie – był to system konkurencyjny wobec stosowanych aplikacji automatycznej wymiany chwytaków i narzędzi. W obecnym rozwiązaniu jest to jeden chwytak z kształtowymi końcówkami chwytnymi i dodatkowym narzędziem.

W wielu prezentacjach systemów manipulacyjnych używano chwytaków podciśnieniowych.

Firma Piab tradycyjnie oferowała różnego typu i rodzajów przyssawki (na przykład wielowargowe do chwytania miękkich opakowań) oraz osprzęt do techniki podciśnieniowej.

Mercator oprócz elementów techniki próżniowej (przyssawki, eżektory) oferował także chwytaki i inne elementy wyposażenia robotów.

Bardzo prosty sposób zmiany położenia (rozstawienia) przyssawek zasto-

sowano w manipulatorze Festo (fot. 15) – taka potrzeba występuje w przypadku, gdy grupowo pobierane elementy mają różne ustawienia w położeniu początkowym i końcowym.

Obecnie przemysł metalowy przestał być głównym odbiorcą systemów zrobotyzowanych, a ciągle rozszerzający się zakres zastosowań wymusza stały rozwój urządzeń chwytających. Rzadko stosowane są zwykłe (typowe) chwytaki mechaniczne lub podciśnieniowe. Przeważnie są to wielofunkcyjne urządzenia chwytające z systemami sensorycznymi, często wyposażone w kamery wizyjne, oświetlenie i inne zespoły realizujące różne sposoby chwytania.

Szeroką gamę chwytaków pneumatycznych i serwoelektrycznych prezentowała firma Schunk. Znacząco rozszerza ona zakres działalności – w swej ofercie ma pneumatyczne, elektropneumatyczne i elektryczne moduły obrotowe, moduły liniowe, a także osprzęt do robotów.

Oferuje również chwytaki spełniające specyficzne wymagania przemysłu spożywczego, farmaceutycznego i medycznego. Na stoisku firmy Schunk prezentowano osprzęt do robotów: system wymiany narzędzi i chwytaków, urządzenia antykolizyjne i przeciążeniowe, kompensatory, przepusty obrotowe oraz sensor pomiaru siły i momentu.

W podsumowaniu należy stwierdzić, że na targach Automaticon 2013 prezentowano wiele urządzeń manipulacyjnych, o różnych strukturach kinematycznych, które swoim programem działania budziły duże zainteresowanie zwiedzających – demonstrowano różnorodne możliwości nowoczesnych napędów elektrycznych oraz wykorzystanie systemów wizyjnych.

Fot. 15. Zmienne rozstawienie przyssawek Festo

dr inż. Jan Barczyk PAR

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

19

Wydarzenia Relacje

Sensory i przetworniki pomiarowe na targach Automaticon 2013 Fot. 1

Pierwsze wrażenie, jakie można było odnieść po wejściu na teren targów Automaticon, było takie, że sektor pomiarów i automatyki jest, w jakiś trudny do zinterpretowania sposób, niewrażliwy na aktualną sytuację gospodarczą. Targi rozwijają się, i to mimo spowolnienia gospodarczego, o którym głośno w mediach. Nowa hala targowa została zapełniona w 100 %, podobnie jak nowy parking. Zwiększyła się liczba wystawców.

Inny pozytywny aspekt to duża liczba młodzieży – uczniowie techników, często z nauczycielami, oraz liczni studenci uczelni technicznych. Tak więc i przyszłość branży wydaje się zapewniona, nie grozi jej luka pokoleniowa.

20

w sposób ciągły. Urządzenie ma certyfikat ATEX, może być bez przeszkód stosowane w strefach zagrożonych wybuchem.

Przejdźmy do pomiarów przepływów.

Firma Badger Meter, obok typoszeregów

tradycyjnych już rozwiązań przepływomierzy elektromagnetycznych, komorowych, turbinowych i Coriolisa, przedstawiła oryginalne rozwiązanie przepływomierza wirowego. Oryginalność polega na zastosowaniu generatora wirów

Fot. 2

Fot. M. Turkowski/PAR

Przechodząc do meritum, czyli prezentowanych na targach sensorów i przetworników pomiarowych, zacznijmy od przyrządu uniwersalnego, który może być znakomitym narzędziem dla służb utrzymania ruchu właściwie w każdym zakładzie przemysłu przetwórczego. Jest to miernik ultradźwięków i wibracji (fot. 1) prezentowany przez firmę Introl.

Zaskakujące jest, że tak skromnie wyglądający przyrząd, wielkości multimetru elektrycznego, ma tak wiele funkcji. Umożliwia sprawdzenie poprawności smarowania łożysk, wykrycie przecieków gazów, sprawdzenie stanu zaworów, badania mechaniczne przekładni i badania elektryczne (wyładowania).

Może być doposażany w liczne akcesoria – bezkontaktowe zdalne sondy ultradźwięków, pirometr, obrotomierz, termoparę, przepływomierz strumienia masy itp. Realizacja tak wielu zadań jest możliwa dzięki zaawansowanemu oprogramowaniu, które w zależności od zastosowania ustala poziomy odniesienia i wykrywa anomalie w grupie urządzeń o podobnej budowie i funkcjach. W wielu przypadkach można zrezygnować z kosztownych, stacjonarnych systemów monitoringu działających

Fot. M. Turkowski/PAR

Fot. 3

w postaci cienkiego pręta o przekroju okrągłym (fot. 2). Przekrój taki jest rzadko stosowany z uwagi na większą zależność stałej przetwarzania od liczby Reynoldsa, a więc większą nieliniowość.

Niestety, firma nie zdradza, jak rozwiązano ten problem, ale deklarowane charakterystyki metrologiczne świadczą o poprawnym działaniu przepływomierza (linearyzacja charakterystyk w funkcji Re?). Wąski generator wirów, zabierający zaledwie 8 % przekroju poprzecznego rurociągu, zapewnia zminimalizowanie strat ciśnienia na przepływomierzu, ale z kolei ścieżka wirowa ma niewielką energię. Detekcję wirów realizują przetworniki ultradźwiękowe – wiązka ultradźwięków, przecinając ścieżkę wirową, jest modulowana z częstotliwością odrywania się wirów, co umożliwia wygenerowanie częstotliwościowego sygnału elektrycznego mimo niewielkich zawirowań generowanych przez pręt. Sygnał przetwarzany jest tak, aby uzyskać na wyjściu sygnał proporcjonalny do strumienia objętości lub objętości płynu, która przepłynęła przez czujnik.

Kontynuując temat przepływów – firma Krohne zaprezentowała przepływomierz wirowy z korekcją parametrów płynu (fot. 3). Jednoczesny pomiar ciśnienia i temperatury w obrębie przepływomierza umożliwia przeliczenie strumienia i ilości płynu na dowolne warunki lub na strumień masy, to ostatnie jest szczególnie istotne w przypadku pomiaru strumienia masy pary.

W Polsce prowadzone są liczne inwestycje gazownicze, na przykład budowa Gazoportu w Świnoujściu czy poszukiwania gazu łupkowego. Zarówno

w zakresie LNG, jak też pozyskiwania gazu z łupków zmuszeni jesteśmy na razie korzystać z obcych technologii.

Znacznie lepiej jest z pomiarem ilości gazu pozyskiwanego z różnych źródeł.

Firma Integrotech jest dostawcą gazomierzy ultradźwiękowych, które, mimo że są relatywnie drogie, mają wiele zalet – cechuje je wysoka dokładność, są wyposażone w elementy do autodiagnostyki, umożliwiają kompensację zaburzeń profilu prędkości w rurociągu itd.

Dzięki temu coraz szerzej stosowane są jako przyrządy rozliczeniowe w sieciach przesyłowych i dystrybucyjnych. Wskazania gazomierzy dotyczą objętości w warunkach pomiaru, podczas gdy do rozliczeń stosuje się objętość przeliczoną na warunki normalne lub inne warunki kontraktowe, na podstawie składu gazu, jego ciśnienia i temperatury. Firma Integrotech oferuje bazujące na zaawansowanej elektronice przeliczniki ilości gazu (fot. 4). Są one przeznaczone do współpracy z wszelkiego rodzaju gazomierzami i mają szereg wbudowanych funkcji, takich jak na przykład linearyzacja charakterystyki gazomierza i pamięć zdarzeń.

Do sterowania całą siecią przesyłową lub rozdzielczą gazu niezbędne jest przesłanie i zgromadzenie danych pochodzących z rozproszonych na terenie całego kraju obiektów oraz ich wizualizacja i prezentacja w określonym miejscu – w dyspozytorniach operatorów sieci przesyłowej, sieci rozdzielczych lub w Krajowej Dyspozycji Gazu.

Uzupełnieniem czy też przedłużeniem oferty firmy Integrotech jest realizujący te funkcje system TelWin SCADA i jego

Fot. 4

wyspecjalizowana wersja – GasWin. Są one oferowane przez spółkę Tel-Ster, która już w latach 2005 i 2008 została wyróżniona za swoje produkty.

Coraz bardziej zautomatyzowana masowa produkcja elementów i podzespołów mechanicznych wymaga stosowania nowych narzędzi natychmiastowej kontroli wymiarów geometrycznych produkowanych przedmiotów. Komparator do kontroli wymiarowej Equator firmy Renishaw (fot. 5) to uniwersalne, szybkie urządzenie do niestandardowej kontroli wymiarowej skomplikowanych przedmiotów, zastępujące kosztowne testy i sprawdziany. Skanowanie 3D za pomocą sondy wyposażonej w kilka czujników (fot. 5, prawy górny róg) umożliwia efektywny pomiar odchyłek kształtu przedmiotu przez porównanie

Fot. 5

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

21

Wydarzenia Relacje

z referencyjnym obiektem wzorcowym.

Odpowiednio częsty pomiar wzorca zapewnia kompensację efektów termicznych, co przy tradycyjnym pomiarze należałoby określać, prowadząc pomiary w laboratorium o kontrolowanej temperaturze. Firma Renishaw zademonstrowała też przetworniki położenia do zastosowań obrabiarkowych, liniowe i kątowe, odporne na czynniki zewnętrzne i o wyjątkowo wysokiej dokładności – w przypadku kąta najmniejsza rozróżnialna wartość to 0,08 sekundy kątowej.

Jednakże w zakresie pomiarów geometrycznych to sensor pomiarowy Keyence TM-3000 Series High-Speed 2D Measurement zyskał uznanie komisji konkursowej, która przyznała medal za ten właśnie produkt (fot. 6).

Urządzenie umożliwia wykonywanie błyskawicznych i zarazem precyzyjnych pomiarów elementów wytworzonych na szybkiej linii produkcyjnej. Zasada działania w dużym uproszczeniu polega na tym, że mierzony obiekt jest oświetlany skolimowaną wiązką zielonego światła, wygenerowanego przez diodę InGaN. Po przejściu przez badany obiekt wiązka skupiana jest na sensorze CMOS, na którym powstaje kontur mierzonego przedmiotu. Uzyskany obraz jest następnie przetwarzany i analizowany, wprowadzana jest korekcja wpływu położenia badanego obiektu oraz interpolacja, gwarantując pomiar z dokładnością większą niż 1 px. W końcowej fazie wyznaczane są wszystkie niezbędne wymiary liniowe i kątowe. Niepewność pomiaru wynosi 1 mm, a powtarzalność 0,15 mm. Szybkość pomiaru zależy od stopnia skomplikowania mierzonego detalu i dochodzi nawet do 1800 analizowanych detali na 1 min. W odróżnieniu od Equatora firmy Renishaw możliwy

22

jest pomiar jedynie elementów o stosunkowo prostej geometrii (detale płaskie lub osiowosymetryczne).

Kryterium jakości wyrobów i podzespołów to nie tylko wymiary mieszczące się w granicach tolerancji. Jednym z często stosowanych parametrów oceny jakości wyrobów i podzespołów jest ich szczelność. Zaprojektowany do realizacji tych funkcji detektor nieszczelności dla linii produkcyjnych ATEQ F5200 został także wyróżniony złotym medalem. Urządzenie to (fot. 7), wykorzystujące stosunkowo prostą zasadę pomiaru spadku ciśnienia wywołanego nieszczelnościami, ma szerokie zastosowanie w przemyśle. W branży motoryzacyjnej może służyć do badania szczelności silników, układów hamulcowych i paliwowych, amortyzatorów, skrzyń biegów, filtrów, chłodnic itp. W branży AGD za pomocą nagrodzonego urządzenia można

Mateusz Turkowski PAR

Fot. 7

Fot. M. Turkowski/PAR

Fot. 6

testować armaturę wodną i gazową, kuchenki i piece gazowe, żelazka parowe oraz pralki automatyczne. W zastosowaniach medycznych można badać cewniki, strzykawki, mikropipety i urządzenia do dializy. ATEQ F5200 nadaje się także do zastosowań w przemyśle opakowań.

Poza opisanymi innowacyjnymi urządzeniami każdy projektant czy inwestor mógł wybierać do woli spośród licznych mierników, przetworników i sensorów właściwie dowolnych wielkości występujących w przemyśle procesowym: od prostych manometrów do przetworników ciśnienia w klasie referencyjnej i od prostych kryz czy rotametrów do najbardziej wyrafinowanych przepływomierzy Coriolisa. Obok mierników i przetworników oferowano w szerokim asortymencie urządzenia do ich kalibracji, a także do prezentacji wyników (wyświetlacze, panele operatorskie).

W ostatnich latach także w branży aparatury pomiarowej dostrzegalne jest sukcesywne przenoszenie handlu do internetu. Dotyczy to głównie typowych prostych mierników, przetworników czy sygnalizatorów, których właściwości można łatwo sparametryzować. Jednak w przypadku projektowania bardziej skomplikowanych systemów lub niestandardowych rozwiązań zadań pomiarowych targi jeszcze na długo pozostaną niezbędnym forum wymiany wiedzy.

Potwierdzają to liczne burzliwe dyskusje i konsultacje, jakie można było obserwować na stoiskach.

CeBIT 2013: nowoczesne komunikowanie Tegoroczne targi CeBIT stały pod znakiem kontynuacji widocznych już w latach ubiegłych trendów Cloud Computing oraz Managing Trust.

Organizatorzy postawili sobie za cel upowszechnienie Shareconomy i przekonanie społeczności informatycznej, że sukces przedsiębiorstwa istotnie zależy od skutecznej wymiany wiedzy, stanowiącej podstawowy zasób w dzisiejszej rzeczywistości ICT.

Fot. M. Turkowski/PAR, CeBIT 2013

Fot. 1. Inauguracja targów – uroczystość otwarcia

Międzynarodowe targi szeroko pojętej branży ICT – CeBIT 2013 – odbyły się w tym roku w dniach 5–9 marca w Hanowerze. Myśl przewodnia targów CeBIT 2013 to Shareconomy – jako następstwo i kontynuacja wiodących tematów: Work and Life with the Cloud targów CeBIT 2011 (patrz: PAR 6/2011) i Managing Trust targów CeBIT 2012 (patrz: PAR 4/2012). Rozwijające się aplikacje w chmurze zdobyły zaufanie użytkowników. Teraz – pod hasłem Shareconomy – powinny być popularyzowane, jako nowy trend w gospodarce cyfrowej oraz formy współpracy bazujące na wymianie wiedzy, zasobów i doświadczeń. To nowe hasło programowe zostało przyjęte w wyniku presji wiodących firm high-tech, międzynarodowych instytu-

tów badawczych oraz tysięcy fanów techniki ICT wypowiadających się poprzez dostępne fora internetowe.

Tegoroczny podział tematyczny targów był powieleniem wprowadzonego w 2011 r. i kontynuowanego w roku 2012 podziału odzwierciedlającego aktualnie panujące trendy i tendencje w branży ICT. Wyszczególniono sektory CeBIT pro, CeBIT lab, CeBIT gov i CeBIT life, które zostały opisane już w poprzednich relacjach z targów. Dodatkowym elementem podziału był CeBIT Global Conferences, któremu przypisano grupy tematyczne: Center Stage, gdzie dyskutowano na temat głównych zagadnień ICT, Open Stage, gdzie poruszano tematykę Shareconomy oraz Power Stage z różnorodnymi warsztatami ICT.

Podczas wystąpień CeBIT Global Conferences Polskę reprezentowali minister gospodarki Janusz Piechociński oraz prezes Polskiej Izby Informatyki i Telekomunikacji Wacław Iszkowski. Sektor prywatny reprezentowały osoby z zarządów takich dużych firm, jak Infovide-Matrix czy polski oddział IBM.

Temat wiodący: Shareconomy Tematem przewodnim targów CeBIT 2013 było hasło Shareconomy. Oznacza ono najszerzej rozumiane platformy komunikowania się i wymiany informacji. W innowacyjnych przedsiębiorstwach wymiana i udostępnianie informacji dowiodły już swojej wartości, umożliwiając pracownikom współpracę między różnymi departamentami. Narzędzia komunikacyjne w firmie, takie jak mikroblogi i komunikatory, ułatwiają szybkie wyjaśnianie trudnych kwestii oraz służą rozpowszechnianiu istotnych informacji, a także stanowią platformy do szybkich i nieformalnych dyskusji nad wewnętrznymi procesami czy potencjalnymi usprawnieniami.

Podejście do tego zagadnienia na gruncie Shareconomy w skali globalnej oznacza wykorzystanie nowoczesnych platform komunikacyjnych, typu Cloud Computing i różnorodnych portali internetowych, do upowszechniania Systemu Zarządzania Zasobami Informacyjnymi Przedsiębiorstwa ECM (Enterprise Content Management), zawierającego Systemy Informatyczne Wspomagające Zarządzanie Przedsiębiorstwem ERP (Enterprise Resource Planning) oraz System Zarządzania Dokumentami DMS (Document Management System).

Istotnym elementem ECM jest także Zarządzanie Relacjami z Klientem CRM (Customer Relationship Management).

Od kiedy smartfony i tablety zaczęły istotnie wpływać na rozwój komunikacji sieciowej, BITkom prezentuje przekonanie, że sieci społecznościowe są główną siłą napędową mobilnego korzystania z internetu. Podczas gdy centralny system ECM zaimplementowany w przedsiębiorstwie ułatwia integrację mobilnych pracowników w strukturze firmy, rozwijające się aplikacje i narzędzia mobilne ułatwiają integrowanie i wymianę

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

23

Fot. 2. Inauguracja targów – odwiedziny stoiska firmy Comarch

informacji pomiędzy pracownikami mobilnymi a centralą.

Udostępnianie wiedzy może przyczynić się do zwiększenia przejrzystości w firmie i unikania dublowania rozwiązań przez pracowników zajmujących się podobnymi problemami. Dyskutowane rozwiązania stają się niezbędne np. w przypadku odejścia części realizatorów odpowiedzialnych za projekt, co powoduje m.in. ewentualną utratę zasobów w postaci wiedzy.

Można wyobrazić sobie scentralizowaną pulę wiedzy, do której mają dostęp przedstawiciele firmy pracujący w terenie. Dotyczyć by to miało także grup realizujących wspólnie z konsorcjantami projekty badawcze.

Rozwiązania xRM W targach uczestniczyło 227 firm prezentujących 324 rozwiązania systemów CRM. Oprogramowanie to obejmuje jeden z najszybciej rozwijających się obecnie tematów. Aplikacje CRM ciągle ewoluują i są dostosowywane do rosnących wymagań stawianych przez przemysł.

Zarządzanie relacjami z klientami jest ciągłą walką o utrzymanie istniejących odbiorców swoich produktów i pozyskiwanie nowych. Na rynku zaczęły pojawiać się również platformy xRM, które rozszerzają dotychczasowe zastosowanie systemu CRM. „X” w akronimie CRM zastępuje tradycyjnego klienta, aby stać się wartością zmienną, obejmującą szeroki wachlarz dziedzin. xRM może więc oznaczać współpracę z pacjentami służby zdrowia, nadzorować relacje z partnerami czy być inteligentnym koordynatorem spotkań, szkoleń, ekspozycji lub wystaw.

Obok dotychczasowych podejść w systemach CRM – takich jak „Personalizacja”, która polega na dostosowywaniu produktu do konkretnego klienta, czy „Marketing jeden na jednego”, koncentrujący się na budowaniu unikalnych relacji z indywidualnymi klientami

24

– pojawiło się nowe: „Marketing klientocentryczny”. W podejściu tym sukces firmy zależy od umiejętności zaspokojenia potrzeb klienta w sposób indywidualny, inteligentny, charakteryzujący się ukierunkowaniem wszystkich aktywności na niego.

Ranga systemów CRM jest dzisiaj tak duża, że dostawcy tego oprogramowania prezentują swoje produkty niezależnie na dwóch imprezach targowych: CRM-expo oraz na targach CeBIT jako CRM-expo@CeBIT.

Kraj partnerski CeBIT 2013 – Polska Co roku na targi CeBIT zapraszany jest wybrany przedstawiciel wystawców jako kraj partnerski. Zwykle wykorzystuje on wtedy szansę na szerokie zaprezentowanie rozwiązań ICT swoich firm oraz narodowych elementów kulturowych. W poprzednich latach były to m.in. Brazylia, Rosja, Turcja, Hiszpania oraz stan California USA. W roku 2013 na zaproszenie organizatorów Deutsche Messe oraz Federalnego Stowarzyszenia Technologii Informatycznych, Telekomunikacyjnych i Nowych Mediów BITkom (Bundesverband Informationswirtschaft, Telekommunikation und Neue Medien e.V.) krajem partnerskim została Polska. Na ponad 3000 m2 powierzchni prezentowała się jako kraj posiadający duży potencjał w dziedzinie informatyki. Wzrost rynku ICT w Polsce w 2012 r. o 2,6 % – do ponad 16 mld euro, motywowany rosnącą popularnością komputerów oraz usług mobilnych, potwierdza możliwości Polski i zapewnia jej drugą pozycją na rynku ICT w Europie Wschodniej i Centralnej (dane na podstawie raportu „ICT Market Report 2012/13” autorstwa EITO – European Information Technology Observatory).

Tradycją CeBIT jest udział przedstawicieli rządu kraju partnerskiego w ceremonii otwarcia targów. W tym roku Polskę reprezentował premier Donald Tusk, który wraz z kanclerz Niemiec Angelą Merkel dokonał inauguracji imprezy w przeddzień otwarcia targów dla zwiedzających.

Dzień później miały miejsce odwiedziny kilkunastu stoisk targowych. Na szczególną uwagę zasługuje wizyta na stoisku grupy kapitałowej Comarch, będącej przykładem współpracy polsko-niemieckiej w zakresie ICT. Ta polska firma, z siedzibą główną w Krakowie i oddziałami w wielu krajach świata, zaprezentowała dedykowane rozwiązania z zakresu obiegu dokumentów oraz zarządzania przedsiębiorstwem

z wykorzystaniem technologii chmury obliczeniowej jako SaaS (Software as a Service). Poza Comarchem ofertę z dziedziny informatyki prezentowało ponad 180 polskich wystawców.

Polski sektor ICT reprezentowały firmy prywatne, instytuty naukowe, uniwersytety i politechniki oraz instytucje sektora publicznego. Głównym miejscem prezentacji była polska hala numer sześć, gdzie swoje stoiska miały m.in. Ministerstwo Gospodarki i Pomorski Park Naukowo-Technologiczny z Gdyni. W pozostałych halach także nie brakowało polskich wystawców, którzy dostosowali się do przedstawionego wcześniej podziału tematycznego targów. Wielu z nich skupionych było wokół stoisk reprezentujących regiony geograficzne lub przemysłowe, jak np. stoisko województwa mazowieckiego, Dolnego Śląska czy Specjalnej Strefy Ekonomicznej Kostrzyń-Słubice.

Obecność na targach kolejny raz zaznaczył także Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP. W ramach prezentacji projektu Proteus wspólnie z Politechniką Poznańską zaprezentowano mobilne roboty inspekcyjne oraz bezzałogowy samolot, a także mobilne centrum dowodzenia.

Podczas targów CeBIT 2013 Polska jako kraj partnerski miała okazję zaprezentować najlepszą ofertę branży ICT. Liczne grono wystawców oraz udział polskich przedstawicieli w dyskusjach dowiodły, że Polska może być dumna z osiągnięć na rynku informatycznym i telekomunikacyjnym.

Marian Wrzesień, Łukasz Olejnik, Piotr Ryszawa Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

Fot. 3. Stoisko PIAP

Fot. Mat. pras. CeBIT 2013, PIAP

Wydarzenia relacje

Merkel i Tusk odwiedzili stoisko Rittal Rittal prezentował na targach CeBIT światową nowość - RiMatrix S, standardowe data center tworzone

Fot. PIAP, Rittal

na zasadzie klocków Lego.

– Jesteśmy pierwszą na świecie firmą, która poszła tą drogą. Całkowicie nową koncepcją standardowych centrów danych chcemy zmienić zasady gry na rynku IT – podkreślał Friedhelm Loh, właściciel i przewodniczący zarządu Rittal. – Dzięki RiMatrix S termin dostawy skraca się do sześciu tygodni.

Kanclerz Niemiec była pod wrażeniem systemu Rittal. – To szybciej niż dostawa meblościanki lub kuchni – skomentowała.

W centrum danych RiMatrix S wszystko ma konstrukcję modułową, jest dokładnie prefabrykowane oraz skalkulowane. Rittal podaje dokładne parametry dotyczące efektywności energetycznej data center, a tym samym przyszłych kosztów eksploatacji. Na stronie internetowej użytkownicy, korzystając z konfiguratora, mogą zapoznać się z szerokimi możliwościami systemu i przeprowadzić, po wprowadzeniu podstawowych danych, kalkulację efektyw-

ności. Rittal zaprezentował się szefom rządów podczas najważniejszych światowych targów IT jako jeden z największych wystawców. Międzynarodowy dostawca szaf sterowniczych i systemów z Herborn przedstawił na ponad 2000 m2 liczne nowości. Należy do nich między innymi Modulsafe Level E – służący do ochrony ważnych danych przed zagrożeniami typu ogień, woda, spaliny lub nieupoważniony dostęp. Do niezawodnego chłodzenia w centrach danych firma Rittal przedstawiła nowe LCP DX, perfekcyjnie dopasowane do środowisk, w których chłodzenia wymagają tylko niektóre komponenty IT. Odwiedzający stoisko premier Donald Tusk był bardzo zadowolony z rosnącego zaangażowania firmy w Polsce – kraju partnerskim CeBIT. Mat. pras. Rittal

REKLAMA

Rozkładamy na części pierwsz

e

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

www.AutomatykaOnline.pl

25

Wydarzenia Relacje

Moc emocji na stoku!

W dniu 10 marca 2013 r. na stoku narciarskim w Kluszkowcach k. Czorsztyna rozegrano trzecią edycję zawodów narciarsko-snowboardowych ASTOR Winter Cup 2013. Wydarzenie było o tyle niezwykłe, że zawodnicy, którym towarzyszyły rodziny oraz znajomi, to nie profesjonalni sportowcy, lecz osoby związane na co dzień z przemysłem.

starszych zawodników. Nie brakowało także maluchów, które pod okiem rodziców również znakomicie radziły sobie na stoku.

– Zawody były bardzo udane.

Uczestników nie zniechęciły prognozy pogody zapowiadające opady deszczu. Na linii startu zjawili się prawie wszyscy zarejestrowani zawodnicy – podsumowuje trzecią edycję ASTOR Winter Cup kierownik projektu Małgorzata Stoch. – Zaangażowanie oraz gorące serca uczestników zostały nagrodzone. Deszcz nie padał, a na ceremonii wręczenia pucharów zaświeciło słońce.

Fot. Astor

Na starcie obok przedstawicieli działów utrzymania ruchu, automatyki czy robotyki mocną grupą była młodzież, która zdeklasowała na mecie

W ASTOR Winter Cup 2013 wzięło udział ponad 200 osób z całej Polski. Organizator wydarzenia – firma ASTOR – już zapowiedziała kolejną edycję imprezy i zaprosiła wszystkich miłośników białego szaleństwa na zawody w 2014 r. Do zobaczenia na stoku za rok!

Mat. pras. ASTOR

26

Fot. Astor, Elesa+ganter, B&R Automatyka

Puchary wręczono aż w 11 kategoriach. Najmłodszy zawodnik miał pięć lat, najstarszy – 59 lat.

Szkolenia Wydarzenia

Certyfikowane szkolenia Rockwell Automation Elmark Automatyka jest Autoryzowanym Centrum Szkoleniowym Rockwell Automation od 1998 r. W ofercie firmy znajduje się szeroka gama szkoleń standardowych, obejmujących sprzęt Rockwell Automation oraz oprogramowanie Rockwell Software.

Szkolenia odbywają się w Centrum Szkoleniowym w Warszawie przy ul. Bukowińskiej 22. Elmark Automatyka dysponuje odpowiednimi salami wyposażonymi w sprzęt i materiały dydaktyczne, które zapewniają uczestnikom optymalne warunki do zdobywania i poszerzania nie tylko wiedzy teoretycznej, ale i praktycznej. Uzupełnieniem prezentowanej oferty są szkolenia wyjazdowe, które na życzenie firma organizuje u klienta.

Pełna oferta szkoleń dostępna jest na naszej stronie www.elmark.com.pl. Zapraszamy!

Honorata Wojdat ELMARK Automatyka Sp. z o.o.

Fot. ASTOR

tel. 22 541 84 60

Prowadzone przez Elmark Automatyka szkolenia umożliwiają inżynierom automatykom zarówno zdobycie nowej, jak i poszerzenie dotychczasowej wiedzy z zakresu: • programowalnych sterowników przemysłowych: PLC 5, SLC 500, MicroLogix, ControlLogix oraz CompactLogix; • systemów bezpieczeństwa GuardLogix; • paneli operatorskich: PanelView Standard i PanelView Plus; • konfiguracji i diagnostyki sieci przemysłowych: Ethernet/IP, ControlNet, DeviceNet, Remote I/O, DH+ i DH-485; • napędów, serwonapędów i sterowania pozycyjnego; • oprogramowania wizualizacyjnego, archiwizującego i wspomagającego zarządzanie produkcją.

Poza standardowymi szkoleniami Elmark Automatyka oferuje również szkolenia aplikacyjne, które są dostosowywane do indywidualnego zapotrzebowania klienta. Ofertę uzupełniają jedno- lub dwudniowe warsztaty (wykłady i zajęcia praktyczne) poświęcone rozwiązywaniu konkretnych zagadnień/problemów z zakresu automatyki i sterowania przy użyciu sprzętu Rockwell Automation (Allen-Bradley).

Program i czas trwania szkoleń zależą wyłącznie od potrzeb klienta.

Organizowane przez Elmark Automatyka szkolenia to m.in.: • wykłady i zajęcia praktyczne prowadzane w małych grupach, • zespół wyspecjalizowanych instruktorów, • indywidualny kontakt z trenerem, • profesjonalny sprzęt wykorzystywany na etapie zajęć praktycznych, • możliwość dostosowania toku zajęć do potrzeb klienta, • testy na zakończenie każdego modułu, sprawdzające wiedzę, umiejętności oraz postępy w nauce, • certyfikaty honorowane przez wszystkie oddziały Rockwell Automation na świecie.

Promocja

fax 22 541 84 61 www.elmark.com.pl

REKLAMA

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

27

Wydarzenia Patronaty

Nocna inwazja robotów Już 24 maja w Przemysłowym Instytucie Automatyki i Pomiarów PIAP odbędzie się druga edycja „Nocy Robotów PIAP”, tym razem pod hasłem „Odkryj Nieznane”. Na żywo będzie można zobaczyć roboty podczas akcji policyjnej, samodzielnie sterować konstrukcjami rozbrajającymi bomby, wziąć udział w wyścigach robotów, uścisnąć im dłoń, a nawet z nimi porozmawiać.

To będzie wyjątkowa noc, pełna niespodzianek, zarówno dla najmłodszych, jak i dorosłych osób fascynujących się najnowszymi technologiami oraz zupełnych laików. Przewodnikami po świecie robotów będą naukowcy, inżynierowie z Przemysłowego Instytutu Automatyki i Pomiarów PIAP oraz firmy partnerskie, między innymi Comau, Festo, Farnell element14 i Parameter AB, a także studenci z najlepszych uczelni technicznych w Polsce.

Autonomiczny Jurek i Star Wars Bohaterowie drugiej „Nocy Robotów PIAP – Odkryj Nieznane” to prawdziwe gwiazdy, pochodzące głównie z Polski i zyskujące uznanie na całym świecie! Wśród nich będzie między innymi Jurek – autonomiczny samochód, który nie potrzebuje kierowcy, oraz światowej sławy aktorzy ze Star Wars w postaci R2-D2 i R5-D4, którzy wcielą się w zupełnie nowe role – kelnera i konferansjera.

Robot żołnierz Dla fanów mocnych wrażeń roboty pirotechniczne Inspector i PIAP Scout, na co dzień służące w policji i wojsku, zaprezentują się z antyterrorystami w prawdziwej akcji rozbrajania ładunku wybuchowego. Zwiedzający będą też mogli przejść szkolenie z obsługi sterowania robotami i wziąć udział w realnym wyścigu z przeszkodami. Na miłośników wirtualnego świata czekać będą symulatory, a w nich misja uchwycenia bomby i przeniesienia jej w bezpieczne miejsce.

W powietrzu i na ziemi będą wojskowe drony – bezzałogowe statki latające, a całe wydarzenie sfilmują quadrokoptery, czyli robotyczni paparazzi.

28

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

sond i robotów badających inne planety. Z kolei w ramach Parku Współczesna Inżynieria – Zaawansowane Projektowanie Robotów zwiedzający będą mogli zeskanować własną twarz lub przyniesiony przez siebie przedmiot oraz zapoznać się z technologią przyrostowego wytwarzania i na żywo zobaczyć jak powstają wydruki 3D, z których budowane są między innymi konstrukcje robotów.

Organizatorzy i partnerzy Przemysłowy spryciarz Nie zabraknie też potężnych robotów przemysłowych, które tym razem pokażą swój kunszt rzemieślniczy, a także nowe oblicze – artystyczną i sportową duszę, a nawet zatańczą jak im DJ zagra.

Zabawa i edukacja Robotyczny świat zwierząt reprezentować będą Trąba Słonia, RoboPies, RoboLew i CyberRyba – najnowszy model mechanicznej ryby piątej generacji, pływający w ogrodowym basenie, a świat sportu – RoboPiłkarz i RoboBramkarz. Pomiędzy robotami rozegrane zostaną zawody sumo i wyścigi Formuły 1, czyli Line Follower. Podczas warsztatów, organizowanych przez iCount i Małego Inżyniera, będzie można samemu zbudować robota z klocków. Najnowsze wynalazki, między innymi roboty pomagające w rehabilitacji, roboty kroczące, robota społecznego, robota grającego w szachy czy elektryczny motocykl zaprezentują koła studenckie politechnik z całego kraju.

Najlepszy przyjaciel człowieka Wśród zagranicznych gości pojawić się ma prawdziwy celebryta, gwiazda – robot humanoidalny NAO! Doskonały towarzysz człowieka, ale także sportowiec uczestniczący w mistrzostwach świata w piłce nożnej robotów. Potrafi rozpoznać swojego właściciela zarówno po głosie, jak i na podstawie wyglądu. Umie tańczyć, mówić, a nawet przynieść i przeczytać gazetę.

Organizatorami wydarzenia są Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP, który od ponad 45 lat zajmuje się tworzeniem najnowszych technologii m.in. z dziedziny robotyki i automatyki oraz PIAP ScienTech, którego zadaniem jest upowszechnianie powstających w Instytucie wynalazków. Głównym patronem „II Nocy Robotów PIAP – Odkryj Nieznane” jest Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. W gronie patronów honorowych są: Minister Gospodarki, Minister Nauki i Szkolnictwa Wyższego, Marszałek Województwa Mazowieckiego, Prezydent Miasta Stołecznego Warszawy, Burmistrz Dzielnicy Włochy Miasta Stołecznego Warszawy, Komendant Główny Policji, Centrum Nauki Kopernik, Polska Izba Gospodarcza Zaawansowanych Technologii.

Patroni medialni to: TVP Info, Polskie Radio PROGRAM IV, Polska Agencja Prasowa, AMS i CityINFOtv, Magazyn Focus, miesięcznik naukowo-techniczny „Pomiary Automatyka Robotyka” oraz portale Robotyka.com, AutomatykaOnline.pl i o2.pl. Partnerzy wydarzenia to firmy: Comau, Festo, Farnell element14, Parameter AB, iCount i Mały Inżynier.

Wstęp na „II Noc Robotów PIAP – Odkryj Nieznane” będzie otwarty dla każdego, a wszystkie atrakcje będą całkowicie bezpłatne. Zapraszamy 24 maja w godzinach 1700-2400 do Przemysłowego Instytutu Automatyki i Pomiarów PIAP przy Al. Jerozolimskich 202 w Warszawie.

Szczegóły: www.nocrobotow.pl.

Paulina Wojda Przemysłowy Instytut Automatyki

Kosmiczne technologie Dodatkową atrakcją będzie Park Technologii Kosmicznych prezentujący elementy

i Pomiarów PIAP tel. 22 874 01 36, 603 75 16 18 e-mail: nocrobotow@piap.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

29

Temat numeru Obudowy i szafy sterownicze

Przeznaczone do zastosowań w warunkach zagrożenia wybuchem obudowy muszą spełniać wiele obostrzeń, które przekładają się na różne metody zapobiegania tego typu zagrożeniom. Każda z nich musi być odpowiednio oznaczona.

Obudowa, jako jeden z istotnych elementów urządzenia, musi spełniać kilka funkcji, uzależnionych od warunków, w jakich pracuje urządzenie. Przede wszystkim chroni ona znajdujące się wewnątrz elementy przed urazami mechanicznymi bądź penetracją czynników zewnętrznych. Musi również chronić użytkownika przed zagrożeniami, jakie mogą powstać w wyniku funkcjonowania urządzeń, np. porażenie prądem, awaria urządzenia. Część z nich musi być tak skonstruowana, aby zapewnić kompatybilność elektromagnetyczną, częściową lub całkowitą. Niektóre obudowy pozwalają na używanie urządzeń w strefach zagrożenia wybuchem. Istotnymi cechami branymi pod uwagę przy wyborze odpowiedniego produktu są również ergonomia i estetyka.

Z powodu tak szerokiego wachlarza parametrów dostępnych obudów niniejszy artykuł dotyczy jedynie produktów przeznaczonych do pracy w miejscach zagrożonych wybuchem.

W strefach zagrożenia wybuchem lub pożarem muszą być stosowane

30

urządzenia bezpieczne, chroniące przed takimi niebezpieczeństwami. W Europie normą narzucającą wymagania jest dyrektywa ATEX 94/9/EC „Wyposażenie i produkcja systemów do użycia w potencjalnie wybuchowej atmosferze”, która obowiązuje od 1 lipca 2003 r.

Cele dyrektywy ATEX 94/9/WE Celem dyrektywy ATEX jest zapewnienie swobodnego przepływu wyrobów objętych jej postanowieniami na obszarze Unii Europejskiej. Służyć ma ona również wyeliminowaniu, a przynajmniej zminimalizowaniu ryzyka użytkowania niektórych wyrobów w przestrzeniach zagrożonych wybuchem. Z tego względu wprowadza ona ujednolicone zasady i procedury oceny zgodności. Zasadnicze wymagania określone w dyrektywie, dotyczące bezpieczeństwa i ochrony zdrowia, odnoszą się zwłaszcza do: • potencjalnych źródeł zapalenia urządzeń przeznaczonych do stosowania w przestrzeniach zagrożonych wybuchem;

• systemów ochronnych, które uruchamiają się samoczynnie po wystąpieniu wybuchu i których zadaniem jest natychmiastowe powstrzymanie wybuchu lub ograniczenie skutków rozprzestrzeniania się płomieni i ciśnienia; • aparatury zabezpieczającej, która przyczynia się do bezpiecznego funkcjonowania urządzeń i samodzielnych systemów ochronnych w strefach zagrożonych wybuchem; • części i podzespołów, które nie pełnią samodzielnych funkcji, lecz są ważne ze względu na bezpieczeństwo funkcjonowania urządzeń lub systemów ochronnych.

Tylko wyroby objęte wymaganiami dyrektywy 94/9/WE, które są zgodne z jej postanowieniami, mogą być wprowadzane do obrotu na terytorium Unii Europejskiej oraz funkcjonować zgodnie z projektem i przeznaczeniem w przewidzianym środowisku. Dyrektywa 94/9/WE po raz pierwszy wprowadza zharmonizowane wymagania dotyczące urządzeń nieelektrycznych, urządzeń

Fot. CSI

Obudowy do zastosowań antywybuchowych

C

M

Y

CM

MY

CY

CMY

K

Fot. CSI

przeznaczonych do użytkowania w środowisku potencjalnie zagrożonym wybuchem mieszanin pyłowych oraz systemów ochronnych. Wymagania dotyczą również aparatury zabezpieczającej, przeznaczonej do instalowania poza strefami zagrożonymi wybuchem, która jest wymagana lub przyczynia się do bezpiecznej pracy urządzeń czy systemów ochronnych zainstalowanych w strefach zagrożonych wybuchem.

Wymogi te dotyczą zarówno urządzeń elektrycznych, jak i nieelektrycznych.

Postanowienia dyrektywy ATEX odnoszą się do wyrobów po raz pierwszy wprowadzanych do obrotu, zarówno produkowanych w krajach Unii Europejskiej, jak i importowanych spoza UE, bez względu na datę i miejsce wytworzenia. Biorąc pod uwagę, że pojęcie „wprowadzania do obrotu” dotyczy wyrobów pierwszy raz udostępnionych w celu ich dystrybucji i/lub użytkowania w Unii Europejskiej, dyrektywa ATEX 94/9/WE obejmuje tylko: • wyroby nowe produkowane w Unii Europejskiej, • wyroby „jako-nowe”, • wyroby nowe lub używane importowane spoza Unii Europejskiej, • wyroby nowe i oznakowane „jakonowe” przez osobę, która nie jest ich pierwotnym producentem.

Wyroby określane pojęciem „jako-nowe” to wyroby na tyle zmodyfikowane, że ich właściwości w zakresie bezpieczeństwa i ochrony zdrowia oraz ewentualnie działania są znacznie zmienione.

Producent odpowiada za zgodność wyrobów z wymaganiami dyrektywy,

jeśli wyroby te podlegają postanowieniom dyrektywy.

Zasadnicze wymagania dyrektywy ATEX Zasadnicze wymagania w zakresie bezpieczeństwa i ochrony zdrowia, dotyczące projektowania oraz wytwarzania urządzeń i systemów ochronnych, sprowadzają się do wymagania podstawowego: urządzenia i systemy ochronne powinny być projektowane zgodnie z zasadami zintegrowanego bezpieczeństwa przeciwwybuchowego.

W tym celu producent powinien podjąć działania, aby: • zapobiec, w miarę możliwości, wytworzeniu mieszaniny wybuchowej przez urządzenia i systemy ochronne; • zapobiec zapaleniu mieszaniny wybuchowej, uwzględniając charakter każdego źródła zapalenia, elektrycznego lub nieelektrycznego; • w przypadku powstania, mimo przedsięwziętych środków ostrożności, wybuchu, mogącego zagrozić swym działaniem bezpośrednim lub pośrednim bezpieczeństwu osób, zwierząt domowych oraz mieniu, natychmiast powstrzymać lub ograniczyć zasięg płomienia i ciśnienia wybuchu do bezpiecznego poziomu.

Oznaczenie Urządzenia, które mogą pracować w strefie zagrożenia wybuchem muszą posiadać oznaczenie zgodne z dyrektywą ATEX 94/9/EC. Przykładowe oznaczanie przedstawiono na rysunku obok.

1

Oznaczenie CE

2

Numer identyfikacyjny jednostki certyfikującej

3

Symbol wykonania przeciwwybuchowego

4

Grupa wybuchowości

5

Kategoria urządzenia

6

Rodzaj ochrony przeciwwybuchowej

7

Podgrupa wybuchowości

8

Klasa temperatury

Obudowy przeznaczone do strefy zagrożenia wybuchem Obudowy przeznaczone do pracy w warunkach zagrożenia wybuchem muszą spełniać wiele obostrzeń. Te z kolei przekładają się na różne metody przeciwdziałania powstawaniu zagrożenia.

Każda z metod – rodzaj – musi być również odpowiednio oznaczona.

Obudowa olejowa oznaczona symbolem Ex „o” zabezpiecza poprzez zanurzenie w oleju urządzenia mogącego wywołać eksplozję. Jest to bardzo dobre rozwiązanie, ponieważ oprócz gaszenia iskier zapewnia chłodzenie urządzenia i zapobiega możliwości samozapłonu w wyniku wzrostu temperatury.

Kolejnym typem są obudowy ciśnieniowe Ex „p” – zapewniają one ochronę poprzez wprowadzenie do obudowy gazu obojętnego, który wypiera ewentualną ingresję mieszaniny

REKLAMA

C

M

Y

CM

MY

CY

CMY

K

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

31

Temat numeru Obudowy i szafy sterownicze

Abtech

Abtech

Ex ZAG-EX

BPG-EX

stop aluminium AlSi 12, modyfikacja: powierzchnia chroniona przed wpływem wody morskiej

poliester wzmacniany włóknem szklanym

w standardzie: neopren, modyfikacja: silikon

w standardzie: neopren, modyfikacja: silikon

IP66

IP66

Wyposażenie i akcesoria

bloki złączek, zaciski szeregowe, listwa zbiorcza z przewodem ochronnym, uziemienie zewnętrzne, otwory wyprowadzające przewody, wsporniki mocowania do ściany ze stali nierdzewnej, zawiasy wewnętrzne/zewnętrzne, oddzielne prowadnice śrub poza obudową przeznaczone do mocowania

Klemmblocke, zaciski szeregowe, listwa zbiorcza z przewodem ochronnym, otwory wyprowadzające przewody, wsporniki mocowania do ściany ze stali nierdzewnej, zawiasy wewnętrzne/zewnętrzne, oddzielne prowadnice śrub poza obudową przeznaczone do mocowania

Nazwa firmy

Armagard

Hoffman

Model Materiał Materiał uszczelki Stopień ochrony

Zone 2

ZONEX

stal nierdzewna typu 316

stal nierdzewna typu 316

Materiał uszczelki

–

silikon

Stopień ochrony

–

IP66

kable i uziemienie, czterogniazdkowa listwa zabezpieczająca, wewnętrzny wentylator, obsługa poprzez membranową klawiaturę z przemysłową myszą (IP65)

wspornik listew DIN, akcesoria do montażu panelowego, odpowietrzniki kanalizacji, listwy zaciskowe, demontowane płyty podłogowe lub boczne

Model Materiał

Wyposażenie i akcesoria

wybuchowej oraz gasi iskry i innego typu źródła zapłonu.

Obudowy piaskowe są oznaczone symbolem Ex „q”. Ochrona przy tego typu obudowach jest zapewniona poprzez umieszczenie urządzenia w piasku. Do zasypywania jest używany specjalny piasek kwarcowy. Zapewnia on zarówno wygaszanie iskier, jak też równomierne odprowadzanie ciepła z urządzenia.

Równie popularnym rozwiązaniem jest zapewnienie szczelności obudowy.

Takie produkty są oznaczone symbolem Ex „d”. Rozwiązanie to oznacza uszczelnienie obudowy. Tak wykonana obudowa ma zatrzymać wewnątrz iskrzenia oraz atmosfery, tak aby zapobiec wydostaniu się jej na zewnątrz. Obudowy te są wytwarzane tak, by wytrzymać ciśnienie rzędu dziesiątek atmosfer.

Obudowy wzmocnione, o zwiększonej ochronie, oznaczone są symbolem Ex „e”. Ochronę tego typu zapewnia takie ich wykonanie, które zapobiega rozprzestrzenianiu się ewentualnego iskrzenia. Znajdują one zastosowanie w ochronie listew zaciskowych, połączeń elektrycznych, gniazd lamp itp.

W przeciwieństwie do typu „d” obudowy te chronią poszczególne elementy, a nie całe układy elektryczne. Bardzo często ten typ ochrony jest stosowany w połączeniu z ochroną typu „d”.

Symbolem Ex „i” oznaczane są tylko urządzenia z ochroną wymuszoną.

Układy elektryczne są tutaj tak skonstruowane, że podczas normalnej pracy nie powodują iskrzenia. W związku z tym ryzyko powstania eksplozji jest zredukowane do bardzo niskiego poziomu.

Symbolem Ex „m” są oznaczone obudowy zabezpieczone poprzez zalanie żywicą. Ten typ zabezpieczenia jest bardzo skuteczny, niestety żywice słabo odprowadzają ciepło, ponadto urządzenia nie mogą być naprawiane w razie ewentualnego uszkodzenia.

Obudowy metalowe Obudowy metalowe można podzielić na trzy grupy. Do pierwszej zaliczane są stalowe, najczęściej wykonywane ze stali nierdzewnych. Drugą grupę stanowią obudowy aluminiowe. Wskazane jest, aby było to aluminium odporne na

32

korozję, np. stop AlSi 12. Trzecią grupę stanowią obudowy na bazie mosiądzu.

Pierwotnie stosowano mosiądz berylowy, jako odmianę mosiądzu nieiskrzącego. Obecnie, ze względu na szkodliwość berylu, odchodzi się od tego stopu na rzecz mosiądzu niklowego.

Obudowy metalowe wykonywane są najczęściej ze stali szlachetnej ze względu na jej odporność na korozję. Dzięki prostemu procesowi technologicznemu przy ich produkcji stanowią one większość asortymentu obudów w wykonaniu Ex. Mogą one być produkowane w małych seriach lub też jednostkowo. Obudowa wycinana jest z blachy, następnie gięta i spawana. Najczęściej wykonywane są produkty hermetyczne, o stopniu ochronny od IP65 do IP68. Do ich uszczelnienia używane

Fot. Mera ZB

Nazwa firmy

są przeważnie uszczelki kauczukowe (np. neopren), odporne na działanie temperatury od –40 °C do +80 °C. Zazwyczaj są one wyposażone w prowadnice do mocowania płytek drukowanych.

Drugą grupę wśród produktów metalowych stanowią obudowy aluminiowe. Najczęściej są one wykonywane w formie odlewu, przez co produkuje się je w partiach średnio- i wielkoseryjnych. Zaletami obudów aluminiowych są mały ciężar i wysoka wytrzymałość.

Aluminium dobrze poddaje się obróbce skrawaniem, więc wykonanie otworów pod przepustnice oraz ewentualne inne przeróbki nie stanowią problemu.

Obudowy tego typu są w większości przeznaczone do pracy w warunkach zagrożenia wybuchem w strefie 2, zgodnie z wymogami dyrektywy ATEX 1063. Mogą one być wykonane jako obudowy Ex „e” oraz Ex „i”. Produkty aluminiowe wymagają stosowania powłok malarskich ze względu na utlenianie się aluminium i ewentualną korozję.

Najczęściej używane są do tego celu farby proszkowe termoutwardzalne, które tworzą trwałą powłokę. Alternatywą jest anodowanie powierzchniowe – estetyczne, lecz stosowane rzadziej ze względu na wyższy koszt.

Obudowy z tworzyw sztucznych Tworzywa sztuczne, ze względu na łatwy proces wytwarzania, także znalazły zastosowanie przy produkcji obudów Nazwa firmy Model Materiał Materiał uszczelki Stopień ochrony

Wyposażenie i akcesoria

Materiał Materiał uszczelki

Fot. Mera ZB

Stopień ochrony Wyposażenie i akcesoria

Materiały z tworzyw sztucznych mają istotną wadę – zewnętrzne warunki atmosferyczne (promieniowanie słoneczne UV) mogą łatwo zniszczyć ich powierzchnię.

Ich zalety to: uniwersalność, różnorodność kształtów i rozmiarów, łatwość obróbki mechanicznej oraz niska cena w przypadku typowego i popularnego asortymentu.

Rose

Rose

Polyester Ex Polyglas

Polyester Ex

poliester wzmacniany włóknem szklanym z dodanym grafitem

poliester wzmacniany włóknem szklanym z dodanym grafitem

silikon

w standardzie: neopren, modyfikacja: silikon

IP66

IP66

zaciski, przepusty kablowe, okno w obudowie, zewnętrzne uchwyty montażowe, płyta montażowa zewnętrzna, wspornik listew DIN

zaciski, przepusty kablowe, wspornik listew DIN, zewnętrzne uchwyty montażowe, śruby pokrywy ze stali nierdzewnej, plombowana śruba pokrywy, zewnętrzne zawiasy z odlewanego aluminium, płyta montażowa zewnętrzna, pokrywa z okienkiem

Nazwa firmy Model

w wykonaniu przeciwwybuchowym.

Najczęściej używa się poliestrów ze wzmocnieniem włóknami szklanymi.

Obudowy z tworzyw sztucznych są najczęściej stosowane w wykonaniu z zabezpieczeniem olejowym Ex „o”, ciśnieniowym Ex „p” oraz niekiedy piaskowym Ex „q”. Ze względu na właściwości izolacyjne tworzyw sztucznych tego typu produkty są odporne na iskrzenie.

Rose

Rose

Stainless steel Ex

Stainless steel Ex Flange

stal nierdzewna 1.4404/316L

stal nierdzewna 1.4404/316L

uszczelka pokrywy: silikon, kołnierz uszczelniający: CR

w standardzie: neopren, modyfikacja: silikon

IP66

IP66

zewnętrzne uziemienie, przepusty kablowe, pokrywa z okienkiem, wspornik listew DIN, zaciski, zewnętrzne uchwyty montażowe, płyta montażowa zewnętrzna

zewnętrzne uziemienie, przepusty kablowe, wspornik listew DIN, zaciski, zewnętrzne uchwyty montażowe

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

33

Temat numeru Obudowy i szafy sterownicze

Model Materiał Materiał uszczelki Stopień ochrony Wyposażenie i akcesoria

Fibox

Materiał Materiał uszczelki Stopień ochrony Wyposażenie i akcesoria

PEX

FEX-PC-7

aluminium

poliester

poliwęglan

–

–

–

IP66

IP66

IP54

wspornik listew DIN, zewnętrzne uchwyty montażowe, płyta montażowa zewnętrzna, przepusty kablowe

przepusty kablowe, wspornik listew DIN, zewnętrzne uchwyty montażowe, płyta montażowa zewnętrzna, zestaw zawiasów

wspornik listew DIN, płyta montażowa zewnętrzna, przepusty kablowe

Rolec

Rolec

aluKOM-Ex

polyKOM-Ex

aluminium EN AL-44300 / EN AL-44200

poliester wzmacniany włóknem szklanym

silikon

silikon

IP66

IP65

oddzielne prowadnice śrub poza obudową przeznaczone do mocowania, śruby pokrywy ze stali nierdzewnej, przepusty kablowe, zewnętrzne uziemienie, zewnętrzne uchwyty montażowe

oddzielne prowadnice śrub poza obudową przeznaczone do mocowania, śruby pokrywy ze stali nierdzewnej, zewnętrzne uchwyty montażowe, przepusty kablowe, płyta montażowa zewnętrzna, zaciski

Nazwa firmy

Rittal

Rittal

Model

Ex enclosure stainless steel with screwfastened cover

Ex enclosure stainless steel with hinged door

Ex enclosures Plastic

stal nierdzewna 1.4301 (AISI 304)

stal nierdzewna 1.4301 (AISI 304)

poliester wzmacniany włóknem szklanym

silikon

silikon

silikon

IP66

IP66

IP66

płyta montażowa zewnętrzna, zewnętrzne uchwyty montażowe, szyny nośne TS 35/7,5, przepusty kablowe, zewnętrzne uziemienie

zewnętrzne uchwyty montażowe, szyny nośne TS 35/7,5, szyny do zabudowy wewnętrznej, otworowana listwa montażowa, zewnętrzne uziemienie

zewnętrzne uchwyty montażowe, nakrętki wciskane M6, regulacja wgłębna płyt montażowych, szyny nośne, zewnętrzne uziemienie, kanał kablowy

Materiał Materiał uszczelki Stopień ochrony

Wyposażenie i akcesoria

Obudowy z tworzyw sztucznych mogą być wyposażone w przeźroczyste wieka, co umożliwia podgląd stanu podzespołów elektronicznych bez konieczności kontrolnego otwierania lub wyprowadzania lampek kontrolnych na ich panel. Ciekawym rozwiązaniem jest możliwość ultradźwiękowego zamykania i uszczelniania obudów – połączenie jest wówczas trwałe i bardzo szczelne. Jednorazowa forma zamknięcia uniemożliwia niepowołaną ingerencję we wnętrzu chronionego urządzenia.

Szafy ścienne Szafy ścienne znajdują zastosowanie zazwyczaj w branży teleinformatycznej oraz w miejscach, gdzie wymagana jest integracja większej liczby podzespołów.

34

Fibox

ALX

Nazwa firmy Model

Fibox

Rittal

W strefie zagrożenia wybuchem, przy konieczności zastosowania tam większej liczby urządzeń w jednym miejscu, korzystniej jest – zamiast wielu pojedynczych obudów – umieścić jedną szafę.

Produkty przeznaczone do pracy w takich warunkach zapewniają kompatybilność elektromagnetyczną z uszczelnieniem elektromagnetycznym drzwi.

Wszystkie, z wyjątkiem bardzo szczególnych zastosowań, są wykonane w standardzie 19” z takim rozstawem półek, aby wewnątrz zmieściła się standardowa płytka drukowana (eurocard). Są one wyposażone w moduły ekranujące HF, a obudowy układów elektronicznych spełniają standard kieszeni 19” oraz występują w wersjach o zwiększonej odporności na udary i wibracje.

Fot. Mera ZB

Nazwa firmy

Obudowy nietypowe Obudowy nietypowe są często wymagane w przemyśle, gdy konieczne jest umieszczenie konkretnego urządzenia niespełniającego wymagań iskrobezpiecznych, np. komputera. Stosowane są wówczas obudowy uniwersalne lub indywidualnie dostosowane dla danego urządzenia. Drugi wariant z pewnością zapewnia większą ergonomię użytkowania, jest jednak bardziej kosztowny.

Fot. Mera ZB

Osprzęt Obudowy iskrobezpieczne mogą być wyposażone w drzwiczki rewizyjne, szklane wizjery itp. Dodatkowo urządzenia znajdujące się wewnątrz mogą wymagać nietypowych rozwiązań, np. wyprowadzonego radiatora pasywnego czy też anteny.

W obudowach przede wszystkim istotne jest zapewnienie przyłączenia odpowiednimi przepustami doprowadzającymi przewody zasilające oraz sygnałowe.

Są to specjalne przepusty kablowe przeciwwybuchowe (potocznie dławnice), które również muszą spełniać wymogi dyrektywy ATEX. Wykonane są one najczęściej z metali oraz z tworzyw sztucznych, uszczelniane pierścieniami EPDM (gumowymi). Przepusty metalowe przeważnie wykonywane są z aluminium, mosiądzu niklowego oraz ze stali nierdzewnej dla średnic gwintów od M12 do M90. Przepusty kablowe powinny mieć wysoki stopień ochrony, np. IP68. Dostępne są również przepusty kablowe przeciwwybuchowe wykonane z tworzyw sztucznych, produkowane najczęściej z dyflonu oraz poliamidu. Są one przeznaczone do ochrony typu Ex „e” II i przeważnie używane w strefach 1 i 2. Najczęściej stosowany zakres średnic do tych przepustów kablowych wynosi od M12 do M63.

W pewnych uzasadnionych warunkach obudowa powinna być wyposażona

MERA ZB Sp. z o.o.

02-486 Warszawa, Al. Jerozolimskie 202 tel. 22 863 71 48, fax 22 863 87 40 email: biuro@mera-zb.pl www.mera-zb.pl

ROSE GmbH obudowy technika Ex Pflitsch GmbH przepusty kablowe REIKU GmbH systemy ochrony okablowania

MERA ZB Sp. z o.o. jest firmą wywodzącą się z byłego Zjednoczenia MERA, jego początki sięgają 1968 roku.

MERA ZB Sp. z o.o. jest dystrybutorem nowoczesnych obudów do urządzeń

Przegląd rynku

elektronicznych, obudów energetycznych,

Na polskim rynku dostępny jest duży wybór obudów. W tabelach przedstawiono wybrane produkty siedmiu producentów, przeznaczone do stosowania w strefach zagrożenia wybuchem. Obudowy wykonane ze stali oferują między innymi firmy Hoffman (dystrybutor CSI), Rose (dystrybutor Ex-com, Mera ZB) i Rittal, a iskrobezpieczne niestandardowe firma Armagard. Umożliwiają korzystanie z typowego komputera PC i monitora i są dostępne w wersji do ekranów kineskopowych i ekranów płaskich. Obudowy aluminiowe produkują firmy Abtech (dystrybutor Astat) i Rolec, wykonane z tworzyw sztucznych – Abtech (dystrybutor Astat), Rose (dystrybutor Ex-com, Mera ZB), Fibox, Rolec i Rittal. Jako materiał na uszczelki wykorzystywane są głównie neopren i silikon. W większości obudowy mają stopień ochrony IP66.

Duży wybór producentów i szeroki asortyment obudów iskrobezpiecznych pozwala na dokonanie precyzyjnego i uzasadnionego jakościowo oraz ekonomicznie wyboru najlepszego rozwiązania. Podczas doboru obudów należy zwracać szczególną uwagę na trwałość i jakość produktu. Jesteśmy zobowiązani do stosowania się do zapisów prawnych dyrektywy, jednak należy mieć również na uwadze możliwe niebezpieczeństwa i nieocenioną wartość życia ludzi.

Dorota Jackiewicz Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

skrzynek instalacyjnych dla urządzeń pomiarowych, automatyki, górnictwa.

Obudowy wykonywane w standardzie Ex, do stosowania w środowiskach zagrożonych wybuchem, posiadają ATEX. Certyfikowany System Zarządzania Jakością zgodny z normami ISO 9001 towarzyszy produktom od fazy rozwoju, poprzez fazę konstruowania i produkcji, aż do dostawy do klienta.

Reprezentujemy na rynku polskim jako bezpośredni dystrybutor firmy: • ROSE GmbH obudowy energetyczne, piloty, systemy zawieszeń, technika Ex • PFLITSCH GmbH przepusty kablowe w tym Ex, trasy kablowe, koryta koszykowe, siatkowe • REIKU GmbH systemy ochrony okablowania w tym dla robotyki Oferta nasza to również:

REKLAMA

Najczęściej wykonane są w standardzie IP65 lub wyższym. Szafy przeznaczone do pracy w strefie zagrożenia wybuchem najczęściej są wykonane w standardzie z zabezpieczeniem ciśnieniowym Ex „p”.

w sygnalizatory świetlne oraz przyciski.

Stosowanie dodatkowego osprzętu wymaga – podobnie jak w powyższym przypadku – przepustów kablowych, wykonania otworów i odpowiedniego uszczelnienia obudowy. W niektórych zastosowaniach (np. obudowy Ex „o”) newralgiczne znaczenie mają zarówno same dodatkowe komponenty, jak i uszczelnienie.

Jednym z istotnych aspektów praktycznych jest sposób mocowania obudowy. Większość producentów zapewnia możliwość mocowania za pomocą śrub prowadzonych w szczelnych, wewnętrznych kanałach. Mocowanie przy użyciu uchwytów i złącz kształtowych jest rzadziej spotykane. Ważne jest, aby mocowanie zapewniało pewne trzymanie obudowy, a w przypadku jej mechanicznego oderwania czy uszkodzenia nie powodowało rozszczelnienia i tym samym zagrożenia.

• BOPLA GmbH

obudowy elektroniczne

• WESTEC

złącza przemysłowe

• BINDER

złącza elektryczne

• AMPHENOL

złącza elektryczne

SERWIS • wiercenie • frezowanie • gwintowanie

• montaż elementów (złączki, przepusty Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013 35 kablowe)

Temat numeru Obudowy i szafy sterownicze

Rozdzielnice instalacyjne ISV firmy RITTAL proste w montażu rozwiązania rozdzielnic instalacyjnych ISV w ramach systemu modułowego Ri4Power. Dzięki wysokiemu stopniowi ochrony rozdzielnice nadają się do zastosowań w trudnych warunkach pracy.

Rozdzielnice instalacyjne, w zależności od typu odbiorcy, mogą być wyposażone w różnorodną aparaturę, m.in. w urządzenia przełączające i zabezpieczające.

Oznacza to, że konfiguracja ich systemu musi być elastyczna i tworzona w różnorodny sposób, uwzględniający zamontowane urządzenia. Instalacja rozdzielnic ISV jest maksymalnie prosta i efektywna. Dodatkowo urządzenia te mają wysoki indeks ochrony, często wymagany do zastosowań w środowiskach przemysłowych.

Sprawny montaż Nowe rozdzielnice ISV są częścią systemu Ri4Power i bazują na standardowej szafie TS8 oraz na obudowie naściennej AE. System ma specjalne elementy montażowe do zabudowy niezbędnych komponentów. Moduły instalacyjne mogą być łatwo, szybko i bezpiecznie instalowane na ramie montażowej, co pozwala zaoszczędzić przestrzeń. Różnorodne rozmiary modułów są odpowiednio sortowane wg jednostek o wysokości 150 mm i szerokości 250 mm, zapewniając w ten sposób ich idealny dobór. Korzystając z nowych modułów, w zależności od potrzeb można prosto i indywidualnie zamontować urządzenia przełączające i zabezpieczające, zaciski, podstawy bezpiecznikowe oraz wiele innych niezbędnych komponentów. Regulowana głębokość montażu urządzeń pozwala na ich łatwe dopasowanie do otworów w pokrywach.

Nie jest więc konieczne stosowania dodatkowych elementów, które podnoszą cenę zestawu. Dostępne są również dopasowane moduły dla rozłączników bezpiecznikowych serii NH o rozmiarach od NH 00 do NH 3, nadające się do dowolnego montażu w szafie. Nowe moduły wyłączników mocy pozwalają instalować aparaturę czołowych producentów:

W zależności od potrzeb można łatwo i indywidualnie zamontować urządzenia przełączające i zabezpieczające, zaciski, podstawy bezpiecznikowe oraz wiele innych niezbędnych komponentów

ABB, Eaton, Schneider Electric i Siemens, dla prądów znamionowych do 630 A przy użyciu modułów o zaledwie dwóch wielkościach.

Konstrukcja, na której instalowane są komponenty, jest o wiele lżejsza niż w poprzedniej wersji. Dla oszczędności kosztów rama montażowa wyposażona jest tylko w niezbędne elementy. Producent

Fot. Rittal

Rittal oferuje nowe,

REKLAMA

Rozdział mocy od S do XXL. 36

ENCLOSURES ENCLOSURES

sv_poln_420x108_2-seitig.indd 1

POWER POWER DISTRIBUTION DISTRIBUTION

CLIMATE CLIMATE CONTROL CONTROL

26.01.2012 09:17:04 sv_poln_420x1

Promocja

pominął niepotrzebne elementy, jednocześnie zapewniając elastyczność konieczną do dalszej rozbudowy.

Obecny system ma również nowe zalety upraszczające montaż. Ramę montażową można wyjmować z szafy, by móc wygodnie poza szafą usuwać moduły i podłączać różne urządzenia wraz z okablowaniem. Po zakończeniu prac związanych z podłączaniem przewodów, można ją z wszystkimi urządzeniami bez trudu umieścić w szafie, mocując śrubami.

Fot. Rittal

Różnorodność szaf z wysokim stopniem ochrony Nowy system zamawiania szaf, ram montażowych i modułów instalacyjnych pozwala wykonawcom rozdzielnic reagować znacznie szybciej na potrzeby klientów. Szafy rozdzielcze systemu Rittal w wersji AE są przystosowane do montażu naściennego lub w wersji TS8 – do zabudowy szeregowej. Ze standardowego asortymentu można wybrać zarówno modele ze stali nierdzewnej, jak i z blachy stalowej malowane proszkowo. Ponadto szafy ISV spełniają następujące wymagania w zakresie ochrony: TS8 – mają stopień ochrony IP55, a obudowy AE – IP66. Aby umożliwić dobór odpowiedniego rozmiaru obudów montowanych na ścianach, oferowane są cztery rozmiary obudów ze stali nierdzewnej lub sześć z blachy stalowej. W przypadku systemu do zabudowy szeregowej dostępny jest jeden rozmiar ze stali nierdzewnej i sześć różnych rozmiarów szaf z blachy stalowej. Wersja ze stali nierdzewnej w szczególności pozwala na użytkowanie szafy

CONTROL TROL

.2012 09:17:04 sv_poln_420x108_2-seitig.indd 2

nawet w niekorzystnych warunkach środowiskowych. Typowym przykładem jest zastosowanie w takich gałęziach przemysłu, gdzie mogą pojawić się gazy korozyjne, lub w aplikacjach zewnętrznych.

Integracja z oprogramowaniem Power Engineering Planowanie i konfigurację nowych rozdzielnic instalacyjnych ISV umożliwia aktualnie dostępne oprogramowanie Power Engineering w wersji 6.1. Ta nowa wersja sprawia, że planowanie funkcjonalności rozdzielnic instalacyjnych jest łatwe i szybkie. Po wybraniu odpowiedniej szafy można w niej wygodnie umieszczać moduły metodą „przeciągnij i upuść”. Jeśli na etapie planowania okaże się, że szafa jest zbyt mała, można wybrać większą. Alternatywnie, może ona zostać poszerzona poprzez połączenie z kolejną szafą. Automatyczne funkcje oprogramowania przyspieszają prace inżynierskie. Przykładowo, jeśli po skonfigurowaniu niezbędnych modułów pozostają wolne miejsca na moduły, to wymagają one zasłonięcia. Wystarczy kliknąć myszką, a program zaplanuje takie osłony niewykorzystanych miejsc. Dodatkowo do listy artykułów można dołączać również tworzone przez oprogramowanie rysunki montażowe skonfigurowanej rozdzielnicy. Plan wskazuje elementy do zamontowania i miejsca ich montażu. Instrukcje montażowe są zapisywane w całości w programie. W ten sposób specyficzna dla danego systemu dokumentacja może być sporządzona po naciśnięciu odpowiedniego przycisku.

IT INFRASTRUCTURE IT INFRASTRUCTURE

Niezależnie od tego, czy planowana jest rozdzielnica naścienna, czy stojąca, za pomocą obudów naściennych AE lub szaf do zabudowy szeregowej TS8 zawsze można wybrać obudowy ze stali nierdzewnej lub z blachy stalowej, uzyskując odpowiedni poziom ochrony

Nowe rozdzielnice instalacyjne ISV i oprogramowanie Power Engineering pozwalają tworzyć i planować systemy rozdziału mocy w nieskomplikowany i efektywny sposób. Wybierając szafy TS8 i obudowy naścienne AE, można sprostać większości wymagań w najbardziej zróżnicowanych zastosowaniach. Ponadto, szafy dystrybucyjne bazujące na szafach TS8 można szybko przyłączać do systemu rozdzielnic niskiego napięcia Ri4Power.

RITTAL Sp. z o.o. ul. Domaniewska 49, 02-672 Warszawa tel. 22 310 06 12, fax 22 310 06 16 www.rittal.pl

SOFTWARE SOFTWARE & SERVICES & SERVICES

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013 www.rittal.pl

37

26.01.2012 09:17:05

Aplikacje kultura i sztuka

Technika teatralna w Europejskim Centrum Muzyki Krzysztofa Pendereckiego w Lusławicach Europejskie Centrum Muzyki Krzysztofa Pendereckiego w Lusławicach – nowoczesny, wielofunkcyjny obiekt muzyczny – powstało w ciągu zaledwie 16 miesięcy. Firma Skanska, główny wykonawca budowy, podpisała z firmą Bosch Rexroth umowę

fosy orkiestry. Projekt został zrealizowany pod koniec ubiegłego roku.

Europejskie Centrum Muzyki Krzysztofa Pendereckiego stworzono z myślą o młodych, utalentowanych muzykach oraz profesorach – wybitnych specjalistach sztuki wykonawczej, kompozycji i szeroko pojętej humanistyki. Ma ono służyć

Fot. 1. Sala koncertowa w Europejskim Centrum Muzyki Krzysztofa Pendereckiego

jako miejsce inspiracji, zachęcające najzdolniejszych muzyków z całego świata do doskonalenia umiejętności i osiągnięcia pełnej dojrzałości artystycznej.

Obiekt zaprojektowano jako wysokiej klasy, wielofunkcyjny ośrodek muzyczny, stwarzający możliwości wszechstronnego doskonalenia w dziedzinie muzyki, organizacji koncertów oraz kameralnych spektakli baletowych.

Nowoczesny budynek zaprojektowało krakowskie biuro architektoniczne DDJM. Ma on powierzchnię prawie 10 000 m2, a jego sercem jest sala

Fot. 2. Europejskie Centrum Muzyki Krzysztofa Pendereckiego

38

Promocja

koncertowa o znakomitych parametrach akustycznych, przeznaczona dla 650 widzów. W skład obiektu wchodzą również: sala prób na 150 miejsc (która z powodzeniem może służyć za salę kameralną), biblioteka, czytelnia, sala multimedialna, pokoje ćwiczeń, magazyny instrumentów, garderoby, kuchnia, jadalnia oraz baza noclegowa dla 120 osób. Centrum posiada też pełną infrastrukturę techniczną.

Głównym wykonawcą budowy była firma Skanska, która podpisała umowę z firmą Bosch Rexroth obejmującą projekt i wykonanie fosy orkiestry. Kontrakt zawarto w grudniu 2011 r., a projekt został zrealizowany w 2012 r.

Zaprojektowana i wykonana przez Bosch Rexroth zapadnia fosy orkiestry służy do zmiany głębokości fosy orkiestry, w celu ulepszenia zarówno kontaktu z widzami, jak i akustyki.

Podstawowe dane techniczne zapadni: • nośność statyczna: 500 kg/m2 (maksymalnie 15 000 kg), • nośność dynamiczna: 250 kg/m2 (maksymalnie 5000 kg), • prędkość podnoszenia: 0–0,20 m/s, • skok: 2,75 m,

Fot. Bosch Rexroth Polska

na zaprojektowanie i wykonanie

SENSOR SOLUTIONS AND SYSTEMS Do wszystkich obszarów automatyki przemysłowej

Rys. 1. Projekt zapadni fosy orkiestry

ciężar konstrukcji stalowej: 5000 kg, wymiary: 3,58 x 17,82 m, napęd: pionowy sztywny, łańcuch: Serapid, 8 szt. LL50 – 2850 mm, moc silników elektrycznych: 4 x 7,5 kW. Zapadnię fosy orkiestry wykonano jako przestrzenną, ramową konstrukcję stalową. Napęd podnoszenia zapadni jest realizowany przez system sztywnych łańcuchów napędowych firmy Serapid, które przymocowano do zapadni za pośrednictwem płyty z powierzchnią antywibracyjną.

Napęd łańcuchów jest osadzony na ramie stalowej, która z kolei jest przymocowana do fundamentu specjalnymi kotwami. Synchronizacja skoku łańcuchów sztywnych jest zapewniona w sposób mechaniczny, poprzez wały Cardana. Łańcuchy rozmieszczone są w dwóch szeregach po cztery, przy czym każdy szereg napędzają poprzez przekładnie z parami stożkowymi silniki elektryczne. Synchronizację pomiędzy dwoma szeregami zapewnia wał synchronizujący, łączący położone naprzeciw siebie silniki elektryczne. Napęd zapadni jest sterowany komputerowo ze specjalnie przygotowanych pulpitów. Zapadnia fosy orkiestry jest prowadzona na obu krótszych stronach zapadni przez specjalne prowadnice. Składają się one z szyny prowadzącej, umocowanej do ścian kotwami i wózka przymocowanego do platformy. Zapadnia wyposażona jest w systemy bezpieczeństwa zgodnie z obowiązującymi normami. Tylna długa krawędź zapadni fosy orkiestry i odpowiadająca jej krawędź budynku na poziomie pod podłogą +1 m zaopatrzone są w ochronę krawędzi tnących w postaci listwy bezpieczeństwa – dotknięcie jej powoduje natychmiastowe zatrzymanie ruchu zapadni.

Do sterowania zapadnią służy ruchomy przenośny pulpit sterowniczy. Operator ma dwie możliwości: wybór jednego z trzech wymaganych poziomów lub wpisanie manualnie zadanej pozycji w milimetrach. Po naciśnięciu przycisku Start zapadnia dojeżdża do zadanego poziomu i zatrzymuje się. W listopadzie 2012 r. Bosch Rexroth zakończył instalację zapadni – wykonano próby obciążeniowe i przekazano do eksploatacji głównemu wykonawcy, czyli firmie Skanska.

Jako firma globalna, reprezentujemy specjalistyczną wiedzę w dziedzinie kompleksowych systemów, ciągłe innowacje, najwyższą jakość i największą niezawodność.

Balluff oznacza różnorodność technologii i najwyższą jakości obsługi.

2450 pracowników na całym świecie pracuje aby to zagwarantować.

Systemy i usługi

Sieci przemysłowe i połączenia

Identyfikacja przemysłowa

Detekcja obiektów

Pomiar drogi i odległości

Pomiar ciśnienia i poziomu

Akcesoria

Tomasz Batsch BOSCH REXROTH Polska Sp. z o.o. tel. 17 865 86 07 e-mail: tomasz.batsch@boschrexroth.pl www.boschrexroth.pl

REKLAMA

Fot. Bosch Rexroth Polska

• • • • •

Telefon +48 71 338 49 29

www.balluff.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

39

Rozmowa PAR

Stwórzmy „ekosystem” dla nauki i biznesu Wywiad z wicepremierem i ministrem gospodarki Januszem Piechocińskim.

W Polsce rocznie instalowanych jest około 200 sztuk robotów przemysłowych. Dla porównania, w Niemczech liczba ta wynosi około 20 000 (dane za: International Federation of Robotics). Co musi się wydarzyć, aby tempo

40

Fot. MG

Rozmawiamy w przededniu największych w Polsce targów automatyki i robotyki przemysłowej Automaticon 2013. Jakie znaczenie w Pana ocenie ma automatyzacja przemysłu w Polsce?

Automatyzację procesów produkcyjnych obserwujemy w Polsce już od wielu lat. Przez ostatnie dwie dekady nasi przedsiębiorcy zainwestowali w nowoczesne technologie, aparaturę i maszyny. Bardzo mnie to cieszy, bo przecież dalszy rozwój przemysłu wymaga coraz większego wykorzystania innowacyjnych narzędzi, między innymi robotów przemysłowych. Te z kolei nie powstałyby bez udziału wysoko wykwalifikowanej kadry badawczej i inżynieryjnej oraz najnowocześniejszych technologii informatycznych i telekomunikacyjnych. Tak przygotowane maszyny mogą z powodzeniem zastąpić lub wspomóc pracownika przy zadaniach niebezpiecznych i wymagających szczególnej dokładności. Są powszechnie używane choćby w przemyśle przetwórczym, gdzie liczy się precyzja operacji technologicznych, wydajność, niezawodność oraz czystość.

Robotyzacja pozwala skupić się pracownikom na innych zadaniach, takich jak nadzór, programowanie produkcji czy konserwacja. Wymusza również zmiany w systemie edukacji i kształcenia ustawicznego osób zatrudnianych w tych sektorach gospodarki, które wykorzystują roboty przemysłowe.

Fot. MG

robotyzacji polskich zakładów produkcyjnych osiągnęło poziom notowany u naszych zachodnich sąsiadów? Czy dostrzega Pan tu jakieś pole do działania dla Ministerstwa Gospodarki (MG)?

Nie wiem, czy porównywanie się akurat z Niemcami jest zasadne. Proszę pamiętać, że nasze gospodarki są zupełnie inne, różnimy się poziomem technologii i strukturą produkcji nawet w analogicznych sektorach przemysłu. To pokazuje, ile pracy jeszcze przed nami.

Z pewnością natomiast możemy pochwalić się wysoko wykwalifikowaną kadrą zatrudnioną w wielu fabrykach w Polsce. Dlatego jakość i wydajność pracy określonych operacji technologicznych nie musi ustępować wynikom robotów. W pewnych sytuacjach dobrze przeszkoleni pracownicy potrafią szybciej i lepiej zareagować niż nawet najnowocześniejsze maszyny. Nic jednak nie zastąpi nowych technologii.

Ponadto o wykorzystaniu robotów w zakładach decyduje to, czy w danych procesach produkcyjnych bardziej efektywne jest „zatrudnienie” maszyny czy człowieka. Wiele globalnych koncernów, na przykład z branży motoryzacyjnej, przyznaje, iż ich zakłady w Polsce należą do najwydajniejszych na świecie.

Dystans dzielący nas od zachodnich sąsiadów na pewno będzie zmniejszał się wraz z rozwojem w Polsce innowacji.

W obecnej sytuacji robotyzacja jest jednym z ważniejszych elementów innowacyjności przetwórstwa przemysłowego.

W opublikowanej na stronie MG, a tworzonej jeszcze za rządów Pana poprzednika, „Wizji zrównoważonego rozwoju dla polskiego biznesu 2050” jest mowa o rozwijaniu kapitału intelektualnego oraz gospodarki opartej na wiedzy. To pięknie brzmiące, acz ogólne założenia. Czy mógłby Pan Minister objaśnić to czytelnikom miesięcznika „PAR” bardziej szczegółowo? „Wizja zrównoważonego rozwoju dla polskiego biznesu 2050” nie jest dokumentem rządowym, lecz inicjatywą oddolną, podejmowaną przez przedsiębiorców. Jej założenia są jednak spójne z działaniami polskiego rządu.

Wszyscy zdajemy sobie sprawę, że musimy szukać nowych źródeł przewagi konkurencyjnej. Przykład bogatych krajów pokazuje, że tylko wzrost oparty na wiedzy i innowacjach może zagwarantować trwały rozwój.

Sednem gospodarki opartej na wiedzy są nowoczesne przedsiębiorstwa.

Przez takie rozumiem inteligentne

organizacje, inwestujące w innowacyjne projekty, znajdujące uznanie u odbiorców ze względu na wysoki poziom nowoczesności i konkurencyjności. Badania potwierdzają, że przedsiębiorstwa, które wdrażają innowacje są zdecydowanie bardziej rentowne od tych, które nie ponoszą takich nakładów.

To właśnie nowoczesne przedsiębiorstwa budują konkurencyjność całej gospodarki i generują wzrost PKB, wpływają na poprawę jakości życia obywateli oraz dostępność do nowych produktów i usług.

Czy mógłby Pan przedstawić Pańską ocenę perspektyw silnie promowanych idei energetyki prosumenckiej i pikoenergetyki, z uwzględnieniem prac nad ustawami o energetyce w Sejmie (tak zwany trójpak energetyczny)? Bez dopłat do gospodarstw domowych inwestycje są mało opłacalne i kłopotliwe, a dopłaty trafią przede wszystkim do producentów urządzeń, czyli nie w Polsce, i instalatorów, na szczęście krajowych, choć nie tylko.

W projekcie tzw. trójpaku energetycznego zawarliśmy wiele nowatorskich

W pewnych sytuacjach dobrze przeszkoleni pracownicy potrafią szybciej i lepiej zareagować niż nawet najnowocześniejsze maszyny. Nic jednak nie zastąpi nowych technologii.

Konkursy Narodowego Centrum Badań i Rozwoju (NCBiR) adresowane do instytutów badawczych mają na celu opracowanie i uruchomienie produkcji nowych, innowacyjnych wyrobów w polskich zakładach. Istotnym problemem jest brak rzeczywistego zainteresowania partnerów przemysłowych.

Potencjalni partnerzy – producenci – albo są zbyt mali i trudno jest im deklarować osiągnięcie wystarczająco dużej produkcji docelowej, przez co są negatywnie oceniani w procedurze konkursowej, albo nie są zainteresowani współpracą, bo korzystają z gotowych – na ogół zagranicznych – rozwiązań. Firmy, które wygrały konkursy, szybko „nasycają” się środkami NCBiR i współpraca ulega ograniczeniu – nie są w stanie rozliczać kosztów. Czy MG widzi ten problem i czy zamierza mu przeciwdziałać?

Kluczowe w tym obszarze jest ułatwienie przedsiębiorcom dostępu do informacji o prowadzonych badaniach oraz możliwościach ich wykonania na zlecenie ośrodków naukowych.

Dla zwiększania innowacyjności polskiej gospodarki istotne jest także wzmacnianie powiązań pomiędzy sferą badawczo-rozwojową i gospodarką.

Chcemy wpierać przede wszystkim naturalne procesy nawiązywania współpracy między biznesem a nauką poprzez stworzenie środowiska, w którym współpraca przedsiębiorstw będzie inicjowana w sposób łatwy i efektywny.

pomysłów dotyczących rozwoju całego sektora. Mają one zapewnić postęp ekonomiczny i technologiczny branży oraz jej stabilność. Pozwolą także lepiej chronić konsumenta energii oraz korzystać z odpowiednich standardów świadczonych usług.

W zakresie mikroenergetyki i małej energetyki, w tym także prosumenckiej, przygotowaliśmy rozwiązania, które w przyszłości pozwolą wykorzystywać lokalnie dostępne zasoby odnawialnych źródeł energii (OZE) do wytwarzania między innymi energii elektrycznej i biogazu rolniczego. Tego typu inicjatywy lokalne zwiększają udział energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych, co jest niezwykle ważne z punktu widzenia wypełnienia przez Polskę unijnych zobowiązań.

Nasz projekt wpisuje się także w działania deregulacyjne. Zmniejsza obciążenia dla przedsiębiorców oraz wprowadza ułatwienia gwarantujące między innymi wytwarzanie energii i sprzedaż jej nadwyżek przez prosumentów, produkujących energię elektryczną na własne potrzeby.

Ponadto zmiany w ustawie „Prawo energetyczne” zwiększają ochronę konsumenta między innymi poprzez możliwość zmiany sprzedawcy energii w ciągu 21 dni bez ponoszenia kosztów i odszkodowań innych niż wynikające z treści umowy. Nowe regulacje wprowadzają także obowiązek rozliczania energii elektrycznej według rzeczywistego

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

41

Rozmowa PAR

zużycia. Doprecyzowujemy też przepisy dotyczące rozliczania kosztów ciepła w budynkach wielolokalowych.

To tylko niektóre udogodnienia, przygotowane w ramach reformy prawa energetycznego, gazowego i ustawy o OZE. Mam nadzieję, że zaproponowane przez nas zmiany przełożą się na konkurencyjność, zrównoważony rozwój i bezpieczeństwo dostaw oraz poprawią sytuację w energetyce.

Czy MG w jakikolwiek sposób jest w stanie przeciwdziałać systematycznemu

Janusz Piechociński urodził się 15 marca 1960 r. w historycznych Studziankach Pancernych.

Ukończył studia na Politechnice Warszawskiej na Wydziale Elektroniki, specjalizacja – automatyka, oraz SGPiS (obecnie SGH) w Warszawie na Wydziale Ekonomiki Handlu i Usług. W czasie studiów członek Rady Wydziału i Senatu SGPiS. W latach 1987–1999 pracownik naukowy SGPiS, Katedra Historii Gospodarczej i Społecznej, specjalizacja – historia gospodarcza XX w., historia szkolnictwa ekonomicznego, integracja europejska. Członek PSL, od 1990 r. we władzach wojewódzkich i krajowych. Do końca 2002 r. prezes, a obecnie członek zarządu Województwa Mazowieckiego PSL i wiceprezes NKW. Poseł na Sejm z okręgu podwarszawskiego I, II, IV i obecnie VI kadencji. W latach 1991–1997 członek Sejmowej Komisji Finansów i Budżetu. 1992–1993 przewodniczący Nadzwyczajnej Komisji ds.

Przeciwdziałania Patologii w Gospodarce. W 1996 r. wiceprzewodniczący Komisji ds. Reformy Centrum Gospodarczego. W latach 2000–2001 członek Narodowej Rady Integracji Europejskiej przy Prezesie Rady Ministrów RP. W latach 2001–2005 przewodniczący, a od 2007 r. wiceprzewodniczący Sejmowej Komisji Infrastruktury. W latach 2005–2007 dyrektor ds. procesów inwestycyjnych w Zespole Doradców Gospodarczych. 5 grudnia 2012 r. został wicepremierem i ministrem gospodarki. Ma żonę Halinę, dwie córki i syna.

42

degradowaniu krajowych producentów, którym trudno jest konkurować zapleczem badawczym i potencjałem z takimi koncernami, jak Siemens, ABB, GE oraz napływem tanich produktów z Azji?

Niemal każda polska firma jest zmuszona do walki o udział w rynku z zagranicznymi koncernami inwestującymi w naszym kraju. Pytanie brzmi: jak skutecznie mogą one z nimi konkurować?

Na odpowiedź składa się wiele czynników, ale te najważniejsze to – postawić na kapitał ludzki, podnosić kompetencje i wiedzę zatrudnianych osób oraz wdrażać innowacyjne rozwiązania.

Dzięki unowocześnianiu stosowanych technologii i inwestowaniu w pracowników, polskie przedsiębiorstwa stają się coraz bardziej rozpoznawalne i zwiększają szansę na pozyskanie klientów.

Oczywiście konkurowanie z międzynarodowymi gigantami nie jest proste.

Małe i średnie firmy mogą jednak organizować się i współpracować w ramach klastrów. Wspólnie mają większą siłę, podnoszą swoją konkurencyjność i wzmacniają pozycję. Łatwiej im jest, jako grupie, uczestniczyć w krajowych i zagranicznych projektach z zakresu badań, rozwoju i nowych technologii.

Obecność w klastrze pomaga też zmierzyć się ze skutkami gospodarczego kryzysu. W ciągu ostatnich lat zaobserwowano w polskich przedsiębiorstwach znaczny wzrost zatrudnienia oraz liczby zarejestrowanych patentów.

Pokazuje to, że klastry mają duży potencjał rozwoju oraz mogą przyczyniać się do podnoszenia konkurencyjności nie tylko firm w nich zrzeszonych, ale całego regionu i kraju.

Kolejny problem: efekty badań i opracowania często nie wychodzą poza model laboratoryjny. W jaki sposób można obligatoryjnie rozszerzyć proces opracowań w ramach realizowanych projektów naukowo-badawczych, tak aby efekty opracowań kończyły się co najmniej na poziomie prototypu, a nie – jak często ma to miejsce – pokazu (prezentacji) na poziomie modelu laboratoryjnego?

Myślę, że główną barierą w tym zakresie może być brak dostępu do finansowania. Często małe i średnie przedsiębiorstwa mają problem z uzyskaniem kredytu bankowego. Dlatego tak zależy nam na zapewnieniu innowacyjnym firmom dostępu do wsparcia oferowanego im w ramach programów pilotażowych finansowanych w całości ze

środków krajowych, w ramach budżetu MG. Bardzo dużym zainteresowaniem cieszył się na przykład program „Bon na innowacje”, który realizowała Polska Agencja Rozwoju Przedsiębiorczości (PARP) w latach 2008–2012. Na jego podstawie właściciel firmy mógł otrzymać nawet 15 000 złotych, między innymi na wdrożenie lub rozwój nowoczesnej technologii czy produktu. Do końca 2012 roku PARP wypłaciła łącznie około 30,6 milionów złotych zewnętrznego finansowania ponad 2000 podmiotów.

W tym roku uruchomiliśmy program „Duży bon”, który jest uzupełnieniem „Bonu na innowacje”, zakończonego w 2012 roku. Wsparcie na opracowanie nowego wyrobu, projektu wzorniczego czy technologii produkcji otrzymają przedsiębiorcy, którzy prowadzą działalność produkcyjną. Zakładamy, że wielkość pomocy w ramach tego instrumentu wyniesie do 50 000 złotych i obejmie do 80 % wydatków kwalifikujących się do objęcia programem „Duży bon”.

Panie Ministrze, jaka jest Pańska wizja podnoszenia poziomu innowacyjności polskiego przemysłu? Co konkretnie MG planuje zrobić w tej sprawie w najbliższych latach?

Wpływ innowacji, transferu i komercjalizacji wiedzy oraz powiązań nauki i biznesu na rozwój przedsiębiorstw powinien być jednym z głównych obszarów polityki ekonomiczno-społecznej. Dlatego w „Strategii Innowacyjności i Efektywności Gospodarki” podkreśliliśmy, że nasza konkurencyjność musi opierać się nie tylko na wiedzy, ale również i na współpracy wszystkich uczestników życia gospodarczego.

Oczywiście nie ma prostej odpowiedzi na pytanie o „przepis na innowacyjność”. Priorytetowy kierunek działania określa przygotowana w MG „Strategia Innowacyjności i Efektywności Gospodarki”. Jej głównym celem jest budowa konkurencyjnej gospodarki opartej na wiedzy i współpracy biznesu z nauką.

Aby to osiągnąć, musimy spełnić kilka warunków, między innymi stworzyć stabilne otoczenie z niską inflacją, niezachwianą walutą czy skuteczną polityką gospodarczą. Równie ważne są sprawnie funkcjonująca administracja i system prawny, a także rozwinięta infrastruktura i wykwalifikowane kadry.

Aby namierzyć wiodące technologie i obszary przemysłowe, których rozwój nastąpi w ciągu najbliższych 20 lat, zleciliśmy opracowanie analizy „Foresight technologiczny przemysłu

Czy i w jaki sposób MG zamierza stymulować nie najlepiej funkcjonującą dziś współpracę sfer nauki i biznesu w polskiej gospodarce? Co, według Pana, jest przyczyną problemów w tej sferze?

Przede wszystkim chcemy zapewnić naukowcom i przedsiębiorcom szeroki dostęp do infrastruktury badawczej, zarówno w skali krajowej, jak i międzynarodowej. Będziemy premiować wspólne projekty nauki i biznesu, pomagać w zacieśnianiu formalnych i nieformalnych relacji. Zaproponowaliśmy wprowadzenie na polski rynek tak zwanego brokera technologii, którego zadaniem byłoby nawiązywanie kontaktów z przedsiębiorcami oraz kojarzenie partnerów transferu technologii.

Ciekawym rozwiązaniem współpracy między firmami a sektorem B+R są otwarte innowacje, czyli włączenie praktyków w projekty badawcze. Nie chcemy jednak narzucać przedsiębiorcom i naukowcom konkretnych form kooperacji, a jedynie eliminować bariery w ich kontaktach.

W odniesieniu do środowiska akademickiego, zależy nam również na

rozwoju nowoczesnej kadry naukowej, mobilnej nie tylko w skali krajowej, ale i międzynarodowej. Równie ważne jest kształtowanie kultury i postaw przedsiębiorczych w szkołach i na uczelniach wyższych. Planujemy na przykład cykliczne krajowe kampanie promujące różnego rodzaju instrumenty wsparcia oraz spotkania informacyjne nagłaśniające tematykę związaną z B+R i innowacyjnością.

NOWE ZASILACZE SERII S8VK

Czy nie sądzi Pan, że wyższe uczelnie techniczne powinny wyjść spod skrzydeł Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego (MNiSW), a wejść pod zwierzchnictwo MG (tak jak ma to miejsce w przypadku instytutów badawczych)? Wtedy można by lepiej dostosowywać profil uczelni technicznych do bieżących potrzeb gospodarki.

Dostosowujemy profil uczelni do bieżących potrzeb gospodarki. Razem z MNiSW opracowaliśmy między innymi wspólną wizję przygotowywania kadr dla rozwoju nauki i współpracy z przemysłem w „Strategii Rozwoju Kapitału Ludzkiego 2014–2020”.

Chcemy zachęcić przedsiębiorców do wpływania na system szkolnictwa wyższego, na przykład poprzez angażowanie się pracodawców w kształtowanie systemu edukacji w szkołach zawodowych. Pomagamy również w tworzeniu Akademickich Inkubatorów Przedsiębiorczości.

Nie jest więc problemem, kto w rządzie nadzoruje naukę i badania, ale jak silnie skoordynowane są sektorowe polityki i działania. Budowa systemowej współpracy sektora B+R z realną gospodarką jest nie tylko zadaniem dla wymienionych ministerstw, ale dla wszystkich zaangażowanych w ten proces.

Planujemy także wsparcie rozwoju obszarów przemysłowych wskazanych w ramach wspomnianej już analizy „Foresight technologiczny przemysłu w Polsce – InSight 2030”. Na pewno podejmiemy też współpracę z resortami nauki i edukacji, aby dostosować programy nauczania do kształcenia kadr w kluczowych dla gospodarki obszarach technologicznych i przygotowania fachowców do tak zwanych zawodów przyszłości.

Rozmawiali Anna Ładan i Seweryn Ścibior PAR

Gwarantowana niezawodność na całym świecie Firma Omron stworzyła nową serię zasilaczy kompaktowych. Charakteryzują się one wysoką jakością i praktyczną konstrukcją, które zapewniają wyjątkowe bezpieczeństwo, niezawodność i łatwą instalację. Oprócz tego zasilacze z nowej serii S8VK są jeszcze solidniejsze, bardziej kompaktowe i łatwiejsze w użyciu. Firma Omron jest światowym liderem w projektowaniu i produkcji zasilaczy przemysłowych. Nasz pierwszy zasilacz kompaktowy - model S82K wprowadziliśmy w 1987 r., a produkty kompaktowe z serii S8VS są od 2002 r. jednym z najchętniej wybieranych modeli przez klientów.

Omron Electronics Sp. z o.o.

Tel. +48 22 458 6666 info.pl@eu.omron.com industrial.omron.pl

REKLAMA

– InSight 2030”. Zidentyfikowaliśmy 33 obszary przemysłowe i 99 technologii priorytetowych, które wchodzą w skład 10 Pól Badawczych. Są to między innymi biotechnologie przemysłowe, nanotechnologie, technologie fotoniczne, technologie mikroelektroniczne, technologie kogeneracji i racjonalizacji gospodarowania energią, technologie pozyskiwania surowców mineralnych, zdrowe społeczeństwo i zielona gospodarka. Określone technologie i obszary będą podstawą do opracowania „Programu wdrażania wyników projektu InSight 2030”.

Ponadto wspólnie z resortami nauki i szkolnictwa wyższego oraz rozwoju regionalnego prowadzimy prace nad określeniem nowej perspektywy finansowej na lata 2014–2020, w ramach której szczególny nacisk położymy między innymi na zapewnienie przyjaznych warunków dla rozwoju innowacyjności. Jednym z głównych celów dla Polski będzie zwiększenie innowacyjności gospodarki poprzez wzrost nakładów prywatnych na badania i rozwój, podniesienie jakości i interdyscyplinarności badań naukowych oraz zwiększenie stopnia ich komercjalizacji i umiędzynarodowienia. Szacujemy, że dzięki tym działaniom nakłady na B+R wzrosną do poziomu 1,7 % PKB, zgodnie z celami unijnej strategii Europa 2020.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

43

Automatyka Sterowniki PLC

Programowanie sterowników PLC zgodnie z normą IEC 61131-3. Część 2 Graficzne języki programowania są jedną z cech, które odróżniają sterowniki PLC od komputerów czy mikrokontrolerów, czyniąc tworzenie i analizę ich programów dużo prostszą.

W poprzednim artykule przedstawiono podstawowe elementy, z których składa się program dla sterownika PLC utworzony zgodnie z wymaganiami normy IEC 61131-3. Poprzedzone to zostało omówieniem zagadnień teoretycznych, takich jak budowa modelu oprogramowania i sposoby komunikacji pomiędzy jego elementami. W tym artykule zajmiemy się natomiast graficznymi językami programowania, wśród których standard IEC rozróżnia schemat drabinkowy LD (ang. Ladder Diagram) oraz schemat bloków funkcyjnych FBD (ang. Function Block Diagram). Norma opisuje również język SFC (ang. Sequential Function Chart), który umożliwia przedstawienie struktury programu (jego poszczególne etapy i warunki są już jednak opisane w jednym z pozostałych języków).

Schematy elektryczne a język drabinkowy Schemat drabinkowy jest najstarszym językiem programowania sterowników PLC. To właśnie zdecydowało w dużej mierze o sukcesie modelu Modicon 084. Język ten powstał na bazie tradycyjnych schematów elektrycznych, stosowanych w projektowaniu

Rys. 1. Przykładowy fragment schematu elektrycznego

układów sterowania zbudowanych na przekaźnikach. Argumentem przemawiającym za ich wykorzystaniem do zapisu programu była doskonała znajomość schematów przekaźnikowych wśród inżynierów i techników elektryków, którzy mieli obsługiwać sterowniki PLC. Nie bez znaczenia był również fakt, że taki zapis umożliwiał bardzo proste przekształcenie sterowania realizowanego za pomocą przekaźników na program PLC. Na rys. 1 przedstawiono przykładowy fragment poziomego schematu elektrycznego (taką formę zapisu stosuje się np. w USA). Jak widać, składa się on z dwóch pionowych linii, symbolizujących szyny zasilające oraz rozpiętych pomiędzy nimi linii poziomych (symbolizujących elementy obwodu połączone przewodami). Można na nim wyróżnić elementy takie jak styki przycisków (normalnie otwarte, np. PB-001, albo normalnie zamknięte, np. PB-001.1), lampki sygnalizacyjne (np. LT-002) oraz cewki i styki przekaźników lub styczników (np. CR-001). Elementy sterujące, typu styki, umieszczone są po lewej stronie, natomiast elementy sygnalizacyjne i wykonawcze po prawej.

Rys. 2. Przepływ prądu w pojedynczym obwodzie z przykładu

44

Układ pokazany na przykładowym schemacie realizuje załączanie i wyłączanie dwóch silników, np. silnika głównego i jego wentylatora. Obydwa załączane są przyciskiem START ze stykiem normalnie otwartym NO (PB-001 i PB-004), a wyłączane przyciskiem STOP wyposażonym w styk normalnie zamknięty NC (PB-001.1 i PB-004.1).

Za pomocą styków pomocniczych zrealizowano tzw. funkcję podtrzymania, co umożliwia załączenie przez chwilowe wciśnięcie przycisku START. Załączenie silnika głównego jest możliwe dopiero po załączeniu jego wentylatora.

Możliwe drogi przepływu prądu w pojedynczym obwodzie przedstawiono na rys. 2. Faktyczny przepływ będzie zależał od stanu poszczególnych styków.

Taka forma zapisu schematu elektrycznego zawiera nie tylko informacje o strukturze układu, ale umożliwia łatwą analizę sposobu jego działania i dlatego została wykorzystana jako podstawa dla pierwszego graficznego języka programowania PLC. Na rys. 3 przedstawiono fragment programu będącego odpowiednikiem sterowania przekaźnikowego ze schematu na rys. 1.

Można zauważyć, że ujednolicono oraz uproszczono wykorzystywane symbole. Należy pamiętać, że w czasach, gdy powstawały sterowniki PLC (początki lat siedemdziesiątych), urządzenia do ich programowania były dość prymitywne, a dokumentację programu tworzono często na maszynie do pisania. Język drabinkowy został zaprojektowany tak,

Tab. 1. Rodzaje styków Reprezentacja graficzna

Opis działania

Styk normalnie otwarty (NO) Pozostaje zamknięty (pozwalając na przepływ prądu ze strony lewej na prawą), jeśli powiązana z nim zmienna typu BOOL ma wartość 1 (TRUE), w przeciwnym wypadku jest otwarty i prąd nie przepływa.

Styk normalnie zamknięty (NC) Pozostaje zamknięty (pozwalając na przepływ prądu ze strony lewej na prawą), jeśli powiązana z nim zmienna typu BOOL ma wartość 0 (FALSE), w przeciwnym wypadku jest otwarty i prąd nie przepływa.

Styk chwilowego zadziałania reagujący na zbocze narastające Jest zamykany na jeden cykl (pozwalając na przepływ prądu ze strony lewej na prawą) tylko wtedy, gdy stan zasilania z jego lewej strony zmieni się z niskiego na wysoki. W pozostałych przypadkach jest otwarty i prąd nie przepływa. W celu wykrycia zbocza poprzedni stan zasilania zapisywany jest w powiązanej z nim zmiennej typu BOOL i porównywany z jego aktualnym stanem.

Styk chwilowego zadziałania reagujący na zbocze opadające Jest zamykany na jeden cykl (pozwalając na przepływ prądu ze strony lewej na prawą) tylko wtedy, gdy stan zasilania z jego lewej strony zmieni się z wysokiego na niski. W pozostałych przypadkach jest otwarty i prąd nie przepływa. W celu wykrycia zbocza poprzedni stan zasilania zapisywany jest w powiązanej z nim zmiennej typu BOOL i porównywany z jego aktualnym stanem.

Tab. 2. Rodzaje cewek Reprezentacja graficzna

Opis działania

Cewka zwykła Stan zasilania z lewej strony jest kopiowany do powiązanej z cewką zmiennej typu BOOL (i przekazywany na prawą stronę).

Cewka zanegowana Stan zasilania z lewej strony jest przekazywany na prawą stronę, natomiast do zmiennej typu BOOL powiązanej z cewką jest kopiowana jego negacja (tzn. 0 lub FALSE dla stanu wysokiego i 1 lub TRUE dla niskiego).

Cewka zatrzaskowa typu SET Jeśli zasilanie z lewej strony cewki jest w stanie wysokim, do zmiennej typu BOOL powiązanej z cewką zapisywana jest wartość 1 (TRUE). Wartość tak zapisanej zmiennej może być zmieniona tylko za pomocą cewki typu RESET. Cewka zatrzaskowa typu RESET Jeśli zasilanie z lewej strony cewki jest w stanie wysokim, do zmiennej typu BOOL powiązanej z cewką zapisywana jest wartość 0 (FALSE). Wartość tak zapisanej zmiennej może być zmieniona tylko za pomocą cewki typu SET. Cewka chwilowego zadziałania reagująca na zbocze narastające Stan zasilania z lewej strony jest przekazywany na prawą stronę. Powiązana zmienna typu BOOL przyjmuje wartość 1 (TRUE) na jeden cykl, tylko w chwili wykrycia zmiany stanu zasilania z lewej strony cewki z niskiego na wysoki. W pozostałych wypadkach zmienna ta przyjmuje wartość 0 (FALSE).

Cewka chwilowego zadziałania reagująca na zbocze opadające Stan zasilania z lewej strony jest przekazywany na prawą stronę. Powiązana zmienna typu BOOL przyjmuje wartość 1 (TRUE) na jeden cykl, tylko w chwili wykrycia zmiany stanu zasilania z lewej strony cewki z wysokiego na niski. W pozostałych wypadkach zmienna ta przyjmuje wartość 0 (FALSE). aby program można było łatwo przedstawić, stosując standardowy zestaw znaków (bez użycia trybu graficznego).

Nawet dzisiaj można jeszcze spotkać narzędzia do programowania PLC w języku drabinkowym pisane pod system DOS i w związku z tym operujące wyłącznie trybem tekstowym. Symbole elementów używanych w języku drabinkowym zostały maksymalnie uproszczone, ale sposób ich działania pozostaje przeważnie taki sam, jak ich elektromechanicznych odpowiedników.

Podstawowe elementy języka drabinkowego Język drabinkowy wywodzi się w linii prostej ze schematów elektrycznych używanych przy opisie układów

przekaźnikowych. Podobnie jak te schematy program w języku drabinkowym tworzony jest w formie dwóch pionowych linii (nazywanych lewą i prawą szyną zasilającą), między którymi rozpięte są linie poziome (nazywane szczebelkami drabinki). Na nich umieszczane są połączone elementy programu. Szczebelki drabinki (graficzne odpowiedniki linii programu) mogą być oznaczone etykietami, np. kolejnymi liczbami.

W przeciwieństwie do układów przekaźnikowych, gdzie prąd płynie wszystkimi torami jednocześnie, program w sterowniku wykonywany jest w sposób sekwencyjny, właściwy dla większości cyfrowych urządzeń przetwarzających. Oznacza to, że szczebelki drabinki

wykonywane są po kolei, zaczynając od pierwszego od góry. Elementy w obrębie poszczególnych szczebelków analizowane są od strony lewej do prawej. Kolejność wykonywania linii można zmieniać przy użyciu instrukcji skoków, które omówione zostaną szczegółowo dalej.

Podstawowym elementem sterującym przepływem prądu w języku drabinkowym jest styk. Norma IEC 61131-3 wyróżnia cztery rodzaje styków (tab. 1).

Mogą one być połączone szeregowo i równolegle (np. styki MTR_START i MTR_RUN oraz MTR_STOP i FAN_RUN w linii 0002 programu – rys. 3).

W najprostszym przypadku prąd przepływający wzdłuż szczebelków programu zasila cewki umieszczone na ich końcach. W pojedynczym szczebelku

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

45

Automatyka Sterowniki PLC

Funkcje i bloki funkcyjne w języku drabinkowym

Rys. 3. Fragment programu w języku drabinkowym

Poza stykami i cewkami, w języku LD stosowane są też funkcje i bloki funkcyjne – zarówno wbudowane, jak i zdefiniowane przez użytkownika. Powinny mieć one co najmniej jedno wejście i jedno wyjście typu BOOL, by zachować ciągłość przepływu zasilania (te funkcje mogą pełnić odpowiednio specjalne wejście EN sterujące wykonaniem POU i wyjście ENO, na które kopiowany jest stan z tego wejścia).

W skład standardowych funkcji wchodzą np. operacje matematyczne, które z kolei można podzielić na arytmetyczne (np. dodawanie czy mnożenie), trygonometryczne i logarytmiczne. Innym rodzajem standardowych funkcji są operacje na grupie bitów (rotacje, przesunięcia) lub implementujące logikę Boole’a. Norma przewiduje również funkcje selekcji i porównania, a także funkcje operujące na tablicach, ciągach znaków czy czasie/dacie.

Przykład 2.

Rys. 4. Realizacja podstawowych funkcji logicznych

może wystąpić kilka cewek połączonych równolegle (np. cewki FAN_RUN i FAN_ LAMP w linii 0001 programu – rys. 3).

W normie IEC 61131-3 wyróżniono sześć rodzajów cewek (tab. 2). W większości środowisk do programowania PLC zaimplementowane są jednak tylko pierwsze cztery rodzaje. Dwa ostatnie można z powodzeniem zastąpić, stosując styki chwilowego zadziałania typu P i N.

W układach sterowania, które współpracują z przemiennikami częstotliwości, występuje problem pomiaru prędkości aktualnej silnika. Proste przemienniki (bazujące na skalarnych algorytmach regulacji napięcia i częstotliwości) mogą nie mieć możliwości podłączenia enkodera. W takim przypadku pomiar prędkości musi zostać zrealizowany w sterowniku PLC. W kolejnych przykładach zaimplementujemy algorytm, określający prędkość na podstawie częstotliwości impulsów z przetwornika obrotowo-impulsowego (enkodera lub nawet zwykłego czujnika indukcyjnego sprzęgniętego z inicjatorem na wale silnika). Tak zrealizowany pomiar jest ograniczony do częstotliwości co najwyżej kilkudziesięciu Hz. W praktyce wykorzystuje się tzw. szybkie liczniki, które zliczają impulsy w tle programu PLC i umożliwiają odczyt sygnałów o częstotliwościach mierzonych w kHz.

Zacznijmy od funkcji konwertującej impulsy zmierzone w określonym czasie na prędkość w obrotach na minutę RPM (ang. Revolutions Per Minute).

Na rys. 5 przedstawiono funkcję SPEED_RPM, która zwraca prędkość w obrotach na minutę obliczoną na podstawie liczby impulsów RATE zmierzonej w przedziale czasu T i liczby impulsów na obrót silnika PPR. Przedział czasu określony jest w sekundach.

Do obliczenia prędkości obrotowej wykorzystano zależność: SPEED_RPM = RATE * 60 / (PPR * T).

Aby zrealizować obliczenia, zastosowano takie wbudowane funkcje, jak: MUL – mnożenie, DIV – dzielenie oraz INT_TO_REAL – konwersję typu.

Konwersja typów (zwana rzutowaniem) polega na przekształceniu wartości jednego typu w wartość innego. Tutaj zastosowano konwersję z typu całkowitego do rzeczywistego, ponieważ RATE i PPR są liczbami całkowitymi, a wynikiem obliczeń – liczba rzeczywista.

W rozpatrywanym przypadku jako argumenty funkcji MUL można podać wartości całkowite (zostaną automatycznie przekonwertowane do postaci rzeczywistej zgodnej z typem wyniku), ale jawna konwersja jest rozwiązaniem bezpieczniejszym i bardziej przejrzystym.

Przykład zastosowania funkcji SPEED_RPM pokazuje, że język drabinkowy nie jest najlepszym wyborem do realizacji złożonych obliczeń matematycznych. Są one w nim mało przejrzyste, zajmują dużo miejsca i wymagają stosowania zmiennych tymczasowych do przechowywania wyników pośrednich. Takie obliczenia, jeżeli jest taka możliwość, dużo lepiej realizować za pomocą jednego z języków tekstowych.

Wśród wbudowanych bloków funkcyjnych można natomiast wyróżnić przerzutniki (tab. 4), bloki detekcji zbocza (tab. 5), liczniki (tab. 6) oraz przekaźniki czasowe zwane timerami (tab. 7).

Przykład 1.

Za pomocą kombinacji styków i cewek zrealizujmy wybrane funkcje logiczne algebry Boole’a. Podstawowe z nich to: negacja (NOT), koniunkcja (AND), alternatywa (OR) oraz alternatywa wykluczająca (XOR). Ich wartości dla poszczególnych wartości argumentów zestawiono w tab. 3, natomiast ich realizację w języku LD przedstawia rys. 4.

46

Tab. 3. Podstawowe funkcje logiczne X1

X2

NOT(X1)

AND(X1, X2)

OR(X1, X2)

XOR(X1, X2)

0

0

1

0

0

0

0

1

1

0

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

0

1

1

0

Rys. 5. Funkcja SPEED_RPM

Przykład 3.

W przykładzie 2 utworzyliśmy funkcję obliczającą prędkość obrotową na podstawie impulsów z układu pomiarowego. Do jej przetestowania wykorzystamy blok funkcyjny GEN, generujący na wyjściu OUT ciąg impulsów o zadanej częstotliwości. Częstotliwość ta będzie podawana na jego wejście F, a do jego uruchamiania i zatrzymywania będzie służyło wejście START. Na rys. 6. przedstawiono realizację opisanego bloku w języku LD. Sercem generatora jest timer TON1 umieszczony w linii 0003. Po zliczeniu czasu T, timer generuje impuls na wyjściu Q, którego negacja podawana jest na wejście IN timera. Powoduje to jego wyzerowanie i ponowne rozpoczęcie zliczania. W rezultacie, po pojawieniu się sygnału START timer TON1 generuje cykliczne impulsy na wyjściu Q w odstępach czasu równych T. Wartość czasu T jest obliczana w linii 0001 na podstawie częstotliwości zadanej. Przy założeniu, że wypełnienie sygnału będzie wynosić 50 % wzór na czas T (w ms) ma postać: T = 500 / F.

Tak obliczona wartość jest konwertowana (linia 0002) z typu REAL do typu TIME. Cykliczne impulsy wygenerowane za pomocą timera TON1 wykorzystywane są w liniach 0004 i 0005 do zmiany stanu wyjścia OUT. Jest to realizowane za pomocą cewek typu SET i RESET oraz zmiennej pomocniczej OUT_TMP. Zmienna pomocnicza jest konieczna, gdyż w przeciwnym wypadku wyjście OUT ustawione w stan wysoki za pomocą cewki SET (linia 0004) byłoby w kolejnej linii przestawiane w stan niski cewką RESET. Stan zmiennej tymczasowej OUT_TMP jest w ostatniej linii przepisywany na wyjście OUT. Tak przygotowane elementy można wykorzystać w głównej części programu mierzącego prędkość. Jego realizacja została przedstawiona na rys. 7.

Sygnał symulujący enkoder (zmienna SIGNAL) jest generowany w linii 0001 przez blok funkcyjny GEN (a właściwie jego instancję GEN1). Impulsy wygenerowane przez ten blok zlicza licznik CTU1 (linia 0004). Na jego wejście zliczające CU podawany jest sygnał symulujący enkoder, a na wejście kasujące – sygnał z wyjścia Q timera TON1, umieszczonego w linii 0002.

Timer TON1 działa podobnie jak ten użyty w bloku GEN. Zlicza do zadanego czasu (tutaj stała wartość 1 s), następnie kasuje się wyjściem Q. Wyjście to jest też używane (w linii 0003) do przepisania aktualnie zliczonej liczby impulsów do zmiennej RATE. Licznik CTU1 jest więc cyklicznie kasowany przez timer TON1, wcześniej jednak jego zawartość (liczba impulsów zliczona w każdej sekundzie) jest przepisana do zmiennej RATE. Wartość ta konwertowana jest na prędkość (obr./ min) z użyciem opisanej wcześniej funkcji SPEED_RPM. W przykładzie jako wartość PPR przyjęto 16 impulsów na obrót.

Program uruchamia się za pomocą zmiennej START, a częstotliwość impulsów można zmieniać z użyciem zmiennej F (o początkowej wartości 10).

a wskazywanym przez nią miejscem są pomijane.

Instrukcja skoku powinna występować w miejscu cewki lub wywołania funkcji (tj. jako element kończący szczebelek drabinki). Może być ona poprzedzona warunkami (tzw. skok warunkowy) lub być wykonywana zawsze (skok bezwarunkowy). Miejsce, do którego przekazywane jest sterowanie, powinno być oznaczone etykietą. Etykieta składa się z identyfikatora zakończonego dwukropkiem.

Przykład 4.

Przypuśćmy, że chcemy uśredniać prędkość obrotową obliczoną w programie z przykładu 3., aby poprawić stabilność odczytu. Utwórzmy w tym celu funkcję obliczającą średnią z 10 wartości typu REAL. Wartości te przekazywane są do funkcji za pomocą tablicy DATA (o rozmiarze 10 i wartościach typu REAL), wartość średnia będzie zwracana jako wynik funkcji (rys. 8).

Działanie funkcji rozpoczyna się od wyzerowania zmiennej i pełniącej dalej rolę indeksu tablicy oraz zmiennej SUM, w której będzie przechowywana wartość sumy elementów tablicy DATA. Następnie dla wartości i od 1 do 10 wykonywana jest pętla, której początek

Sterowanie przebiegiem programu w języku drabinkowym Kolejność wykonywania linii programu w języku drabinkowym może zostać zmieniona. W tym celu stosowane są instrukcje skoku, których wykonanie powoduje przekazanie sterowania do wskazanego miejsca w programie. Linie występujące między instrukcją skoku

Rys. 6. Blok funkcyjny GEN

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

47

Automatyka Sterowniki PLC

Tab. 4. Przerzutniki Reprezentacja graficzna

Opis działania

Przerzutnik z nadrzędnym wejściem SET Pojawienie się na wejściu SET1 stanu wysokiego (logiczne 1 lub TRUE) powoduje ustawienie wyjścia Q1 w stan wysoki. Stan wyjścia może zostać zmieniony ponownie na niski (logiczne 0 lub FALSE) podaniem stanu wysokiego na wejście RESET przy jednoczesnym stanie niskim na wejściu SET. W przypadku podania stanu wysokiego na obydwa wejścia wyjście pozostaje w stanie wysokim. Wszystkie zmienne muszą być typu BOOL. Przerzutnik z nadrzędnym wejściem RESET Pojawienie się na wejściu SET stanu wysokiego, przy jednoczesnym stanie niskim na wejściu RESET1, powoduje ustawienie wyjścia Q1 w stan wysoki. Stan wyjścia może zostać zmieniony ponownie na niski poprzez podanie stanu wysokiego na wejście RESET1.

W przypadku podania stanu wysokiego na obydwa wejścia wyjście pozostaje w stanie niskim. Wszystkie zmienne muszą być typu BOOL.

Tab. 5. Bloki funkcyjne operujące na zboczach Reprezentacja graficzna

Opis działania

Blok funkcyjny wykrywający zbocze narastające Zmiana stanu wejścia CLK z niskiego (logiczne 0 lub FALSE) na wysoki (logiczne 1 lub TRUE) powoduje ustawienie wyjścia Q w stanie wysokim na jeden cykl. W pozostałych przypadkach wyjście jest w stanie niskim. Wszystkie zmienne muszą być typu BOOL. Blok funkcyjny wykrywający zbocze opadające Zmiana stanu wejścia CLK z wysokiego na niski powoduje ustawienie wyjścia Q w stanie wysokim na jeden cykl. W pozostałych przypadkach wyjście jest w stanie niskim. Wszystkie zmienne muszą być typu BOOL.

Tab. 6. Liczniki Reprezentacja graficzna

Opis działania

Licznik jednokierunkowy zliczający w górę Każde pojawienie się stanu wysokiego (logiczne 1 lub TRUE) na wejściu CU powoduje zwiększenie wartości CV o jeden. Kiedy wartość CV zrówna się lub przekroczy wartość PV, wyjście Q ustawiane jest w stan wysoki. Stan wysoki na wejściu RESET powoduje wpisanie wartości 0 do CV. CU, RESET i Q muszą być typu BOOL, natomiast PV i CV typu INT. Licznik jednokierunkowy zliczający w dół Każde pojawienie się stanu wysokiego na wejściu CD powoduje zmniejszenie wartości CV o jeden. Kiedy wartość CV zrówna się lub przekroczy 0, wyjście Q ustawiane jest w stan wysoki. Stan wysoki na wejściu LOAD powoduje wpisanie wartości PV do CV. CD, LOAD i Q muszą być typu BOOL, natomiast PV i CV typu INT. Licznik dwukierunkowy Każde pojawienie się stanu wysokiego na wejściu CU powoduje zwiększenie, a na wejściu CD zmniejszenie wartości CV o jeden.

Kiedy wartość CV zrówna się lub przekroczy wartość PV, wyjście QU ustawiane jest w stan wysoki. Kiedy wartość CV zrówna się lub przekroczy 0, wyjście QD ustawiane jest w stan wysoki. Stan wysoki na wejściu RESET powoduje wpisanie wartości 0 do CV a stan wysoki na wejściu LOAD powoduje wpisanie wartości PV do CV. CU, CD, RESET, LOAD, QU i QD muszą być typu BOOL, natomiast PV i CV typu INT.

Tab. 7. Przekaźniki czasowe (timery) Reprezentacja graficzna

Opis działania

Przekaźnik czasowy o stałym czasie impulsu Pojawienie się stanu wysokiego (logiczne 1 lub TRUE) na wejściu IN powoduje ustawienie wyjścia Q w stan wysoki na czas PT, o ile wyjście to nie jest już w stanie wysokim. Wyjście ET zawiera aktualnie zliczony czas z zakresu (0.. PT). IN i Q muszą być typu BOOL, natomiast PT i ET typu TIME. Przekaźnik czasowy z opóźnieniem załączania Pojawienie się stanu wysokiego na wejściu IN powoduje ustawienie wyjścia Q w stan wysoki po czasie PT. Zanik stanu wysokiego na wejściu IN powoduje natychmiastowe ustawienie wyjścia Q w stan niski. Wyjście ET zawiera aktualnie zliczony czas z zakresu (0..PT). IN i Q muszą być typu BOOL, natomiast PT i ET typu TIME. Przekaźnik czasowy z opóźnieniem wyłączania Pojawienie się stanu wysokiego na wejściu IN powoduje natychmiastowe ustawienie wyjścia Q w stan wysoki, natomiast zanik stanu wysokiego na wejściu IN powoduje ustawienie wyjścia Q w stan niski po czasie PT. Wyjście ET zawiera aktualnie zliczony czas z zakresu (0..PT). IN i Q muszą być typu BOOL, natomiast PT i ET typu TIME.

48

Schemat bloków funkcyjnych (FBD)

Rys. 7. Program obliczający prędkość silnika

oznaczono etykietą LOOP. W pętli do zmiennej SUM dodawana jest wartość z kolejnego, wskazywanego przez i, pola tablicy DATA, następnie zmienna i jest inkrementowana oraz sprawdzane jest, czy jej wartość nie przekracza rozmiaru tablicy. Wynik sprawdzenia (zapisany w zmiennej NEXT) wykorzystywany jest w instrukcji skoku jako warunek (pętla o określonej liczbie powtórzeń).

Funkcja kończy się instrukcją DIV, która realizuje dzielenie sumy SUM przez liczbę elementów (10). Wynik dzielenia jest jednocześnie zwracanym wynikiem funkcji.

Skok warunkowy w przykładzie 4 pozwolił uniknąć wielokrotnego wywoływania funkcji ADD. Należy jednak pamiętać, że każda instrukcja skoku powoduje zmniejszenie przejrzystości programu.

Dotyczy to w szczególności zagnieżdżonych pętli realizowanych z ich użyciem.

Nieumiejętne stosowanie instrukcji skoków może również powodować trudne do wychwycenia błędy prowadzące niekiedy nawet do zatrzymania sterownika PLC (np. na skutek zapętlenia programu). Dlatego też powinno się je stosować z umiarem i tylko w uzasadnionych przypadkach.

Kolejnym językiem graficznym, zdefiniowanym w normie IEC 61131-3 jest schemat bloków funkcyjnych FBD. O ile język drabinkowy jest formą zapisu programu bliższą elektrykom mającym doświadczenie z układami przekaźnikowymi, o tyle FBD będzie bliższy elektronikom zaznajomionym z techniką cyfrową. W języku tym program tworzy się, łącząc funkcje i bloki funkcyjne.

Przepływowi prądu (zasilania) w języku LD odpowiada tutaj przepływ sygnału.

Program w języku FBD może być podzielony na linie, ale nie musi. Równie dobrze wszystkie wykorzystywane bloki i funkcje mogą być połączone ze sobą w jednej linii (zwanej niekiedy stroną).

Oprócz wygody i większej przejrzystości, takie rozwiązanie umożliwia zastosowanie specyficznych konstrukcji, jak np. bezpośredniego sprzężenia zwrotnego (bez użycia zmiennych pośrednich).

Z tej dowolności wynika jednak konieczność określenia kolejności, w jakiej wykonywane są poszczególne bloki i funkcje. Takiej potrzeby nie ma w programie z podziałem na linie, gdzie kolejność, podobnie jak w języku drabinkowym, wynika z położenia elementu w linii.

Ponieważ obydwa sposoby zapisu programu w języku FBD mają swoje zalety, wielu producentów środowisk do programowania PLC daje programiście możliwość wyboru. Zastosowane w przykładach środowisko CoDeSys udostępnia dwa edytory: FBD i CFC. Edytor FBD umożliwia zapis programu z podziałem na linie, natomiast CFC (ang. Continuous Function Chart) – bez podziału na linie, z możliwością stosowania sprzężeń zwrotnych, ale i z koniecznością określenia kolejności wykonywania operacji (co jest jednak w dużym stopniu zautomatyzowane).

Funkcje i bloki funkcyjne dostępne w języku FBD są identyczne z tymi dostępnymi w języku drabinkowym.

Tworzenie programu w edytorach FBD i CFC jest bardzo intuicyjne i nie powinno sprawić problemu nawet początkującemu programiście. Zostanie ono zaprezentowane na dwóch przykładach, po jednym dla każdego edytora.

Inercja pierwszego rzędu opisana jest transmitancją: G(s) = k / (1 + s*T), gdzie: k – wzmocnienie układu, T – stała czasowa.

Wzór w takiej postaci jest dla nas bezużyteczny. Należy przekształcić go na zależność wejścia od wyjścia oraz przedstawić w postaci zdyskretyzowanej: y(n) = y(n-1) + (k*x(n-1) – y(n-1)) * dt / T, gdzie: y(n) – wyjście w n-tym cyklu, x(n) – wejście w n-tym cyklu, dt – czas między cyklami (krok dyskretyzacji).

Tak opisany obiekt można zaimplementować, wykorzystując podstawowe funkcje matematyczne. Zostało to zrealizowane w bloku funkcyjnym LAG1 (rys. 9).

Poza zmiennymi z powyższego wzoru na jego wejście podawany jest również sygnał RESET, który zeruje wartość wyjścia. Blok ma dwie zmienne wewnętrzne: y_old przechowującą wartość

Przykład 5.

W dwóch kolejnych przykładach zbudujemy prosty układ z modelem obiektu i regulatorem typu PID. Zaczniemy od utworzenia modelu obiektu.

Najczęściej spotykanym w przykładach (choć nie zawsze w rzeczywistości) jest bez wątpienia obiekt inercyjny.

Rys. 8. Przykład zastosowania instrukcji skoku

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

49

Automatyka Sterowniki PLC

Tab. 8. Funkcje logiczne Reprezentacja graficzna

Opis działania

Negacja Wyjście Y jest w stanie wysokim, jeśli wejście X jest w stanie niskim, i odwrotnie. X i Y mogą być dowolnego typu bitowego, np. BOOL, BYTE, WORD. Negacja sygnału może zostać również zilustrowana kółkiem na wejściu lub wyjściu bloku lub funkcji (rys. 11. – sygnał RESET na wejściu timera TON_1).

Koniunkcja Wyjście Y jest w stanie wysokim, jeśli wejścia X1 i X2 są w stanie wysokim. X i Y mogą być dowolnego typu bitowego.

Alternatywa Wyjście Y jest w stanie wysokim, jeśli co najmniej jedno z wejść X1, X2 jest w stanie wysokim. X i Y mogą być dowolnego typu bitowego.

Alternatywa wykluczająca Wyjście Y jest w stanie wysokim, jeśli stany wejść X1 i X2 są różne. X i Y mogą być dowolnego typu bitowego.

Tab. 9. Funkcje wyboru Reprezentacja graficzna

Opis działania

Selekcja Wyjście OUT przyjmuje wartość IN1, jeśli wejście G jest w stanie niskim lub IN2, jeśli G jest w stanie wysokim. Poza zmienną G, która musi być typu BOOL, pozostałe zmienne mogą być dowolnego typu.

Wartość maksymalna Wyjście OUT przyjmuje wartość większej z wartości IN1 i IN2. Wszystkie zmienne mogą być dowolnego typu podstawowego.

Wartość minimalna Wyjście OUT przyjmuje wartość mniejszą z wartości IN1 i IN2. Wszystkie zmienne mogą być dowolnego typu podstawowego.

Ograniczenie wartości Wyjście OUT przyjmuje wartość wejścia IN ograniczoną do zakresu od MN do MX. Wszystkie zmienne mogą być dowolnego typu podstawowego.

Multiplekser Wyjście OUT przyjmuje wartość jednego z wejść (liczba wejść może się zmieniać) w zależności od wartości wejścia K. Zmienna K może być dowolnego typu całkowitego, reszta zmiennych może być dowolnego typu.

Tab. 10. Funkcje porównania Reprezentacja graficzna

Opis działania

Porównanie Wszystkie funkcje porównania mają podobną reprezentację graficzną. Różnią się tylko nazwą (zastąpioną tutaj gwiazdkami).

Zmienna Y musi być typu BOOL, zmienne IN1 i IN2 mogą być dowolnego typu podstawowego.

GT (>) GE (>=) EQ (=) LE (<=) LT (<) NE (<>)

50

Wyjście Y jest w stanie wysokim, jeśli IN1 jest większe od IN2.

Wyjście Y jest w stanie wysokim, jeśli IN1 jest większe lub równe IN2.

Wyjście Y jest w stanie wysokim, jeśli IN1 jest równe IN2.

Wyjście Y jest w stanie wysokim, jeśli IN1 jest mniejsze lub równe IN2.

Wyjście Y jest w stanie wysokim, jeśli IN1 jest mniejsze od IN2.

Wyjście Y jest w stanie wysokim, jeśli IN1 nie jest równe IN2.

Rys. 9. Blok funkcyjny LAG1, program LAG1_TEST oraz wynik ich działania

zmiennej wyjściowej z poprzedniego cyklu oraz y_clc – zmienną pośrednią.

W linii 0001, na podstawie danych wejściowych i wartości z poprzedniego cyklu, obliczana jest nowa wartość wyjścia. Wykorzystane są tutaj standardowe funkcje matematyczne, mają one postać podobną do tych używanych w języku LD (poza brakiem zbędnego w języku FBD wejścia EN).

W linii 0002, w zależności od stanu wejścia RESET, do wyjścia przepisywana jest obliczona wartość lub zero.

Działanie to realizuje funkcja SEL, która pozwala wybrać jedno z dwóch wejść, w zależności od stanu trzeciego wejścia.

Na końcu, w linii 0003, aktualna wartość wyjścia przepisywana jest do zmiennej y_old.

W celu przetestowania działania bloku w programie LAG1_TEST (rys. 9) utworzono jego instancję o parametrach: k = 2,0; T = 5,0; dt = 0,01. Na jej wejście podano sygnał skokowy X, wygenerowany przez timer typu TON oraz funkcję SEL. Na rys. 9 przedstawiono odpowiedź modelu na to wymuszenie. Jak widać, przebieg zgadza się z teoretyczną charakterystyką obiektu inercyjnego.

Program w języku FBD, z podziałem na linie, jest bardzo podobny do programu w języku drabinkowym. Obliczenia matematyczne mają tutaj jednak bardziej zwięzłą postać i nie wymagają stosowania dodatkowych zmiennych do przechowywania wartości pośrednich.

Ponieważ przepływ sygnału jest w tym

zapisie jasno określony (od strony lewej do prawej), nie ma potrzeby określania kolejności wykonywania poszczególnych elementów. Nie ma również możliwości zastosowania sprzężenia zwrotnego.

Dlatego w bloku funkcyjnym z przykładu potrzebne było zastosowanie dodatkowej zmiennej y_old przechowującej wartość zmiennej y z poprzedniego cyklu.

Przykład 6.

Możemy już zbudować układ regulacji z regulatorem PID i modelem obiektu utworzonym z użyciem bloku funkcyjnym LAG1 z przykładu 5. Tym razem wykorzystamy edytor CFC. Niech obiekt regulacji będzie obiektem inercyjnym drugiego rzędu, opisanym transmitancją: G(s) = G1(s) * G2(s), gdzie: G1(s) = 1,50 / (1 + 5,00s), G2(s) = 2,00 / (1 + 2,50s).

Obiekt taki można utworzyć, łącząc szeregowo dwa bloki funkcyjne LAG1.

W tym celu wyjście y pierwszego bloku należy połączyć z wejściem x drugiego. Na wejścia k bloków podano wartości: 1,50 oraz 2,00, a na wejścia T odpowiednio: 5,00 i 2,50. Na wejścia d_t (interwał wywołania) podano wartość 0,01 (sekundy) odpowiadającą planowanemu wykonaniu programu w zadaniu o interwale 10 ms.

Jako regulator zastosujemy gotowy blok funkcyjny PID, dostępny

w bibliotece Util.lib środowiska CoDeSys. Na jego wejście ACTUAL należy podać sygnał z wyjścia obiektu. Tutaj będzie to wyjście y z drugiej instancji bloku LAG1. Takie połączenie tworzy sprzężenie zwrotne. Do wejścia SET_POINT podpinamy zmienną X, która umożliwi zmianę wartości zadanej. Wejścia Kp, Tn oraz Tv to parametry regulatora (odpowiednio wzmocnienie, czas zdwojenia i wyprzedzenia). Podpinamy pod nie zmienne, aby umożliwić zmianę tych parametrów w trakcie pracy (dostrajanie regulatora). Wejścia Y_MIN i Y_MAX służą do ograniczenia wartości wyjściowej regulatora – w programie została ona ograniczona do zakresu od –100,00 do 100,00. Wejście RESET służy natomiast do zerowania integratora. Zostało ono razem z wejściami RESET bloków LAG1 podpięte do zmiennej o tej samej nazwie, która umożliwi inicjację układu.

Wejścia MANUAL i Y_MANUAL – służące do regulacji w trybie ręcznym oraz Y_OFFSET – umożliwiające dodanie stałego przesunięcia wartości wyjściowej, pozostawiamy niewykorzystane. Wyjście Y regulatora podpięte zostaje na wejście obiektu, tj. wejście x pierwszej instancji bloku LAG1.

Pozostaje problem wygenerowania wartości zadanej. Niech będzie ona opisana wzorem:

SP = {

0 dla t < 25 s, 20 dla 25 s <= t < 125 s, 10 dla t >= 125 s.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

51

Automatyka Sterowniki PLC

z poprzedniego cyklu, czy wyliczona w tym cyklu w bloku LAG1_2).

Wyniki działania programu dla skokowej zmiany wartości zadanej oraz nastaw regulatora: Kp = 2,0, Tn = 15,0 i TV = 0,0 przedstawione są na rys. 11.

Zaprezentowany przykład oddaje w pełni potencjał edytora CFC. Układ regulacji można w nim przedstawić w bardzo „naturalny” sposób. Wartość Y wyjścia obiektu nie musi być przechowywana w zmiennej pomocniczej, a zamiast tego może być podana bezpośrednio na wejście regulatora. Jest to możliwe dzięki określeniu kolejności wykonywania poszczególnych bloków. Wiadomo wówczas, że wartość Y zostanie obliczona przed jej użyciem.

Podsumowanie

Rys. 10. Program symulujący obiekt inercyjny drugiego rzędu z regulatorem PID

W celu jej utworzenia wykorzystamy dwa bloki timerów typu TON i dwie funkcje wyboru SEL. Pierwsza funkcja wyboru przełącza między wartością 0 a drugą funkcją wyboru, co umożliwia przełączanie trzech wartości (tylu, ile potrzeba do wygenerowania wartości zadanej). Do sterowania przełączeniem pierwszej funkcji wyboru wykorzystano timer TON_1 o wartości zadanej 25 s, uruchamiany negacją sygnału RESET. Po jego uruchomieniu i upłynięciu zadanego czasu, wyjście Q tego timera zostanie ustawione w stan wysoki, co spowoduje przełączenie wartości X z 0 na wartość wyjściową drugiej funkcji wyboru. Ta z kolei sterowana jest timerem TON_2 o wartości zadanej 100 s,

uruchamianym wyjściem Q timera TON_1. Po jego uruchomieniu i upłynięciu zadanego czasu, jego wyjście Q przełączy wyjście drugiej funkcji wyboru (a zatem i wartość X) z 20 na 10.

Tak przygotowany program przedstawiono na rys. 10. Program powinien być wywoływany w zadaniu cyklicznym o interwale 10 ms. Widać w nim numerację elementów umożliwiającą określenie kolejności ich przetwarzania. Jest to szczególnie istotne, kiedy stosowane są konstrukcje ze sprzężeniem zwrotnym. Takie rozwiązanie umożliwia uniknięcie niejednoznaczności (w naszym przykładzie trudno by było stwierdzić, czy na wejście ACTUAL bloku PID_1 podawana jest wartość

Rys. 11. Wartość zadana (kolor zielony) i odpowiedź obiektu z regulatorem (kolor czerwony)

52

Większość problemów sterowania można rozwiązać, stosując dowolny z opisanych w normie IEC 61131-3 języków programowania. Nie w każdym z nich będzie to jednak jednakowo proste, dlatego też efektywne stosowanie sterownika PLC wymaga, aby użyty język był dopasowany.

Graficzne języki programowania przedstawione w artykule pozwalają w przejrzysty sposób realizować algorytmy oparte na logice Boole’a (język drabinkowy), ale również klasyczne algorytmy regulacji ciągłej (FBD). Nie najlepiej nadają się one do realizacji złożonych obliczeń matematycznych i algorytmów wymagających użycia instrukcji strukturalnych. W tym przypadku lepiej sprawdzą się języki tekstowe, które omówione zostaną w kolejnym artykule.

mgr inż. Marcin Zawisza PAR

NAPĘDY I UKŁADY WYKONAWCZE Automatyka

Możliwości aplikacyjne firmy WObit Dobór odpowiedniego napędu i sposobu realizacji ruchu czy wybór najlepszej techniki pomiarowej do danej aplikacji zależą od wielu czynników. Często okazuje się, że wybór samego komponentu to za mało – wówczas konieczne jest wykonanie kompletnego rozwiązania. Dlatego specjaliści firmy WObit, poza doradztwem technicznym, opracowują także

Znakomitą podstawą do budowy różnorodnych stanowisk pomiarowych są moduły liniowe firmy WObit, które same w sobie stanowią kompletne rozwiązanie do realizacji przemieszczeń liniowych. Ze względu na sposób przenoszenia napędu firma proponuje moduły na pasku zębatym (MLA) – osiągające duże prędkości lub na śrubie kulowej (MLAS) – gwarantujące większą precyzję oraz przenoszenie dużych mas. Moduły mogą być napędzane silnikiem krokowym wraz z odpowiednim sterownikiem, silnikiem DC, BLDC oraz serwonapędem.

W oparciu o moduły liniowe MLA specjaliści z firmy WObit przygotowali m.in. konstrukcję kartezjańską przeznaczoną do testowania paneli dotykowych.

Do napędzania układu zastosowano silniki krokowe wraz ze sterownikami SMC104. Sterowanie zrealizowane zostało przez mikroindekser MI3.8.9. Jest to uniwersalne urządzenie służące do zadawania trajektorii ruchu dla trzech silników krokowych przez dowolny sterownik mocy, w tym przypadku SMC104.

Inną interesującą aplikacją wykonaną na bazie modułów liniowych jest system znakujący. Jako napęd w tego rodzaju aplikacji został wykorzystany silnik serwo SMH60 wraz ze sterownikiem serii CD. Sterowniki z tej grupy komunikują się przez interfejs RS-232 i mogą pracować w kilku trybach: krok/ kierunek (analogicznie do silników krokowych), kontroli prędkości, kontroli momentu, dojazdu do zadanej pozycji krańcowej. Sterowanie całym układem Promocja

zostało zaprogramowane w sterowniku PLC K308-40AR. Dodatkowo do systemu znakującego został zaimplementowany panel operatorski MT4414TE do lokalnej ekspozycji wyników, a także miejscowego sterowania procesem.

Bogata oferta silników krokowych wraz ze sterownikami stanowi również dobrą bazę aplikacyjną. Ciekawym miejscem implementacji tych silników są na przykład układy Pan-Tilt-Zoom (PTZ).

Służą one do regulacji pochylenia kamery i panoramowania w fotografii, ale stosowane są także w monitoringu i w przemyśle filmowym. W zależności od wielkości projektowanego układu PTZ należy zastosować odpowiedni silnik ze sterowaniem. Przykładowo, dla układu z dużą kamerą z teleobiektywem zastosowano silnik 110BYGH401 wraz z mikrokrokowym, wysokonapięciowym sterownikiem SMC139-WP o podziale kroku do 1/16.

Dzięki użyciu tego sterownika układ uzyskuje dokładność kątową do 0,1°, co pozwala na precyzyjne ustawianie kamery.

Przedstawione przykłady stanowią tylko niewielki wycinek możliwości aplikacyjnych. Aby znaleźć rozwiązanie idealne dla siebie oraz uzyskać więcej informacji, zapraszamy do kontaktu ze specjalistami z firmy WObit.

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

Dęborzyce 16, 62-045 Pniewy tel. 61 222 74 22 e-mail: wobit@wobit.com.pl www.wobit.com.pl

REKLAMA

Fot. WObit

całe układy pomiarowe i wykonawcze dedykowane konkretnym klientom.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

53

Automatyka NAPĘDY I UKŁADY WYKONAWCZE

Technologia serwo dla każdego – niskie koszty i optymalne parametry

Siłownik elektryczny EPCO z pozycjonerem CMMO-ST

Siłownik

elektrycznych. Ten zespół

Dostępne są trzy wielkości siłownika z zamontowanym na stałe, idealnie dopasowanym silnikiem. Napęd to śruba toczna oraz tłoczysko zabezpieczone przed obrotem z prowadnicą ślizgową. Amortyzacja w położeniach końcowych redukuje hałas przy dochodzeniu do położeń końcowych i zmniejsza energię uderzenia podczas ruchu referencyjnego. Konstrukcja CleanLook zapewnia łatwe czyszczenie, a żywotność szacowana jest na 10 000 km.

napędowy maksymalnie ułatwia

ServoLite

z silnikiem skokowym EMMS-ST i pozycjonerem silnika CMMO-ST w trybie ServoLite to napęd prosty jak siłownik pneumatyczny, ale mający zalety napędów

pozycjonowanie i jest znacznie tańszy od konwencjonalnych elektrycznych systemów pozycjonowania.

CMMO-ST to kompletny pozycjoner silnika skokowego ze sprzężeniem zwrotnym, wytwarzający minimalną ilość ciepła, z funkcją bezpiecznego zatrzymania (STO) i płynnie pracującym silnikiem.

Kompletny system: Optimised Motion Series z siłownikiem EPCO Prosta konfiguracja i wygodne zamawianie elementów o odpowiednich wymiarach i właściwej kombinacji z użyciem kodu typu: siłownik EPCO z silnikiem, kablami dopasowanymi do prowadników i pozycjonerem silnika skokowego CMMO-ST. Ponadto, szybkie uruchomienie z wykorzystaniem

54

Promocja

wbudowanego serwera WWW i typowej przeglądarki internetowej oraz prosty dobór przy użyciu oprogramowania PositioningDrives.

Konfiguracja szybsza i łatwiejsza niż kiedykolwiek Siłownik EPCO można konfigurować na dwa sposoby: 1) bardzo prosto i szybko za pomocą Web-Config i parametrów konfiguracyjnych umieszczonych w chmurze Festo. Predefiniowane, przetestowane pliki konfiguracyjne są zawarte w katalogu wraz z niezbędnymi danymi. Wszystko odbywa się bardzo szybko, a pozycjonowanie jest możliwe do siedmiu swobodnie definiowanych pozycji; 2) za pomocą programu Festo Configuration Tool (FCT) – platformy programowej do parametryzacji napędów elektrycznych. Konfiguracja jest nieco bardziej skomplikowana.

Pomimo to jej czas jest do 70 % krótszy w porównaniu z konwencjonalnymi rozwiązaniami. Użytkownik ma do dyspozycji 31 rekordów pozycjonowania i wiele funkcji diagnostycznych.

Fot. Festo

Siłownik elektryczny EPCO

Sposób mocowania czujników indukcyjnych: a) zamocowany na stałe, b) z możliwością regulacji położenia w szynie

Parametry techniczne i opcje – EPCO Siłownik • Gwint wewnętrzny w tłoczysku • Wydłużenie tłoczyska

Opcjonalna sygnalizacja położenia czujnika • Na zamówieniu należy sprecyzować opcję sygnalizacji położenia • Wybierz preferowane mocowa­nie czujnika: – Szyna czujnika (aluminium) – Zespół mocujący (tworzywo sztuczne) – Wybierz preferowany czujnik zbliżeniowy (SMT-8 lub SME-8), zależnie od zastosowania • Zamocuj samodzielnie uchwyt czujnika w odpowiednim miejscu, zamontuj czujnik i gotowe!

Silnik • Hamulec silnika • Silnik z enkoderem: – praca ServoLite ze sprzężeniem zwrotnym (enkoderem) – rozwiązanie ekonomiczne: sterowanie pętli otwartej bez enkodera

Dane techniczne dla siłownika elektrycznego EPCO Wielkość

Siłownik EPCO wielkość 16

16

25

40

Wielkość siłownika

[mm]

30 x 30

40 x 40

55 x 55

Zakres skoku

[mm]

50... 200

50... 300

50... 400

Skok śruby

[mm/obr.]

8

3

10

3

12,7

5

Siła posuwu

[N]

50

125

105

350

250

650

Maks. prędkość

[mm/s]

300

125

500

150

460

180

Obciążenie użyteczne w poziomie

[kg]

8

24

20

60

40

120

Obciążenie użyteczne w pionie

[kg]

8

12

10

30

20

60

Dokładność pozycjonowania

[mm]

Fot. Festo

Siłownik EPCO wielkość 25

± 0,02

± 0,02

± 0,02

Siłownik EPCO wielkość 40

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

55

Automatyka NAPĘDY I UKŁADY WYKONAWCZE

Uniwersalność: szeroki zakres zastosowań siłownika elektrycznego EPCO

Podnoszenie/układanie

Pozycjonowanie elementów roboczych

Przenoszenie

Zatrzymywanie/rozdzielanie

Mocowanie zaciskowe

Ustawianie sortowników

Przechylanie

Napełnianie cieczą/usuwanie próbek

Charakterystyka techniczna, interfejs i funkcje – CMMO-ST Główne dane techniczne • Napięcie zasilania: 24 V DC • Napięcie obciążenia: 24 V DC • Maksymalny prąd silnika: 5 A • Logika sterowania: PNP lub NPN • Bezpieczeństwo: STO/kat. 3, PLd • Stopień ochrony: IP40 ServoLite • Silnik skokowy o parametrach silnika serwo dzięki enkoderowi • Praca ze sprzężeniem zwrotnym: regulacja prędkości, położenia, siły • Brak pomijania kroków • Płynne działanie, bez rezonansu

Pozycjoner silnika CMMO-ST

Funkcje • 7 swobodnie definiowanych pozycji w trybie sterowania zaworowego • 31 pozycji w trybie sterowania binarnego • Ruch sekwencyjny • Przyspieszanie z ograniczaniem szarpnięć • Monitorowanie swobodnie definiowanych pozycji i zakresów momentów • Monitorowanie różnych zmiennych procesowych, takich jak moment, prędkość, pozycja i czas

56

Promocja

Festo Sp. z o.o.

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

Fot. Festo

Interfejsy • Komunikacja Ethernet do konfiguracji i diagnostyki, opcjonalnie także do sterowania • Złącze silnika do 2-fazowych silników synchronicznych • 3-kanałowe połączenie enkodera (A, B, Z) do sygnałów wg standardu RS-422.

• Interfejs sterowania WE/WY (11 WE/ 11 WY) • wejście cyfrowe sygnału referencyjnego • Safe Torque Off (STO), SIL 2 wejść cyfrowych

Automatyka modułowa firmy SCHUNK

© 2012 SCHUNK GmbH & Co. KG

www.schunk.com

Jedyna planeta z milionami różnych gatunków Planeta Ziemia, dom wszystkich znanych form życia

Firma SCHUNK – światowy lider w dziedzinie produkcji komponentów do systemów automatyki, oprócz szerokiego asortymentu chwytaków,

Jedyny chwytak z prowadzeniem wielowypustowym

obrotnic, osprzętu do robotów i napędów liniowych, ma w swojej

PGN-plus, uniwersalny chwytak firmy SCHUNK

ofercie modułowy system automatyki montażowej i transportowej.

System powstał w odpowiedzi na coraz większe zapotrzebowanie rynku na automatyczny montaż miniaturowych komponentów oraz różnorodność zadań montażowych.

Ideą automatyki modułowej jest umożliwianie szybkiego i prostego konstruowania z niewielkich podzespołów (na zasadzie klockowej) wysokowydajnych i dynamicznych automatów montażowych na liniach produkcyjnych. Konstruktor projektujący aplikację na bazie komponentów firmy SCHUNK ma do dyspozycji bogatą paletę podzespołów, zarówno o sterowaniu pneumatycznym, jak i elektrycznym. W ofercie znajdują się: • różne typy chwytaków równoległych GMP, GM, PGN+, MPG, KGG, kątowych SWG, GMW, centrycznych MPZ, PZN+, głowic chwytająco-obrotowych typu RP, RC, RW oraz obrotnic typu RM; parametry techniczne dla chwytaków to: siła zacisku do 4000 N oraz skok palca do 30 mm, dla jednostek obrotowych: kąt obrotu do 180° i moment obrotowy do 44 Nm; Promocja

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

Superior Clamping and Gripping W zakresie technologii mocowania oraz systemów chwytakowych jesteśmy zawsze najlepszym wyborem.

SCHUNK jest na świecie producentem Numer 1 - dostarczamy rozwiązania najwyższej jakości, od najmniejszych chwytaków równoległych po największą ofertę szczęk tokarskich.

Jesteśmy zawsze do Państwa dyspozycji!

REKLAMA

Fot. SCHUNK

Moduł liniowy SCHUNK

• wysokowydajne liniowe moduły pneumatyczne typu CLM, KLM, LM i serwoelektryczne typu ELM o skoku od 14 mm do 450 mm, przenoszonych obciążeniach do 750 N, wysokiej dynamice ruchu do 2,1 m/s, z dokładnością pozycjonowania od 0,005 mm do 0,01mm; • osie portalowe pneumatyczne PMP i serwoelektryczne EPM o zakresie ruchu do 5000 mm, powtarzalności 0,02 mm, przenoszonych obciążeniach do 580 N i wysokiej dynamice ruchu do 2,3 m/s przy przyspieszeniu do 82 m/s2 dla napędów elektrycznych.

Całość oferty uzupełniają wysokodynamiczne dwuosiowe jednostki pick&place typu PPU-P i PPU-E oraz cała gama elementów połączeniowych, umożliwiających proste łączenie komponentów systemu w dowolną kombinację. Dla ułatwienia pracy konstrukcyjnej udostępniono proste oprogramowanie excelowskie, wspomagające dobór odpowiednich komponentów, jak chwytaki, obrotnice i napędy liniowe. Są to programy typu Toolbox oraz program narzędziowy Kombibox (do ściągnięcia ze strony www.pl.schunk.com), umożliwiający dobór elementów łączących wszystkie komponenty w jedną całość.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

57

Pomiary BEZPIECZEŃSTWO WYROBÓW

Jak wykazać spełnienie wymagań w zakresie zapewnienia bezpieczeństwa wyrobów pracujących pod ciśnieniem Ze względu na globalny charakter dystrybucji i stosowania armatury oraz przepływowych elementów nastawczych automatyki opracowano i wprowadzono międzynarodowe wymagania, procedury i niezbędne kryteria dopuszczenia tych wyrobów do użytkowania.

Przesyłowa instalacja gazowa (firma Margaz)

Przykładowe zasuwy Fabryki Armatur Jafar

58

zasady, że dopiero spełnienie wymagań, potwierdzone pozytywnym wynikiem badań, pozwala na dopuszczenie wyrobów do dystrybucji i eksploatacji. Zasady i sposób ich stosowania na trzech poziomach podano w dokumentach międzynarodowych: • Dyrektywie 97/23/WE Parlamentu Europejskiego i Rady (tzw. „ciśnieniowej”) dotyczącej urządzeń ciśnieniowych, która została przyjęta do stosowania w Polsce Rozporządzeniem Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej – Dz.U. z dnia 8 maja 2003 r. Nr 99, poz. 912; Dyrektywą • zharmonizowanej z UE97/23/WEnormiePN-EN12266-1: 2007 pt. Armatura przemysłowa. Badania armatury. Część 1: Próby ciśnieniowe, procedury badawcze i kryteria odbioru. Wymagania obowiązkowe oraz normie PN-EN 12266-2: 2007 pod tym samym tytułem, jako Wymagania dodatkowe; • normach zharmonizowanych z Dyrektywą UE 97/23/WE oraz z normami PN-EN 12266 dla poszczególnych grup wyrobów, które mają określone cechy lub są dostosowane do specyficznych zastosowań, np.

PN-EN 1074-1 pt. Armatura wodociągowa. Wymagania użytkowe i badania sprawdzające. Część 1: Wymagania ogólne; • normie PN-EN 60534-4 pt. Przemysłowe zawory regulacyjne. Część 4: Badania kontrolne i odbiorcze.

Instalacja wodociągowa (firma Instalsanit)

Skutki niespełnienia wymagań obowiązkowych Każdy poziom unormowań stanowi punkt odniesienia do wykazania, że wyroby są bezpieczne. W przypadku udowodnienia, że nie spełniają one wymagań, wytwórca powinien ponieść konsekwencje materialne. Dyrektywa „ciśnieniowa” jest podstawą prawną dla wykazania spełnienia wymagań bezpieczeństwa, ale również jest punktem odniesienia w przypadku roszczeń z tytułu zaistnienia wypadków spowodowanych przez wadliwe wyroby. Z tego względu w niektórych krajach Unii Europejskiej powiązana jest ona z prawnymi aktami wykonawczymi dotyczącymi kar i/lub odszkodowań. W Polsce ujmuje to częściowo ustawa Dz. U. z dnia 12 stycznia 2007 r. Nr 35, poz. 215, dotycząca bezpieczeństwa produktów. Spełnienie wymagań norm ma w związku z tym duże znaczenie dla ochrony przed poniesieniem konsekwencji przez producenta.

Fot. PIAP

Przyjęto, że sprawdzenie spełnienia tych wymagań będzie dokonywane podczas badań na stanowiskach odbiorczych.

Badania służyć będą wykazaniu, że każdy produkt jest bezpieczny. Oznacza to, że jeśli został właściwie zastosowany i pracuje w zakresie dopuszczalnych dla niego parametrów, to nie stwarza zagrożeń. Przyjęto, że obowiązek bezpiecznego dopuszczania do dystrybucji i stosowania armatury przemysłowej oraz elementów nastawczych automatyki spoczywa na ich producencie.

Wyroby pracujące pod ciśnieniem stwarzają zagrożenia dla: • ludzi, • otoczenia w miejscu zainstalowania oraz wykonywania serwisu, podczas badań dokonywanych przez obsługę przy uruchamianiu instalacji itp., • środowiska naturalnego.

Wykazanie, że omawiane wyroby są bezpieczne opiera się na przyjęciu

Modułowe stanowisko do badań

Z podanych powyżej względów, zarówno dyrektywy Unii Europejskiej, jak i rozporządzenia oraz normy międzynarodowe są wymaganiami zobowiązującymi do wykonania badań dla ciśnieniowych wyrobów armatury przemysłowej i elementów nastawczych. Ich spełnienie powinno być udokumentowane. Problem ten, w połączeniu z wykazaniem obiektywnego sposobu tworzenia dokumentów, został rozwiązany w przypadku zautomatyzowanych stanowisk. W takich miejscach realizowane jest to przez transmisję danych wejściowych i wyjściowych, bez udziału obsługi, ze sterownika stanowiska do komputera działu jakości. Tam dane powinny zostać przetworzone na dokumenty do archiwizacji oraz świadectwa dla klientów. Rozwiązanie to na ogół nie jest spójne z badaniami na innych stanowiskach, bowiem na tych niezautomatyzowanych zapisy prowadzone są ręcznie przez obsługę wg procedur systemu jakości przyjętego w danym przedsiębiorstwie. W związku z tym to rozwiązanie często nie jest wykorzystywane, pomimo że umożliwia komputerowe generowanie dokumentów i uniknięcie pomyłek. Ze względu na zupełnie inny sposób prowadzenia zapisów mogą być one nieobiektywne z powodu błędów wynikających na przykład ze zmęczenia. Charakter takich zapisów, niespójnych z nowoczesnymi rozwiązaniami, stanowi słabe ogniwo spełnienia wymagań aktów prawno-normalizacyjnych i wydłuża czas generowania dokumentów. Poniżej przekazano informacje dotyczące możliwości opracowania i wykonania stanowisk do badań odbiorczych wyrobów.

Fot. PIAP

Modułowe stanowiska do badań odbiorczych Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP od lat zajmuje się zagadnieniami badań bezpieczeństwa dotyczącymi wyrobów wytwarzanych

w przemyśle, w tym ich sprawdzania w sposób zautomatyzowany. Wiedza specjalistów instytutu została wielokrotnie zweryfikowana podczas realizowania opracowań dla zakładów przemysłowych. Znamy wymagania i uwarunkowania techniczne oraz formalno-prawne, które należy spełnić, by udokumentować osiągnięcie deklarowanych parametrów. W szczególności chodzi o deklaracje mówiące o spełnieniu przez oferowane wyroby wymagań: dyrektyw Parlamentu Europejskiego oraz norm międzynarodowych, wymagań odnośnie bezpieczeństwa oraz wartości parametrów technicznych. Uzyskane w sposób obiektywny wyniki badań mogą być przydatne zwłaszcza na potrzeby marketingowe i do przetargów.

Do budowy stanowisk odbiorczych oferujemy zestawy-moduły służące do: • szczelnego zamykania komór, do których doprowadzone jest ciśnienie, • automatycznej regulacji docisku zawieradła do gniazda przy sprawdzaniu szczelności zamknięcia, • automatycznego pomiaru przecieku, • wykrywania nieszczelności korpusu również w sposób zautomatyzowany, • oceny wyników sprawdzeń.

Wymienione moduły mogą być zintegrowane w stanowisku odbiorczym lub wykorzystywane w sposób niezależny – zgodnie z rzeczywistymi potrzebami w danym miejscu.

Stanowiska badawcze, poza możliwością integracji z wymienionymi modułami, mogą być wyposażone w zespoły i funkcje: • automatycznego zadawania wartości parametrów próby i pomiar sprawdzanych wartości, • wizualizacji zmian zadawanych i mierzonych parametrów, • komputerowego generowania świadectwa próby oraz archiwizowania danych o: wartości parametrów badanego wyrobu, wyniku sprawdzeń oraz danych identyfikujących osoby wykonujące próby, dacie jej wykonania, • wiernego i natychmiastowego przetwarzania wykonywanych prób i ich odtwarzania, • jednolity system identyfikacji badanych elementów, • system wymiany informacji między sterownikiem stanowiska a komputerowym systemem archiwizacji oraz komputerami kierownictwa i/lub służb kontroli jakości.

Usługi i produkty z tego zakresu realizujemy w sposób partnerski z Fabryką Armatur Jafar.

Moduł szczelnego zamykania komór wyrobu

Moduł automatycznej oceny wyników sprawdzeń

Moduł automatycznego pomiaru przecieku

Moduł automatycznego wykrywania nieszczelności – zewnętrznej (korpusów badanych wyrobów)

Moduł automatycznej regulacji docisku

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

59

Pomiary BEZPIECZEŃSTWO WYROBÓW

Nasze moduły i stanowiska charakteryzują między innymi poniżej podane parametry: • zakres zadawanych ciśnień: 2– 600 bar, • zakres badanych średnic: DN 15 – DN 400, • czynnik próbny: woda, powietrze, • zakres pomiaru przecieku powietrza od 0,15 Ncm3/min.

Na życzenie klienta możliwe jest także wykonanie stanowiska o innych parametrach.

Zakres badań Wykazanie, że wyroby są bezpieczne ma swoją specyfikę, ukierunkowaną na ochronę ludzi, urządzeń i środowiska naturalnego. Polega ona na przyjęciu zasady, że przeprowadza się je, przy ciśnieniu przewyższającym wartość dopuszczalnego ciśnienia pracy. Poza badaniami muszą być również ściśle przestrzegane określane procedury i wprowadzone ograniczenia dotyczące sposobu wykonywania badań dla różnego typu wyrobów, patrz np. tablica A3 normy PN-EN 12266:2007. Powoduje to, że ze względów bezpieczeństwa

Zespół sterowania siłą docisku dla szczelnego zamykania

60

Zespół zasilania cieczą

• budowa modułowa stanowisk umożliwia dopasowanie ich możliwości funkcjonalnych do asortymentu produkowanych przez zamawiającego wyrobów (w ramach dostępnych środków finansowych); • spełnienie normatywnych wymagań technicznych, szczególnie w zakresie zgodnego z wymaganiami przepisów wykonywania prób, dopasowanych do asortymentów badanych wyrobów, i spełnienia zaleceń systemów zapewnienia jakości; • zapewnienie powtarzalności i odtwarzalności prób; • bezpieczeństwo dla obsługi i otoczenia stanowisk; • eliminacja zanieczyszczenia otoczenia stanowisk i ochrona środowiska.

Wyżej wymienione stanowiska gwarantują wykonanie prób zgodnie z wymaganiami norm krajowych i międzynarodowych, w szczególności PN, EN, IEC, ISO, oraz z Dyrektywą 97/23/WE dotyczącą urządzeń ciśnieniowych. Oferujemy pomoc w pozyskiwaniu środków na dofinansowanie opracowania stanowisk oraz doradztwo w zakresie wyboru możliwie tanich i dostosowanych do potrzeb wytwórców rozwiązań.

Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP Tadeusz Gałązka tel. 22 874 03 36 e-mail: tgalazka@piap.pl Marcin Safinowski tel. 22 874 02 32 e-mail: msafinowski@piap.pl

Fot. PIAP

Stanowisko z zespółem orientacji i pozycjonowania badanego wyrobu

nastąpiło odrzucenie całej gamy logicznie zasadnych zmian związanych z modyfikacjami procedur oraz np. dopuszczenia badań wg zasad opartych na statystycznej kontroli jakości itp.

Badania bezpieczeństwa wyrobu obejmują zazwyczaj wykonanie trzech prób każdego wyrobu na zgodność z wymaganiami: • wytrzymałości – próba P10, • szczelności obudowy – próba P11, • szczelności zamknięcia – próba P12.

W Przemysłowym Instytucie Automatyki i Pomiarów PIAP opracowano zestaw narzędzi, które umożliwiają sprawdzenie, że produkowane wyroby pracujące pod ciśnieniem są bezpieczne. Zestaw narzędzi stanowią moduły oraz zbudowane z nich stanowiska.

Służą one do doświadczalnego, a więc najbardziej wiarygodnego, wykazania, że ujęte w aktach prawnych i normach wymagania są spełnione.

Takie narzędzia zostały opracowane w ramach projektu badawczego realizowanego w zakresie Przedsięwzięcia Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego „Inicjatywa technologiczna I”.

Główne cechy funkcjonalne stanowisk: • szczelne zamknięcie przestrzeni wewnętrznej badanych elementów, niezależnie od wielkości i typu przyłączy oraz wartości ciśnienia próbnego, • automatyczne zadawanie parametrów próby i pomiar sprawdzanych wartości, • komputerowe generowanie świadectwa próby i archiwizowanie danych o badanym wyrobie i wyników sprawdzeń, • osuszenie wnętrza badanych elementów po próbie, • jednolity system identyfikacji badanych elementów, • wymiana informacji pomiędzy komputerowym systemem stanowiska a komputerami kierownictwa firmy i/lub służb kontroli jakości, • wierne i natychmiastowe powtarzanie wykonywanych prób lub ich odtworzenie, • zminimalizowanie czynności pomocniczych i wysiłku towarzyszącego uzbrojeniu i rozbrojeniu stanowisk do badań kolejnych wyrobów.

Korzyści z zastosowania stanowisk: • automatyzowanie przebiegu badań, gwarantujące uzyskanie obiektywnych i udokumentowanych wyników prób, ujętych w komputerowo generowanych świadectwach i raportach oraz zbiorach archiwalnych;

czujniki i systemy pomiarowe Pomiary

Termopary głowicowe z osłonami metalowymi Proste termopary głowicowe z metalowymi rurami ochronnymi firmy Guenther znajdują zastosowanie w standardowych pomiarach temperatury w mediach płynnych i gazowych do maksymalnej temperatury pracy ciągłej 1200 °C (krótkotrwale nawet do 1300 °C). Przykładowe obszary ich zastosowań to wielkie piece, piece do wyżarzania, piece hartownicze,

Termopary głowicowe mają konstrukcję modułową, składają się więc z elementów, które można dopasować do własnych potrzeb. Czujniki zbudowane są z głowicy przyłączeniowej, elementu dystansowego (rury uchwytowej), mocowania termopary, wkładu pomiarowego wraz z kostką zaciskową oraz z metalowej osłony ochronnej.

Przy doborze termopary na początku należy określić, w jakiej temperaturze będzie pracować czujnik. Górną temperaturę pracy czujnika określa rodzaj zastosowanego termoelementu oraz rodzaj zastosowanej osłony. Standardowo przy termoparach głowicowych z osłoną metalową używa się termoelementów typu J, K, N lub S, ale możliwe jest również zastosowanie innego typu termoelementu.

Wkłady pomiarowe mogą stanowić druty termoparowe w izolatorach ceramicznych lub termoelementy płaszczowe, odznaczające się dużą odpornością na wibracje, wysoką stabilnością oraz bardzo dobrą izolacją elektryczną. Przy zastosowaniu wkładu płaszczowego możliwe jest również zamontowanie otworu kontrolnego w kostce zaciskowej, tak aby w przyszłości była możliwość sprawdzania wskazań termopary za pomocą termoelementu kontrolnego.

W celu zapewnienia prawidłowego funkcjonowania termopar w przyszłych warunkach pracy, materiał metalowych osłon oraz konstrukcja czujników dobierane są indywidualnie do potrzeb aplikacji. Ze względu na działanie wysokich temperatur do produkcji termopar z reguły wykorzystywane są wysokiej jakości rury ze stali żaroodpornej o wysokiej Promocja

zawartości dodatków stopowych w stali, takie jak chrom, nikiel, molibden czy wolfram. W zależności od warunków pracy możliwe jest również zastosowanie stali trudnościeralnych lub kwasoodpornych.

Termopary mogą być wykonane z rur spawanych lub ciągnionych (bezszwowych).

Szczególnie polecane są rury bezszwowe, które dzięki jednorodnej strukturze zapewniają zwiększoną odporność na pękanie, co przekłada się na wydłużony okres eksploatacji termopary.

Unikalnym elementem termopar firmy Guenther jest specjalna metoda zasklepiania rur metalowych w wysokich temperaturach, pozwalająca uniknąć sytuacji, w których spawane dno czujnika wypada lub osłona rozszczelnia się pod wpływem temperatury. W celu zwiększenia żywotności termopar często używane są również dodatkowe wewnętrzne rury ceramiczne bezpośrednio chroniące umieszczony w środku termoelement.

Montaż czujnika w miejscu pracy określa wymiary oraz sposób mocowania termopary. Rury ochronne występują w bardzo wielu średnicach, dodatkowo na termoparze może być naspawany gwint, kołnierz mocujący, zaciśnięta gazoszczelna mufa gwintowana lub uchwyt montażowy.

Budowa termopary może być indywidualnie dobrana ze względu na Państwa aplikację, wymagania dokładności pomiaru (możliwe wykonania w klasie lepszej niż 1 i zgodne z normą lotniczą AMS2750 D), maksymalną temperaturę pracy i miejsce montażu. www.guenther.com.pl

REKLAMA

Fot. PIAP

suszarnie, pomiary wydechowe, rekuperatory czy spalarnie śmieci.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

61

Nowości REGULATORY I ALGORYTMY REGULACJI

Przekaźnik czasowy z wyświetlaczem LED i cyfrowymi nastawami Relpol oferuje nowy, elektroniczny

Producenci najczęściej oferują elektroniczne przekaźniki czasowe z analogowymi nastawami, które obarczone są nawet kilkuprocentowym błędem. Wywołuje to problemy w tych aplikacjach elektrycznych, w których wymagane jest dokładne nastawienie czasu. Potęgują się one szczególnie tam, gdzie nastawiany jest bardzo długi czas, a kilkuprocentowy błąd powoduje nawet kilkugodzinne odchylenie. Poza tym dokładne nastawienie czasów jest przeważnie bardzo czasochłonne.

z wyświetlaczem LED oraz z cyfrowymi nastawami czasów T1, T2 i T3.

Lp.

Nr funkcji

Nazwa kodowa

Używane czasy

Sterowanie

Nazwa funkcji

1

F0

OFF

brak

U

Serwisowe stałe wyłączenie

2

F1

ON

brak

U

Serwisowe stałe załączenie

3

F2

Es

T1

U, S

E

T1

U

4

F3

5

F4

6

F5

7

F6

Opóźnione załączenie sterowane zestykiem S Opóźnione załączenie

E(S)

T1

U, S

Opóźnione załączenie z zatrzymaniem odmierzania czasu zestykiem S

E(r)

T1

U, S

Opóźnione załączenie z funkcją Reset

R

T1

U, S

Wu

T1

U

Wu(S)

T1

U, S

Opóźnione wyłączenie sterowane zestykiem S Załączenie na nastawiony czas Załączenie na nastawiony czas, z zatrzymaniem odmierzania czasu zestykiem S

8

F7

Wu(r)

T1

U, S

Załączenie na nastawiony czas z funkcją Restet

9

F8

Ws

T1

U, S

Jednokrotne załączenie na nastawiony czas, wyzwalane zamknięciem zestyku S

10

F9

Wa

T1

U, S

Załączenie na nastawiony czas, wyzwalane otwarciem zestyku S

B

brak

U, S

Wi

T1

U, S

11

F10

12

F11

ER

T1, T2

U, S

Opóźnione załączenie i opóźnione wyłączenie sterowane zestykiem S; niezależne nastawy czasów T1 i T2

13

F12

EWs

T1, T2

U, S

Opóźnione załączenie i załączenie na nastawiony czas, wyzwalane zamknięciem zestyku S; niezależne nastawy czasów T1 i T2.

14

F13

EWa

T1, T2

U, S

Opóźnione wyłączenie i odmierzanie czasu wyłączenia, wyzwalane otwarciem zestyku S; niezależne nastawy czasów T1 i T2

15

F14

EWu

T1, T2

U,

Opóźnione załączenie na nastawiony czas; niezależne nastawy czasów T1 i T2

16

F15

WsWa

T1, T2

U, S

Załączenie na nastawione czasy T1 i T2, sterowane zestykiem S; niezależne nastawy czasów T1 i T2

17

F16

EWf

T1, T2

U, S

Opóźnione załączenie i opóźnione wyłączenie sterowane zestykiem sterującym S; niezależne nastawy czasów T1 i T2

18

F17

Wt

T1, T2

U, S

Nadzór kolejności impulsów; załączenie na czas T2 przedłużane jest kolejnymi impulsami (zamknięciem i otwarciem zestyku S); niezależne nastawy czasów T1 i T2

Pi

T1, T2, opcja ustawienia T3

U

Praca cykliczna rozpoczynająca się od załączenia; niezależne nastawy czasów T1, T2 (T3 – opcjonalnie)

Pi(S)

T1, T2, opcja ustawienia T3

U, S

Pp

T1, T2, opcja ustawienia T3

U

Praca cykliczna rozpoczynająca się od przerwy; niezależne nastawy czasów T1, T2 (T3 – opcjonalnie)

Pp(S)

T1, T2, opcja ustawienia T3

U, S

Praca cykliczna rozpoczynająca się od przerwy; niezależne nastawy czasów T1, T2 (T3 – opcjonalnie); możliwe jest zatrzymanie i wznowienie pracy cyklicznej zestykiem sterującym S

19

20

62

F18

F19

Promocja

Praca cykliczna sterowana zestykiem S

Praca cykliczna rozpoczynająca się od załączenia; niezależne nastawy czasów T1, T2 (T3 – opcjonalnie); możliwość jest zatrzymanie i wznowienie pracy cyklicznej zestykiem sterującym S

Fot. Relpol

przekaźnik czasowy MT-W-17S-11-9240

Złoty Medal Targów Automaticon 2013

RELPOL SA www.relpol.com.pl

Uniwersalny przekaŸnik czasowy MT-W-17S-11-9240 • idealnie dokładna i szybka nastawa czasów (z dokładnością do 0,1 s)

• dwucyfrowy wyświetlacz LED • programowanie tylko dwoma przyciskami • możliwość nastawienia trzech czasów T1, T2, T3

• uniwersalne napięcie zasilania: 12...240 V AC/DC • maksymalna moc łączeniowa AC1: 16 A / 250 V AC

MT-W-17S-11-9240

REKLAMA

Fot. Relpol

Nowy przekaźnik Relpol jest idealnym rozwiązaniem w przypadku opisanych wyżej problemów. Czasy są nastawiane bardzo szybko, z dokładnością do 0,1 s.

Programowanie funkcji i czasów odbywa się w bardzo prosty, intuicyjny sposób – tylko przy pomocy wyświetlacza oraz dwóch przycisków („OK” i „F/T”). Duży dwucyfrowy wyświetlacz umożliwia: • wyświetlanie nastawianej funkcji i nastawianych czasów, • podgląd nastaw (numer funkcji i czas), • podgląd czasu w proc. (dla ustawień powyżej 60 s).

Przekaźnik ma szeroki zakres napięcia zasilania: od 12 do 240 V AC/DC i może być uruchamiany przez załączenie napięcia zasilania lub przez zewnętrzny sygnał wyzwalający (zestyk sterujący S).

MT-W-17S-11-9240, dzięki wyświetlaczowi i zestawowi diod LED, daje pełną informację o stanie pracy przekaźnika: • sygnalizacja zasilania „U” (zielona dioda LED – świecenie ciągłe), • sygnalizacja położenia styków wyjściowych „R” (żółta dioda LED świeci ciągle, gdy zestyk zwierny jest zamknięty), • sygnalizacja odmierzania czasu T1 i T2 (dla T1 na wyświetlaczu para segmentów diod LED wiruje w prawo, dla T2 – w lewo), • sygnalizacja odmierzania czasu T3 (odbywa się przez pulsowanie zielonej diody LED – T3), • sygnalizacja zakończenia funkcji (na wyświetlaczu pojawiają się kolejno litery „E”, „n”, „d”).

Przekaźnik udostępnia 20 funkcji czasowych, w tym dwie dla tzw. trybów serwisowych: F0 – OFF Serwisowe stałe wyłączenie; F1 – ON Serwisowe stałe załączenie. Pozostałe to zestaw typowych funkcji wielu elektronicznych przekaźników czasowych oraz zestaw funkcji nietypowych, np. z nastawianym czasem T3. Przykładem jest F18 – Pi(S) Praca cykliczna, rozpoczynająca się od załączenia przekaźnika wykonawczego R, z nastawionym czasem trwania pracy cyklicznej T3. Czasy T1 i T2 są nastawiane niezależnie i mogą mieć różne wartości. Wśród nietypowych funkcji są też takie, które umożliwiają resetowanie odmierzonego czasu i rozpoczynanie odmierzania od początku, bez zmiany stanu przekaźnika wykonawczego R. Przykładem jest F7 – Wu(r) Załączenie na nastawiony czas, z funkcją Reset. Do tej grupy zaliczyć można też takie, które umożliwiają zatrzymanie odmierzanego czasu, np. F6 – Wu(S) Załączenie na nastawiony czas, z zatrzymaniem odmierzania czasu zestykiem S. Czasy T1, T2, T3 nastawiane są oddzielnie, a każdy można nastawić na wartość z zakresu od 0,1 s do 99 h 59 min 59,9 s.

MT-W-17S-11-9240 na wyjściu ma jeden zestyk przełączny 1P o obciążalności znamionowej 10 A/250 V AC (kategoria AC1).

Liczba dostępnych w przekaźniku funkcji czasowych, możliwe do nastawienia czasy, uniwersalne napięcie zasilania, modułowa obudowa, o szerokości 17,5 mm, w połączeniu z wysoką dokładnością nastaw czasu oraz szybkim i prostym programowaniem czynią ten przekaźnik wyjątkowo przydatnym do zastosowań w różnych aplikacjach, m.in. w automatyce przemysłowej i budynkowej, w systemach zabezpieczeń, alarmowych, w systemach klimatyzacji i wentylacji.

Dzia³ Sprzeda¿y tel. 68 47Robotyka nr 90 822, 850; sprzedaz@relpol.com.pl Pomiary Automatyka 4/2013 63 www.relpol.com.pl

Nauka

Odbiorniki GNSS w praktyce inżynierskiej Badania stacjonarne

Arkadiusz Perski*, Artur Wieczyński*, Maria Baczyńska*, Konrad Bożek**, Sławomir Kapelko**, Sebastian Pawłowski** *Ośrodek Systemów Bezpieczeństwa, **Ośrodek Systemów Mobilnych, Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP, Warszawa

Streszczenie: W drugim z serii artykułów przedstawiono wyniki badań stacjonarnych dla różnych konfiguracji zestawu 10 odbiorników GNSS zaliczanych do grupy „low-cost”.

Na wstępie omówiono definicje podstawowych błędów określających dokładności wskazań odbiorników GNSS oraz zastosowane w badaniach scenariusze pomiarowe. Badania przeprowadzono na trzech stanowiskach pomiarowych, dobierając je w taki sposób, aby możliwe było sprawdzenie poprawności pracy odbiorników, zarówno dla bardzo korzystnych jak i bardzo niekorzystnych warunków odbioru sygnałów GNSS. Wyniki badań przedstawiają silną korelację warunków środowiskowych z błędami wyznaczania pozycji. W badaniu przeanalizowano wpływ różnych konfiguracji odbiorników na dokładność oraz precyzję pomiarów.

– powtarzalność warunków otoczenia w trakcie pomiarów, rozpatrywana zarówno w okresie krótkoterminowym (badanie powtórzone następnego dnia), jak i długoterminowym (badanie powtórzone w innej porze roku), – możliwość precyzyjnego wyznaczenia pozycji anteny będącej pozycją referencyjną w obliczeniach, również przez użycie alternatywnych metod jak geodezja, czy metody różnicowe GNSS. W artykule zostaną zaprezentowane wyniki badań stacjonarnych dla 10 odbiorników GNSS, pochodzących od pięciu producentów dla trzech skrajnie różnych scenariuszy pomiarowych przeprowadzonych w warunkach stacjonarnych.

Słowa kluczowe: GPS, GLONASS, EGNOS, nawigacja, błędy pomiarowe, CEP, DRMS, 2DRMS, ENU

1. Konwersja globalnego układu współrzędnych do płaskiego układu lokalnego

64

Podstawowym układem współrzędnych, względem którego odbiorniki GNSS podają obliczone pozycje jest układ WGS84. Jest to układ globalny, dla którego położenie punktów określa się względem zdefiniowanej elipsoidy odniesienia podając szerokość (oznaczaną symbolem B lub j) i długość geograficzną (L lub l) a także tzw. wysokość elipsoidalną h (czyli odległość od elipsoidy odniesienia). Alternatywnie, można podawać współrzędne punktu przy pomocy równoważnych im odpowiednio zdefiniowanych współrzędnych kartezjańskich X, Y i Z. O ile dystans mierzony wzdłuż powierzchni Ziemi równy 1 stopniowi kątowemu szerokości geograficznej zmienia się bardzo nieznacznie niezależnie od miejsca pomiaru, o tyle jego wartość dla długości geograficznej maleje wraz z oddalaniem się od ziemskiego równika. Na równiku dystans ten odpowiada 1/360 obwodu równikowego Ziemi, a więc ponad 111 km. Im dalej na północ lub południe, tym odległość ta maleje, osiągając finalnie na biegunach wartość 0. Na południowym (49,0° N) i północnym (54,5°N) krańcu Polski wynosi ona odpowiednio: 72,95 i 64,57 km – różnica jest więc wyraźnie zauważalna.

http://www.wikipedia.org

stalona lokalizacja anteny odbiornika pozwala wyeliminować szybkozmienny, losowy czynnik wynikający z warunków odbioru sygnałów GNSS, a szczególnie losowe zakłócenia mające swoje źródło w odbiciach i ugięciach fal radiowych. Zakłócenia tego rodzaju powstają głównie na skutek: – dynamicznych zmian otoczenia (np. ruch pojazdów, poruszanie się drzew na wietrze), zwłaszcza powierzchni odbijających lub tłumiących fale radiowe (np. metalowych obiektów) w najbliższym sąsiedztwie anteny, – powolnej zmiany układu satelitów (a dokładniej geometrii konstelacji obserwowanej z Ziemi) wynikającej z ich kołowego ruchu po orbitach, przez co fale radiowe w różnych porach dnia docierają pod różnymi kątami do anteny odbiornika.

Przedstawione fakty sprawiają, że badania stacjonarne (statyczne) są najdokładniejszą i najpopularniejszą formą oceny jakości odbiorników GNSS wykorzystywanych w typowych dla nich aplikacjach. Do pozostałych zalet badań stacjonarnych w kontekście GNSS można zaliczyć:

2. Popularne definicje błędów określania pozycji przez GNSS

Rys. 1. Realizacja konwersji układu globalnego do układu lokalnego Fig. 1. Realization of conversion of global coordinate system to local coordinate system

Do analizy wyników badań, jakie przeprowadzone w ramach tego cyklu artykułów, wygodniejszy wydaje się być płaski układ lokalny, do którego należy przeliczyć zebrane w trakcie badań współrzędne globalne, uzyskując współrzędne kartezjańskie określane jako Easting, Northing i Up (ENU).

Współrzędne ENU reprezentują przesunięcia dla każdej zmierzonej pozycji (odpowiednio w trzech kierunkach) względem pewnego punktu, stanowiącego środek układu lokalnego.

Na rys. 1 przedstawiono uproszczoną realizację konwersji układu globalnego BLh do układu lokalnego ENU. Uzyskane z odbiornika GNSS współrzędne geograficzne oraz wysokość elipsoidalną należy w pierwszej kolejności przeliczyć do współrzędnych w układzie Earth-centered Earth-fixed (ECEF). Jest to układ kartezjański, w którym oś X pokrywa się z południkiem zerowym (południkiem Greenwich), oś Z pokrywa się z osią obrotu Ziemi, zaś oś Y to oś prostopadła do osi X i osi Y, tworząca z nimi układ prawoskrętny.

Znając współrzędne punktów w układzie ECEF możliwe jest obliczenie współrzędnych w układzie lokalnym.

W tym celu należy skorzystać z poniższego równania [1]:

http://www.wikipedia.org

cos λ 0  X i − X R   E i   − sin λ    N = − sin cos − sin sin cos ϕ λ ϕ λ ϕ   Yi − YR   i  U i   cos ϕ cos λ cos ϕ sin λ sin ϕ   Z i − Z R  gdzie: Ei, Ni, Ui – współrzędne i-tego punktu w układzie lokalnym, Xi, Yi, Zi – współrzędne i-tego punktu w układzie ECEF, XR, YR, ZR – współrzędne środka układu lokalnego wyrażone w układzie ECEF.

Na potrzeby artykułu zawężono analizę błędów wskazań serii odbiorników do analizy błędów określanych wyłącznie dla płaszczyzny. W literaturze naukowej, jak również w notach katalogowych odbiorników GNSS najczęściej funkcjonują dwa rodzaje błędów określanych dla płaszczyzny: – błąd CEP (ang. Circular Error Probable), który mówi o długości promienia okręgu o środku w miejscu posadowienia anteny, w którym znajdzie się 50 % wyznaczonych na płaszczyźnie pozycji, – błąd DRMS (ang. Distance Root Mean Square), zdefiniowany jako odchylenie standardowe wartości mierzonych, który mając rozkład zbliżony do rozkładu normalnego określa promień okręgu, wewnątrz którego znajduje się 63–68 % wyznaczonych pozycji.

Czasami w notach katalogowych podawany jest również błąd 2DRMS, którego wartość określa się mnożąc dwukrotnie wartość błędu DRMS, dzięki czemu można określić promień okręgu, w którym znajdzie się 96–98 % wyznaczonych pozycji.

W przypadku błędów wskazań układów GNSS dla odpowiednio dużej liczby próbek wyznaczone pozycje będą rozrzucone na płaszczyźnie i ograniczone figurą o kształcie zbliżonym do elipsy. Podawane prawdopodobieństwo nie ma zatem jednej określonej wartości, jak to ma miejsce dla zmiennej jednowymiarowej, tylko może się wahać w określonym przedziale, w zależności od stopnia spłaszczenia elipsy. Komplikuje to obliczanie wartości błędu CEP, stosowane są więc dwa podejścia [2], przy czym każde z nich rozróżnia dwa warianty, w zależności od wartości współczynnika w: w=

σS σL

gdzie sS oraz sL odnoszą się odpowiednio do mniejszej i większej wartości z odchyleń standardowych dla współrzędnych Easting i Northing.

Odchylenie standardowe dla każdej ze współrzędnych ENU obliczane jest ze wzoru:

σ = gdzie:

1 n 2 ∑ (xi − x ) n − 1 i =1

x =

1 n ∑ xi n i =1

n – liczba zmierzonych pozycji dla danej serii pomiarowej, xi – współrzędna i-tej pozycji w danym kierunku przeliczona do układu lokalnego.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

65

Nauka

Rozpatrzmy dwa przypadki: 1. mniej dokładny, w którym szacuje się, że obliczony błąd będzie mniejszy niż 3 %

CEP = 0,5887 ⋅ (σ S + σ L ) dla 0,154 £ w £ 1,0 CEP = 0,6745 ⋅ σ L

dla 0 £ w < 0,154

2. bardziej dokładne: – z błędem mniejszym niż 0,26 % dla 0,3 ≤ w ≤ 1,0:

CEP = 0,6152 ⋅ σ S + 0,5620 ⋅ σ L

– z błędem mniejszym niż 0,49 % dla 0 ≤ w < 0,3:

CEP = (0,82 ⋅ w − 0,007 ) ⋅ σ S + 0,6745 ⋅ σ L

Błąd DRMS wyznacza się ze wzoru: DRMS = σ E2 + σ N2

Na 20 zmierzonych pozycji: – okrąg o promieniu równym CEP (kolor czerwony) będzie obejmował 10 punktów, – okrąg o promieniu równym DRMS (kolor niebieski) będzie obejmował 14 punktów, – okrąg o promieniu równym 2DRMS (kolor zielony) obejmie aż 19 punktów.

Jak widać, najbardziej czytelna w kontekście jakości odbiornika wydaje się być znajomość wartości błędu 2DRMS dla jego wskazań. Niestety, jej duża wartość może odstraszać potencjalnego konsumenta, stąd też producenci często posługują się miarami komercyjnie „bardziej przyjaznymi”, np. wartościami błędu CEP.

3. Opis platformy badawczej Do wykonania serii badań wykorzystano specjalnie przygotowane stanowisko testowe składające się z wykonanych w Przemysłowym Instytucie Automatyki i Pomiarów PIAP płyt ewaluacyjnych z odbiornikami GNSS pochodzącymi od kilku producentów.

Stąd też błąd 2DRMS to:

2DRMS = 2 ⋅ DRMS = 2 ⋅ σ E2 + σ N2

Rys. 2. Graficzne interpretacje różnych definicji błędów GNSS Fig. 2. Graphical interpretation of differences in GNSS error definitions

Dobrym przykładem, pozwalającym projektantowi aplikacji wyobrazić sobie, na ile dobry dla danego zastosowania będzie odbiornik GNSS (rys. 2). Przedstawiono na nim 20 zarejestrowanych pozycji GNSS na płaszczyźnie. Okręgi o różnych kolorach reprezentują graficznie wartości błędów CEP, DRMS, 2DRMS. Niniejszy przykład pokazuje jak interpretować trzy różne definicje błędów dla tego samego odbiornika.

66

Zastosowano odbiorniki typu OEM (w formie układów scalonych przygotowanych do wlutowania we własne aplikacje), toteż wymagane było zaprojektowanie i wykonanie płyt ewaluacyjnych PCB wraz z niezbędnymi układami towarzyszącymi, jak układ zasilania, konwertery poziomów napięć itp.

Specyfika badań porównawczych odbiorników GNSS wymaga zapewnienia im dokładnie takich samych warunków odbioru sygnałów GNSS w czasie przeprowadzania pomiarów. Warunek ten istotnie wpływa na jakość uzyskiwanych rezultatów pomiarów, pozwalając na wykluczenie błędów przypadkowych obserwowanych w czasie różnych sesji pomiarowych. Można w tym celu powtarzać pomiary w ściśle zdefiniowanych odcinkach czasu harmonogramem (aby wykonać pomiary przy takiej samej konstelacji satelitów GNSS), nie da się jednak wtedy uniknąć błędów wynikających np. z przypadkowych zmian czasu propagacji sygnału w atmosferze.

http://www.maps.google.com

Rys. 3. Platforma badawcza wykorzystanej do realizacji testów stacjonarnych Fig. 3. The measuring platform used during stationary tests

W tym celu wykorzystano dwa profesjonalne, aktywne splittery antenowe firmy GPS Source podłączone do precyzyjnej wielopasmowej anteny pomiarowej Novatel GPS-702-GGL. Sygnały po rozdzieleniu w splitterach trafiały do wejść antenowych odbiorników z błędem różnic w fazie sygnału dla każdego z wejść mniejszym niż 3°. Uzyskano w ten sposób porównywalne warunki pomiarowe dla każdego z badanych odbiorników.

4. Scenariusze pomiarowe Badania przeprowadzono dla trzech scenariuszy pomiarowych reprezentujących najbardziej typowe sytuacje pracy odbiorników GNSS: – Scenariusz I – doskonała widoczność nieboskłonu, bez istotnych przeszkód usytuowanych nisko nad horyzontem. Sytuacja taka ma np. miejsce, gdy antena odbiornika znajduje się na dachu samochodu poruszającego się w nizinnym, otwartym terenie pozbawionym wysokiej roślinności.

– Scenariusz II – zapewniona widoczność około połowy nieboskłonu; spotykana, gdy antena odbiornika znajduje się bardzo blisko dużej przeszkody, np. na dachu samochodu zaparkowanego pod wysokim blokiem mieszkalnym.

– Scenariusz III – nieboskłon widoczny jest tylko w niewielkim procencie, gdzie występuje efekt określany z ang. jako tzw. urban canyon. Jest to najtrudniejsza sytuacja odbioru sygnałów GNSS, spotykana często w centrach wielkich miast, szczególnie w otoczeniu licznych wysokościowców, ale również w sytuacji, gdy np. samochód porusza się wąskimi uliczkami pośród starych kamienic miast z historyczną zabudową.

Na rys. 4 przedstawiono lokalizację stanowisk pomiarowych znajdujących się na terenie Przemysłowe-

go Instytutu Automatyki i Pomiarów PIAP w Warszawie (52°11’ N, 20°55’ E), które zostały wybrane w taki sposób, aby jak najlepiej dopasować ich charakterystykę do założonych scenariuszy pomiarowych.

Scenariusz I – warunki szczególnie korzystne: Miejsce na specjalnej platformie przygotowanej do badań GNSS umiejscowionej na najwyższym poziomie dachu (4. kondygnacja powyżej poziomu terenu), dobra widoczność nieboskłonu we wszystkich kierunkach dla wszystkich wysokości topocentrycznych.

Scenariusz II – warunki średnio trudne: Antena posadowiona na niższym poziomie dachu (3. kondygnacja). Otwarte niebo tylko w zakresie 220–310° w płaszczyźnie poziomej (kierunek pomiędzy SW–NW). W pozostałych kierunkach w odległości około 1 m znajdują się ściany budynku o wysokości ok. 2,5 m.

Scenariusz III – warunki skrajnie trudne: Antena posadowiona na dachu parterowego łącznika budynków PIAP. Od strony SW w odległości ok. 1,5 m ściana budynku o wysokości trzech kondygnacji, od strony NE ściana budynku w odległości ok. 2 m o wysokości 1,5 kondygnacji.

Widoczność nieba w bardzo wąskim zakresie w kierunku NW–SE.

Dla każdego ze scenariuszy wybrano okres pomiarowy równy dobie gwiazdowej (84 164 s), dzięki czemu każdy z badanych układów mógł doświadczyć zakłóceń związanych z odbiciami i ugięciami sygnałów GNSS w czasie pełnego, pojedynczego przejścia („obrotu”) wszystkich satelitów GNSS obserwowanych w danej lokalizacji.

Sesje pomiarowe następowały jedna po drugiej, z krótkim okresem przerwy wymaganej do zmiany położenia anteny. Badania przeprowadzono przy prawie identycznej, stabilnej pogodzie w dniach 3–5 grudnia 2012 r., co powinno do minimum ograniczyć fluktuację wpływu atmosfery na wyniki obliczeń pozycji dla każdego ze scenariuszy.

Test przeprowadzono z użyciem 10 sztuk tanich, jednoczęstotliwościowych odbiorników GNSS przeznaczonych na rynek masowy. Odbiorniki od danego producenta pochodziły z jednej serii produkcyjnej. W ilościach detalicznych są one dostępne w cenie do 30–40 EUR za sztukę.

W celu zaprezentowania postępu w dziedzinie rozwoju układów GNSS, w teście wzięły udział odbiorniki najnowszej generacji oraz nieco starsze, wyprodukowane w latach 2008–2009.

5.1. Zestawienie badanych układów Rys. 4. Lokalizacje anteny GNSS dla trzech scenariuszy pomiarowych Fig. 4. GNSS antenna positions for three measuring scenarios

Do testu wykorzystano odbiorniki GNSS będące układami scalonymi lub zintegrowanymi modułami PCB z przeznaczeniem do integracji z pozostałą elektroniką.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

67

w

http://www.maps.google.com

5. Testowane odbiorniki

Nauka

Tab. 1. Tabela z zestawieniem użytych do testów układów GNSS wraz z ich konfiguracjami Tab. 1. Table showing list of tested GNSS receivers with their configuration

EGNOS

L.p.

Producent

Model

CEP [m]

DRMS [m]

2DRMS [m]

GPS

GLONASS

EGNOS

uBlox

LEA-6N

2,5

x

x

T

N

N

2

uBlox

LEA-6N

2,0

x

x

T

N

T

3

Garmin

GPS 15 xL-F

x

x

15,0

T

N

N

4

uBlox

LEA-6N

4,0

x

x

N

T

N

5

ORCAM

GPS36FB

2,5

x

x

T

N

N

6

SkyTraq

Venus634LPx

2,5

x

x

T

N

N

7

NVS

NV08C-CSM

x

1,5

x

T

N

N

8

NVS

NV08C-CSM

x

1,5

x

N

T

N

Model

Firmware

GLONASS

1

Producent

GPS

N

L.p.

1

uBloxA

LEA-6N

V1,00 for GNSS

T

N

2

uBlox

LEA-6N

V1,00 for GNSS

T

N

T

3

GarminB

GPS 15 xL-F

3,8

T

N

N

4

uBloxA

LEA-6N

V1,00 for GNSS

N

T

N

5

ORCAMB

GPS36FB

T

N

N

T

N

N

A

GSW3,2,5_3,3,01.,06SDK-3EP3,00 K: 1,4,8; V: 1.8.22, R:

Tab. 2. Tabela z deklarowanymi przez producentów dokładnościami odbiorników GNSS Tab. 2. Table showing manufacturers declared accuracy of all tested GNSS receivers

6

SkyTraqB

Venus634LPx

7

NVSA

NV08C-CSM

0205

T

N

N

8

NVSA

NV08C-CSM

0205

N

T

N

9

NVSA

NV08C-CSM

0205

T

T

N

9

NVS

NV08C-CSM

?

?

?

T

T

N

10

NVSA

NV08C-CSM

0205

T

N

T

10

NVS

NV08C-CSM

x

1,0

X

T

N

T

2008.10.23

Tab. 3. Wyniki badań dla scenariusza I Tab. 3. Results for the scenario I SCENARIUSZ I – idealne warunki odbioru sygnałów GNSS Satelity, z których sygnały zostały

Rozwiązania

wykorzystane do rozwiązania nawi-

Odchylenie standardowe

12

10,1

1,2

0,71

0,78

1,39

1,06

2,11

0,88

1,48

1,78

2,96

4,10

2

100,00 %

100,00 %

7

12

10,0

1,2

0,31

0,46

0,74

0,56

1,11

0,45

0,78

1,33

1,75

2,54

3

100,00 %

100,00 %

7

12

10,0

1,0

1,31

1,27

3,52

1,83

3,66

1,52

3,15

4,21

4,33

10,68

4

100,00 %

100,00 %

6

10

8,3

0,8

7,67

7,52

16,41

10,75

21,49

8,94

16,22

17,62

19,11

53,51

5

100,00 %

100,00 %

7

12

10,0

1,1

0,96

1,23

2,44

1,56

3,11

1,28

2,38

3,20

4,30

6,88

6

100,00 %

100,00 %

7

12

10,0

1,1

0,96

1,17

1,86

1,52

3,03

1,25

2,05

3,54

4,79

5,79

7

100,00 %

100,00 %

8

13

10,3

1,3

0,66

0,66

1,29

0,93

1,86

0,77

1,34

1,51

2,09

3,06

8

100,00 %

100,00 %

4

10

7,1

1,1

4,02

4,99

7,92

6,41

12,81

5,28

8,71

6,73

23,25

26,30

9

100,00 %

100,00 %

14

22

17,7

1,6

0,88

0,79

1,22

1,18

2,36

0,98

1,49

1,77

2,02

2,32

10

100,00 %

100,00 %

8

13

10,3

1,2

0,63

0,65

1,24

0,91

1,81

0,75

1,29

1,41

1,91

2,68

68

[m]

7

Up

100,00 %

[m]

100,00 %

Northing

1

[m]

q

Easting

p

[m]

o

SEP

n

[m]

m

CEP

l

[m]

k

2DRMS

j

[m]

i

[m]

h

DRMS

g

Up

f

[m]

e

Northing

d

[m]

Odchylenie standardowe

c

Easting

Liczba śred nia

b

W ogóle

a

obliczone [%]

Liczba maksymalna

w kierunku:

Liczba minimalna

gacyjnego

Maksymalny rozrzut

Obliczone błędy

błędu ENU dla:

Ważne [%]

Numer odbiornika GNSS

nawigacyjne

– – – – –

6. Wyniki badań

Układy pochodziły od następujących producentów: u-Blox http://www.ublox.com, Garmin http://www.garmin.com, Orcam http://www.orcam-gps.com, SkyTraq http://www.skytraq.com.tw, NVS Tech. AG http://www.nvs-gnss.com.

Zebrane wyniki pomiarów zostały zaprezentowane w formie tabelarycznej (tab. 3–5) oraz w postaci wykresów.

Wszystkie odbiorniki zostały wstępnie skonfigurowane do wysyłania pełnego zestawu informacji nawigacyjnych, tj. m.in. czasu oraz pozycji geograficznej z częstością co jedną sekundę. Należało zatem oczekiwać 86 164 zestawów danych (zestawów komunikatów NMEA).

Niestety, na skutek deficytu sygnałów GNSS dla danej lokalizacji anteny w określonych chwilach czasowych dla scenariusza II oraz scenariusza III, niektóre z odbiorników wysyłały komunikaty NMEA z pustymi polami. Ich udział procentowy w stosunku do liczby oczekiwanych komunikatów (86 164) zawiera kolumna „b”.

Dodatkowo, pomimo że niektóre zestawy komunikatów NMEA zawierały pełny komplet danych, to odpowiednie pole w danym komunikacie (np. pole „Fix Quality” w komunikacie $GxGGA) informowało, że wskazywane dane

Układy oznaczone indeksem A (tab. 1) to układy opracowane niedawno, natomiast układy oznaczone indeksem B zostały opracowane kilka lat temu.

5.2. Deklarowane dokładności odbiorników

W tab. 2 zestawiono deklarowane przez producentów w notach katalogowych dokładności odbiorników GNSS, opisanych przy pomocy różnych definicji błędów. Podane wartości wskazane są zgodnie z użytymi w trakcie testu konfiguracjami układów (użytymi konstelacjami GNSS).

Nota katalogowa dla układu nr 9 nie definiowała dokładności w konfiguracji GPS+GLONASS.

Tab. 4. Wyniki badań dla scenariusza II Tab. 4. Results for scenario II SCENARIUSZ II – średnio trudne warunki odbioru sygnałów GNSS Satelity, z których sygnały

Rozwiązania

1,2

1,18

1,36

2,75

1,80

3,60

1,49

2,72

5,35

5,61

11,22

2

100,00 %

100,00 %

5

12

8,5

1,2

0,91

1,23

2,20

1,53

3,06

1,25

2,24

5,56

11,02

17,33

3

100,00 %

100,00 %

5

11

8,0

1,0

3,58

4,01

7,42

5,38

10,76

4,46

7,71

11,76

20,83

35,93

4

100,00 %

100,00 %

3

10

7,0

1,2

11,03

13,49

28,33

17,43

34,85

14,37

27,19

44,97

37,19

117,32

5

100,00 %

100,00 %

4

12

8,0

1,2

2,03

3,20

4,63

3,79

7,57

3,04

5,10

13,32

12,50

21,63

6

100,00 %

100,00 %

6

12

9,3

1,1

1,17

1,13

2,61

1,63

3,25

1,35

2,52

5,26

4,03

7,85

7

100,00 %

97,47 %

5

12

8,8

1,2

0,71

1,08

2,06

1,30

2,59

1,05

2,0

8,74

5,46

16,37

8

100,00 %

99,97 %

4

10

6,7

1,0

3,95

5,09

10,74

6,44

12,89

5,29

10,19

8,43

31,31

58,87

9

100,00 %

100,00 %

11

22

15,6

1,6

0,57

0,88

1,65

1,05

2,09

0,84

1,60

1,87

2,57

4,41

10

100,00 %

99,93 %

5

12

8,9

1,2

0,63

1,04

2,09

1,22

2,43

0,97

1,96

2,18

5,29

8,87

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

[m]

Up

8,5

[m]

12

[m]

5

Northing

100,00 %

[m]

100,00 %

Easting

1

[m]

q

SEP

p

[m]

o

CEP

n

[m]

m

2DRMS

l

[m]

k

DRMS

j

Up

i

[m]

h

Northing

g

[m]

f

Easting

Odchylenie standardowe

e

[%]

d

Ważne

c

[%]

b

W ogóle

a

obliczone

Liczba średnia

w kierunku:

Liczba maksymalna

do rozwiązania nawigacyjnego

Maksymalny rozrzut

Obliczone błędy

błędu ENU dla:

Liczba minimalna

Numer odbiornika GNSS

Odchylenie standardowe

zostały wykorzystane

nawigacyjne

69

Nauka

są albo nieważne, albo obliczone na postawie przyjętych pewnych założeń pozwalających na wyznaczenie pozycji pomimo braku wystarczającej ilości niezależnych danych GNSS (tzw. tryb dead reckoning). Zostały one odrzucone w dalszych analizach. Udział procentowy komunikatów oznaczonych jako „nieważne” w stosunku do wszystkich komunikatów oczekiwanych w czasie trwania pomiaru zawiera kolumna „c”.

Warto zwrócić uwagę na zmianę skali wykresów wraz ze zmianą scenariusza. Długość boku siatki wynosi odpowiednio: 5 m, 10 m i 20 m.

Przeprowadzone badania stacjonarne dla trzech scenariuszy pomiarowych pozwalają ocenić jakość pracy odbiorników GNSS. Zaprezentowane wyniki badań potwierdzają silną zależność między warunkami pracy odbiornika GNSS a jego wskazaniami. Trudniejsze warunki pracy związane z blokowaniem odbioru i innymi zakłóceniami sygnału GNSS wpływają na znaczne pogorszenie dokładności wskazań odbiorników. W skrajnych sytuacjach wskazania odbiorników były wielokrotnie mniej dokładne od deklarowanych przez ich producenta wartości.

Testy przeprowadzone dla scenariusza III wskazują wyraźną przewagę układu wielosystemowego nad układami jednosystemowymi. Odbiornik nr 9 jako jedyny w teście pracujący w tym samym czasie zarówno z sygnałami GPS jak i GLONASS najlepiej poradził sobie w najtrudniejszych warunkach odbioru sygnałów GNSS. Jednocześnie wcale nie był lepszy od odbiornika jednosystemowego ze wsparciem SBAS, jeśli warunki odbioru były dobre.

W tab. 3–5 zawarto syntetyczne wyniki przeprowadzonych badań. Dobrym rozwiązaniem, dającym pogląd nt. precyzji odbiorników, jest jednak przyjrzenie się, w jaki sposób obliczane pozycje układały się na płaszczyźnie w czasie całego cyklu pomiarowego. Są to wykresy określane w języku angielskim jako scatter plot, w których środek układu współrzędnych na każdym wykresie reprezentuje punkt referencyjny przy konwersji współrzędnych ECEF na współrzędne ENU. Zestaw 30 wykresów, po jednym dla każdego z 10 odbiorników pracujących wg trzech scenariuszy został zaprezentowany w kolejnych podpunktach.

Tab. 5. Wyniki badań dla scenariusza III Tab. 5. Results for scenario III

SCENARIUSZ III – skrajnie trudne warunki odbioru sygnałów GNSS Odchylenie

wykorzystane do rozwiązania na-

standardowe błędu ENU

wigacyjnego

dla:

Maksymalny rozrzut

Obliczone błędy

1,71

4,55

5,52

4,86

9,73

3,61

6,25

10,98

30,91

37,73

2

100,00 %

100,00 %

4

12

8,4

1,4

1,71

4,52

5,49

4,84

9,67

3,59

6,21

10,62

26,78

38,83

3

100,00 %

100,00 %

4

12

7,8

1,0

3,26

6,98

7,81

7,71

15,41

5,93

9,44

15,86

37,10

42,55

4

99,99%

99,99%

3

10

7,1

0,9

12,74

12,13

24,01

17,59

35,18

14,62

25,09

54,55

44,41

105,67

5

100,00 %

100,00 %

3

12

7,3

1,4

2,20

5,74

6,69

6,14

12,29

4,58

7,74

14,32

50,63

54,99

6

100,00 %

100,00 %

5

12

9,0

1,1

1,01

3,28

3,81

3,43

6,87

2,47

4,34

4,07

8,53

14,15

7

100,00 %

100,00 %

4

12

8,4

1,3

1,23

3,97

3,87

4,15

8,30

2,99

4,84

8,28

23,62

17,15

8

100,00 %

99,21 %

3

9

6,5

1,0

8,70

6,65

10,14

10,95

21,89

8,98

13,13

79,51

55,42

88,74

9

100,00 %

100,00 %

9

21

15,0

1,8

0,68

2,72

2,08

2,81

5,61

1,97

2,93

4,39

7,21

5,74

10

100,00 %

100,00 %

4

12

8,4

1,3

1,21

3,88

3,80

4,06

8,12

2,92

4,74

7,05

15,11

15,99

70

Up

1,4

[m]

8,4

[m]

12

[m]

4

Northing

100,00 %

Easting

100,00 %

[m]

1

SEP

q

[m]

p

[m]

o

CEP

n

2DRMS

m

[m]

l

DRMS

k

Up

j

[m]

i

[m]

h

Northing

g

[m]

f

Easting

e

dowe

Liczba średnia

d

[%]

c

Ważne

b

[%]

a

W ogóle obliczone

Liczba maksymalna

w kierunku:

Liczba minimalna

Numer odbiornika GNSS

nawigacyjne

Satelity, z których sygnały zostały

Odchylenie standar-

Rozwiązania

6.1. Wykresy dla scenariusza I

Scenariusz I - warunki szczególnie korzystne dla odbioru sygnałów GNSS Odbiorniki numer: 1 (uBlox - GPS), 2 (uBlox z GPS + EGNOS), 7 (NVS - GPS), 9 (NV - GPS + GLONASS) i 10 (NVS - GPS + EGNOS) wyznaczają pozycje na płaszczyźnie z bardzo dobrą dokładnością i precyzją. Pozycje zebrane w trakcie całego okresu pomiarowego są ściśle skupione i leżą bardzo blisko pozycji referencyjnej. W porównaniu z powyższymi, odbiorniki numer: 3 (Garmin - GPS), 5 (ORCAM - GPS) i 6 (SkyTraq - GPS) prezentują słabszą precyzję ale wciąż dobrą dokładność. Odbiorniki numer: 4 (uBlox - GLONASS) oraz 8 (NVS - GLONASS) zdecydowanie odstają od pozostałych. Precyzja wskazań jest wielokrotnie gorsza od poprzedników, a w określonych chwilach czasowych widać również „wędrówkę” wskazań po ścieżkach znacznie oddalonych od punktu referencyjnego, co może powodować zupełnie błędną pracę aplikacji nawigacyjnych wykorzystujących odbiorniki w tak określonej ich konfiguracji.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

71

Nauka

6.2. Wykresy dla scenariusza II

Scenariusz II - warunki średnio trudne Odbiornik numer 9 (NVS - GPS + GLONASS) prezentuje najlepszą precyzję i dokładność wskazań. Ustępują mu nieznacznie odbiorniki numer 7 (NVS - GPS) i 10 (NVS - GPS + EGNOS), chociaż dla odbiornika numer 7 daje się zauważyć znaczne zwiększoną wartość maksymalnego rozrzutu zmierzonych pozycji. Utrudniony odbiór sygnałów GNSS zaczyna mieć istotny wpływ na jakość określanych pozycji w pozostałych odbiornikach. Widać to szczególnie w najsłabszym dla tego scenariusza odbiorniku numer 4 (uBlox - GLONASS).

Przez pewien okres czasu odbiorniki był w stanie odbierać sygnały tylko od 3 satelitów GLONASS, co spowodowało znaczną degradację jakości jego wskazań.

72

6.3. Wykresy dla scenariusza III

Scenariusz III - warunki bardzo trudne Ze szczególnie utrudnionym odbiorem sygnałów GNSS najlepiej poradził sobie odbiornik numer 9 (NVS - GPS + GLONASS). Obliczane przez niego pozycje miały najlepszą dokładność i precyzję. Warty zauważenia jest również fakt, że komponent Up jego wskazań był świetnie wyznaczany, co w rezultacie dałoby mu również deklasującą pozostałe odbiorniki pozycję w rankingu jakości określania wskazań dla przestrzeni. Na takie jego zachowanie może mieć wpływ zdecydowanie najlepsza zdolność wykorzystania sygnałów GNSS - w najtrudniejszym momencie odbierał sygnały z co najmniej 9 satelitów, gdzie dla pozostałych odbiorników była to liczba z przedziału 3 do 5. Najsłabiej wypadł tutaj odbiornik numer 4 (uBlox - GLONASS), który jako jedyny (w krótkim przedziale czasu) miał w ogóle problem z wyznaczeniem pozycji.

Należy jednak podkreślić, że scenariusz III wymuszał pracę odbiorników w szczególnie trudnym środowisku, rzadko spotykanym w typowych aplikacjach dla tego segmentu odbiorników.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

73

Nauka

7. Wnioski Bazując na praktyce inżynierskiej autorzy szczegółowo zwrócą uwagę na ważne aspekty, które mogą okazać się istotne dla projektantów urządzeń wyposażonych w odbiorniki GNSS.

7.1. Degradacja jakości wskazań wraz z pogorszeniem widoczności nieboskłonu a generacja układu

Na rys. 5 naniesiono na wspólny wykres wskazania jednego z lepszych w przeprowadzonym teście odbiorników GNSS. Jest to odbiornik nowszej generacji. Kolorem czerwonym oznaczono wskazania dla najmniej korzystnej pozycji anteny, niebieskim wskazania dla średnio korzystnej pozycji, a zielonym dla pozycji najkorzystniejszej.

Widać tutaj korelację między lokalizacją anteny a jakością wskazań dla tego samego odbiornika pracującego z identycznymi ustawieniami, jednak nie jest ona tak wyraźna jak dla starszego układu (odbiornik 5), co zostało analogicznie zaprezentowane na rys. 6.

Ciągły postęp w rozwoju technologii odbiorników GNSS sprawia, że z każdym rokiem parametry nowo opracowywanych układów są znacznie lepsze. Bazując na przedstawionych wynikach obserwacji autorzy uważają, że raczej nie warto inwestować w układy starszej generacji, nieznacznie tylko ustępujące ceną najnowszym.

7.2. Wykorzystanie sygnałów GLONASS

Rys. 5. Wspólny wykres dla wyznaczonych pozycji odbiornika nowszej generacji dla 3 scenariuszy pomiarowych Fig. 5. Composite chart of determined positions for newer generation receiver for 3 scenarios

Rys. 6. Wspólny wykres dla wyznaczonych pozycji odbiornika starszej generacji dla 3 scenariuszy pomiarowych Fig. 6. Composite chart of determined positions for older generation receiver for 3 scenarios

74

Obecnie wskazania odbiorników bazujące tylko na sygnałach systemu GLONASS są dużo gorsze niż wskazania odbiorników wyłącznie z systemem GPS. Na rys. 7 przedstawiono wykresy dla najkorzystniejszego położenia anteny, zarejestrowane dla tego samego modelu odbiornika GNSS (odbiorniki 7–9), pracującego w trzech trybach: – GPS kolor czerwony, – GLONASS kolor niebieski, – GPS+GLONASS kolor zielony.

Rys. 7. Wykres wyznaczonych pozycji dla 3 odbiorników pracujących z różnymi systemami GNSS dla scenariusza I Fig. 7. Chart with indicated positions for 3 receivers working with 3 different GNSS systems for scenario I

Dla tego scenariusza obydwa systemy (GPS vs. GLONASS) dzieli wyraźna przepaść. Błąd DRMS dla odbiornika GLONASS jest prawie 7-krotnie większy niż dla odbiornika GPS i ponad 5-krotnie większy dla odbiornika z kombinacją GPS+GLONASS. Sytuacja poprawia się, jeśli dokonamy analogicznego porównania dla najmniej korzystnej pozycji anteny (rys. 8).

Rys. 8. Wykres wyznaczonych pozycji dla 3 odbiorników pracujących z różnymi systemami GNSS dla scenariusza III Fig. 8. Chart with indicated positions for 3 receivers working with 3 different GNSS systems for scenario III

Największa poprawa jakości wskazań następuje, gdy dla lokalizacji anteny w trudnych warunkach wykorzystamy dwa systemy jednocześnie. Pozycje określane przez odbiornik wielosystemowy mają zdecydowanie mniejszy błąd DRMS, jak również skrajne wartości Easting i Northing znajdują się znacznie bliżej wartości referencyjnej. Kolosalna jest także zmiana skrajnych wartości Up, która dla odbiornika wielosystemowego jest prawie 19-krotnie mniejsza niż dla odbiornika najsłabszego w tym scenariuszu.

Jest to zatem wyraźna przesłanka, aby przygotować projekty własnych aplikacji do wykorzystania odbiorników GNSS w prawdziwym znaczeniu tego skrótu, czyli odbiorników w pełni wielosystemowych.

7.3. Wartości maksymalnych różnic dla zmierzonych współrzędnych Easting i Northing

Warto zwrócić uwagę na porównanie maksymalnych różnic dla współrzędnych Easting i Northing (wynikających z „rozrzucenia” obliczonych pozycji wokół pozycji referencyjnej) z wartością błędu CEP. Przedstawione wartości błędów CEP/DRMS/2DRMS zostały wyznaczone dla stosunkowo dużej liczby zarejestrowanych pozycji (ponad 86 000), dzięki czemu chwilowe i jednostkowe zakłócenia, nawet o dużych wartościach, nie miały istotnego wpływu na ich wyniki.

W praktyce inżynierskiej oczekuje się jednak również, aby obok dużej dokładności układu GNSS, której miarą jest uśredniona wartość błędu wyznaczenia pozycji, wskazywane pozycje jak najmniej różniły się między sobą, czyli były najbardziej precyzyjne (miarą precyzji jest rozrzut wyznaczonych pozycji wokół ich wartości uśrednionej).

Jest to zarazem parametr stosunkowo istotny w wielu popularnych aplikacjach, np. w samochodowych nawigacjach. Z punktu widzenia użytkownika nawigacji samochodowej, nie ma zupełnie znaczenia, jeśli deklarowany błąd CEP jest na poziomie 2,5 m (scenariusz III, odbiornik nr 6) albo 3,6 m (scenariusz III, odbiornik 1), gdyż jest to wielkość porównywalna z wielkością samochodu. Krytycznym za to jest maksymalny rozrzut, jakiego się może spodziewać – dla wspomnianych dwóch odbiorników, wartości maksymalnej różnicy dla współrzędnej Northing wynoszą odpowiednio 8,5 m oraz 30,9 m. Blisko 31 m przesunięcia może skutkować np. zmianą kierunku na autostradzie czy na zjeździe z estakady na skrzyżowaniu bezkolizyjnym widzianą przez nawigację samochodową, a finalnie bezpodstawnym przeliczeniem trasy, co wpływa na komfort użytkowania nawigacji samochodowej, a nawet na bezpieczeństwo podróży.

7.4. Utrata odbioru sygnałów EGNOS

Scenariusz III przewidywał ustawienie anteny między wysokimi przeszkodami od strony południowej i północnej. Zgodnie z opisem zamieszczonym w pierwszym artykule tej serii, satelity EGNOS transmitujące poprawki dla systemu GPS są widziane na terytorium Polski nisko nad południowym horyzontem, wskutek czego nawet stosunkowo niewysokie przeszkody znajdujące się na tym kierunku całkowicie blokują ich odbiór.

Taka sytuacja miała miejsce w trakcie badań prowadzonych dla scenariusza III, co potwierdzają zgodne wyniki wskazań dla par odbiorników nr 1 i 2 oraz 8 i 10. Niezależnie, czy odbiorniki były lub nie były skonfigurowane do odbioru poprawek EGNOS, uzyskane rezultaty pomiarów są zbliżone.

Przy wykorzystaniu poprawek transmitowanych przez systemy SBAS należy zwrócić uwagę, aby odbierany system SBAS przeznaczony był dla właściwego obszaru geograficznego.

Jeśli odbiornik GPS zostanie skonfigurowany do akceptowania poprawek od dowolnego systemu SBAS, to może się zdarzyć, że będą na danym obszarze odbierane również sygnały od systemów dedykowanych innemu kontynentowi – w Polsce, relatywnie wysoko nad horyzontem widoczne są również satelity indyjskiego systemu augmentacyjnego GAGAN – PRN127 i PRN128, transmitujące aktualnie sygnały testowe (grudzień 2012).

7.5. Wskaźnik „Fix Quality Indicator”

Poważnym błędem przy korzystaniu z danych pozyskanych z odbiorników GNSS (a często popełnianym) jest pomijanie specjalnego wskaźnika (tj. wartości Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

75

Nauka

numerycznej określonego pola komunikatu NMEA, np. w komunikacie $GxGGA) mówiącego o ich „ jakości”.

Przykładowo, w formacie wiadomości $GxGGA pole nr 6 może przyjmować zwyczajowo wartości od 0 do 6, gdzie każdej z tych wartości przyporządkowany jest odgórnie status wysyłanych przez odbiornik danych o pozycji.

Z uwagi na fakt, że omawiane odbiorniki GNSS należy sklasyfikować jako produkty „low-cost”, znaczenie mają 4 wartości pola nr 6 w wiadomości $GxGGA (tab. 6).

Tab. 6. Tabela z zestawieniem znaczeń wskaźnika „Fix Quality Indicator” w komunikacie $GxGGA Tab. 6. Table showing a list of typical meanings of „Fix Quality Indicator” in $GxGGA message.

Wartość wskaźnika

Znaczenie wskaźnika

0

Fix not available or invalid

1

Position fix valid, autonomous mode

2

Position fix valid, differential mode

6

Estimated data (extrapolation, „dead reckoning mode”)

Jeżeli w polu tym widnieje wartość 0, należy z całą stanowczością pominąć w analizie wszystkie transmitowane w ramkach NMEA dane dla danego okresu pomiarowego.

Dyskusyjne wydaje się być również korzystanie z informacji oflagowanych wartością 6. W takim przypadku odbiornik nie oblicza parametrów nawigacyjnych w oparciu o pełną i aktualną informację pozyskaną z sygnałów GNSS, przyjmuje natomiast pewne założenia (np. niezmienną wysokość lub stały co do kierunku i modułu wektor prędkości), dzięki którym nawet przy braku wystarczającej widoczności nieboskłonu możliwe jest wyznaczanie kolejnych danych nawigacyjnych.

8. Podsumowanie Przy idealnych warunkach do odbioru sygnałów GNSS (scenariusz I) wszystkie testowane odbiorniki wykazały zbliżone parametry, na porównywalnym świetnym i w pełni akceptowalnym dla tej półki cenowej poziomie.

Należy nadmienić, że dla tego scenariusza zostało wykorzystane specjalne miejsce przygotowane do badań GNSS wykonywanych w PIAP od wielu już lat. Ponadto, do badań została celowo użyta antena precyzyjna, o specjalnej budowie – gwarantującej doskonałe parametry (m.in. dużą stabilność centrum fazowego w funkcji kąta padania fali elektromagnetycznej), w tym odpowiednią charakterystykę promieniowania minimalizującą wpływ szkodliwych sygnałów odbitych. Dzięki temu możliwe było zbadanie jakości samych odbiorników, z pominięciem zakłóceń wynikających ze słabych parametrów instalacji antenowej. Należy jednak zaznaczyć, że koszt takiej anteny liczony jest w tysiącach złotych.

W typowych zastosowaniach odbiorników GNSS z segmentu „low-cost” (spotykanych w telefonach czy w nawi-

76

gacjach samochodowych) wykorzystuje się tanie, pasywne anteny o niezoptymalizowanej charakterystyce, co będzie miało istotny wpływ na jakość odbieranych sygnałów GNSS a w rezultacie na większe błędy. Często również samo miejsce używania odbiorników (np. wnętrze samochodu – metalowa klatka!) dodatkowo wpływa niekorzystnie na ich pracę.

Reasumując, dla scenariusza I, po odrzuceniu odbiorników „tylko-GLONASS”, brak jest wyraźnego lidera.

W scenariuszu II można zauważyć przewagę układów nowoczesnych (NVS, u-Blox) nad pozostałymi.

Scenariusz III odkrywa potęgę układów wielosystemowych. W pierwszej części tej serii wspomniano, że istnieją układy wielosystemowe, ale jednocześnie można korzystać np. tylko z GPS (ew. GPS+EGNOS) lub tylko z GLONASS. Taka sytuacja ma miejsce w odbiornikach LEA-6N produkowanych przez u-Blox. Choć mają one świetne parametry, wyraźnie brakuje możliwości jednoczesnego użytkowania wielu systemów na raz. Pozytywnie wyróżnia się tutaj NVS ze swoimi odbiornikami serii NV08C-CSM. Jest to de facto „kombajn” łączący dwa niezależne odbiorniki GNSS (GPS i GLONASS), z własną jednostką integrującą wskazania obu systemów do jednego strumienia danych. Przewaga tego odbiornika nad innymi jest spora, chociaż również bardzo dobre parametry osiągnął odbiornik SkyTraq Venus634LPx. Pomimo że ma już swoich wielosystemowych następców, wypada nadal bardzo konkurencyjnie.

Zalety wykorzystania sygnałów z wielu konstelacji GNSS szczególnie uwydatniają się w trudnych do odbioru lokalizacjach. Jeden z testowanych odbiorników był odbiornikiem w pełni wielosystemowym, tj. odbiornikiem który był w stanie odbierać i przetwarzać w rozwiązaniu nawigacyjnym sygnały z wielu konstelacji jednocześnie. Dzięki temu, minimalna ilość odbieranych przez niego sygnałów GNSS dla takiego scenariusza była równa 9, wartość średnia to aż 15 a wartość maksymalna to 21. Wpłynęło to bardzo pozytywnie na jakość wskazywanych przez niego pozycji.

Dla porównania, analogiczne wartości dla odbiorników jednosystemowych kształtowały się na poziomie odpowiednio: wartość minimalna 3..4, wartość średnia 7..8 a wartość maksymalna to 12. Szczególnie istotna jest zawsze minimalna ilość odbieranych sygnałów GNSS, gdyż w zależności od przyjętej konfiguracji odbiornik wraz z pogarszającymi się warunkami stara się przejść w tryb ekstrapolacji (tzw. „dead reckoning”).

I właśnie te momenty pracy odbiornika najbardziej degradują jego ogólną jakość, chociaż producent układu nie ma na nich wpływu.

Zdaniem autorów, pozostałe zadeklarowane przez producentów parametry są raczej zbliżone dla układów tej samej generacji lub nie są one szczególnie istotne w zastosowaniach stacjonarnych. Do najistotniejszych należy przede wszystkim parametr TTFF (Time to First Fix) definiujący upływający czas od włączenia odbiornika do określenia pierwszej pozycji. Jest to parametr szczególnie istotny w rozwiązaniach mobilnych.

9. Następne badania Wykonane testy stacjonarne zostały ograniczone tylko do zbadania wybranych parametrów odbiorników GNSS. Skupiono się na analizie błędów wyznaczonych dla płaszczyzny, niemniej jednak zamieszczono w tabelach również wyniki analizy dla błędów w przestrzeni (SEP), tj. uwzględniających współrzędną Up. W dalszej kolejności planuje się przeprowadzenie badań mobilnych z wykorzystaniem tej samej platformy testowej dla różnych warunków środowiskowych (otwarty teren/wysoka miejska zabudowa/obszary zalesione).

Przewiduje się określenie jakości ich pracy w zupełnie innym środowisku – dynamicznie zmieniających się warunkach odbioru sygnałów GNSS. Wyniki prac badawczych zostaną zaprezentowane w następnym artykule serii.

Bibliografia 1. Drake S.P., Converting GPS Coordinates (BLh) to NavigationCoordinates (ENU), Surveillance Systems Division, Electronics and Surveillance Research Laboratory, Edinburgh, South Australia, 2002.

2. Siouris G.M., Aerospace Avionics System. A Modern Synthesis, Air Force Institute of Technology, Academic Press Inc, 1993.

3. GPS Position Accuracy Measures, APN-029 Rev 1, Novatel 2003.

4. Seeber G., Satel lite geodesy: foundations, methods and applications, Walter de Gruyter, Berlin, New York 2003 5. www.wikipedia.org.

6. Materiały informacyjne producentów oraz noty katalogowe odbiorników od u-Blox, NVS Technologies AG, Orcam, SkyTraq, Garmin.

mgr inż. Arkadiusz Perski W PIAP od 2001 roku. Zajmuje się realizacją międzynarodowych projektów badawczych w obszarach nawigacji oraz komunikacji satelitarnej. Swoje zainteresowania naukowe koncentruje wokół tematyki Globalnych Systemów Nawigacji Satelitarnej oraz ich zastosowań w wybranych obszarach techniki. e-mail: ArkadiuszPerski@piap.pl dr inż. Artur Wieczyński Kierownik Laboratorium Technik Satelitarnych PIAP, koordynator i uczestnik wielu międzynarodowych projektów badawczych w dziedzinie komunikacji satelitarnej, sterowania, monitorowania i nawigacji. e-mail: ArturWieczynski@piap.pl Maria Baczyńska Studiowała informatykę oraz robotykę na Politechnice Warszawskiej. Obecnie jest zatrudniona w Laboratorium Technik Satelitarnych w Przemysłowym Instytucie Automatyki i Pomiarów PIAP. Jej naukowe i zawodowe zainteresowania obejmują problemy nawigacji w systemach mobilnych, zagadnienia komunikacji satelitarnej oraz metody kryptograficzne. e-mail: mbaczynska@piap.pl mgr inż. Konrad Bożek Absolwent Wydziału Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej w specjalności Radiokomunikacja i Radiolokacja. Od 2003 r. pracownik PIAP, twórca wielu rozwiązań z obszaru radiokomunikacji i techniki antenowej implementowanych w systemach mobilnych.. e-mail: KonradBozek@piap.pl

GNSS receivers in engineering practice Stationary test Abstract: In the second article of a series we present the results of our researches into different configurations of a set of 10, low-cost GNSS receivers. Firstly, we give definitions of basic factors which determine the accuracy of GNSS receivers and have also discussed the measurements scenarios used in the study. The study was conducted at three measuring locations by adjusting it in such a way that their performance could be checked under both very good and very poor conditions GNSS signals reception conditions. The results show a strong correlation between environmental conditions and errors in indicated positions reported by the equipments. The study analyzed the effect of different receiver configurations on the accuracy and precision of measurements.

Keywords: GPS, GLONASS, EGNOS, measuring errors, stationary test, CEP, DRMS, 2DRMS, ENU, position scatter

mgr inż. Sławomir Kapelko Ukończył Wydział Elektroniki Politechniki Warszawskiej, w PIAP zatrudniony od 2003 roku. Elektronik, programista, projektant systemów wbudowanych. Jego zainteresowania to szeroko pojęta robotyka. Autor wielu opracowań platform mobilnych do zastosowań cywilnych i specjalnych, wykorzystywanych m.in. w badaniach GNSS. e-mail: SlawomirKapelko@piap.pl mgr inż. Sebastian Pawłowski Pracownik PIAP od 2001 roku. Od wielu lat prowadzi i uczestniczy w projektach związanych z robotyką mobilną do zastosowań antyterrorystycznych i militarnych. Swoje zainteresowania skupia między innymi wokół budowy platform badawczych dla systemów GNSS. e-mail: SebastianPawlowski@piap.pl Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

77

Nauka

Dyfrakcyjna metoda pomiaru średnic wałków Jerzy Mąkowski

Streszczenie: Znane teorie dyfrakcji uwzględniają punktowe źródło światła i tzw. ostrą krawędź. Potrzeba zastosowania tego zjawiska w procesie pomiarowym spowodowała podjęcie prac nad modyfikacją teorii najbliższej warunkom rzeczywistym. W artykule przedstawiono modyfikację równań dyfrakcyjnych Wojciecha Rubinowicza dla rozciągłego źródła światła i przesłony w postaci walca. Zaprezentowano wyniki cyfrowych symulacji procesu dyfrakcji na wałku z wykorzystaniem wiązki laserowej. Określono zasady pomiarów oraz przedstawiono graficzne efekty symulacji i eksperymentu. Wykazano możliwość pomiarów bez stosowania wzorców, co pozwoli na zmniejszenie ich niepewności.

Słowa kluczowe: dyfrakcja, fala geometryczna, fala krawędziowa, rozciągłe źródło światła

1. Wstęp

2. Modyfikacja równań dyfrakcyjnych do warunków rzeczywistych Zgodnie z teorią Younga-Rubinowicza w procesie dyfrakcji uczestniczą dwie fale: fala geometryczna i fala krawędziowa [4]. Opisana poniżej modyfikacja teorii Rubinowicza prowadzona jest na podstawie geometrii układu dyfrakcyjnego omówionej w [2]. Podano tam nową (powtórzoną poniżej) postać wzorów na falę geometryczną i falę krawędziową.

Przedstawione na rys. 1 obszary obserwacji oraz ich właściwości zostały omówione w [2]. Przyjęto następujące oznaczenia: M – średnica wałka, xp – początkowy punkt źródła rozciągłego (źródło punktowe), xk – końcowy punkt źródła rozciągłego (źródło punktowe), xw – dowolny wewnętrzny punkt źródła rozciągłego (źródło punktowe), z0 – odległość źródła rozciągłego od osi x, L – odległość płaszczyzny obserwacji od osi x, P1 – punkt obserwacji leżący na przecięciu stycznej do wałka wychodzącej z punktu xk z płaszczyzną obserwacji, P2 – punkt obserwacji leżący na przecięciu stycznej do wałka wychodzącej z punktu xp z płaszczyzną obserwacji, xw – aktualnie rozpatrywane źródło punktowe.

Fale, geometryczną (UG) oraz krawędziową (UB) określają wzory:

Zagadnienia omówione w [1, 2] stanowią podstawę do dalszych prac w zakresie analizy zjawiska dyfrakcji w warunkach rzeczywistych. Zastosowanie uznanej przez świat nauki teorii, wprowadzenie nowych warunków szczegółowych oraz skorzystanie z nowoczesnej techniki obliczeniowej pozwala na realizację dyfrakcyjnej metody pomiaru średnic wałków. Zjawisko dyfrakcji, opracowane matematycznie przez Rubinowicza [4],

sprowadza pole falowe do uporządkowanego oddziaływania fal geometrycznych z falami krawędziowymi. Podstawą rozważań w tej teorii jest źródło punktowe i ostra krawędź. Elementy te nie istnieją w warunkach eksperymentu. Koniecznym

jest rozważenie źródła rozciągłego i przesłony przestrzennej.

W opracowanej metodzie pomiarowej zastosowano przewężenie wiązki laserowej jako źródło przestrzenne. Poszczególne źródła punktowe wchodzące w jego skład promieniują w tej samej fazie. Przesłoną przestrzenną jest wałek, którego tworzące stanowią zbiór ostrych krawędzi. Zastosowanie wałka jako przesłony pozwala na dokładne określenie położenia poszczególnych krawędzi w stosunku do kolejnych punktów (źródeł cząstkowych) źródła rozciągłego. Tak przyjęte założenia umożliwią rozpatrywanie wielu układów – źródeł punktowych i ostrych krawędzi.

W wyniku zastosowania zasady superpozycji otrzymuje się rozkład dyfrakcyjny dla omówionego układu rzeczywistego. Przedstawione rozważania dyfrakcyjne nie uwzględniają rodzaju powierzchni wałka ani jej chropowatości. Zagadnienia te wymagają wielu dodatkowych badań.

Mimo tych niedoskonałości zastosowane symulacje pokrywają się z wynikaRys. 1. Obszary obserwacji mi eksperymentu dla polerowanych igieFig. 1. Area of observation łek łożyskowych.

78

∫

UG =

UB =

∫

xw

xp

π  i  kR ± 

e  4 R 2

xk

xw

eikR dx , R

 2k   π (r + ρ − R ) +∞

∫

e

 i πv 2     2 

(1)

dv dx ,

(2)

gdzie v =

 2k   π (r + ρ − R )  .

(3)

Obecnie wprowadzono pojęcie widocznej części źródła wyznaczając punkt xw (rys. 1). W [2] punkt ten określany jest jako xj. Wprowadzona zmiana pozwala lepiej zrozumieć rozpatrywany obszar źródła światła. Wyznaczono w ten sposób dwa obszary – widoczny i niewidoczny – określane względem rozpatrywanego punktu obserwacji. Można wówczas określić obszary całkowania. Zastosowanie metody fazy stacjonarnej pozwala na ograniczenie całkowania tylko do elementów widocznych i niewidocznych źródła rozciągłego. Na rozpatrywanej krawędzi uwzględnia się wówczas tylko punkty czynne [4].

Natężenie wypadkowe fali dyfrakcyjnej w punkcie obserwacji wyznaczane jest ze wzoru:

I = UG

2

+ 2 U G U B cos(ϕG − ϕB )

2

+ UB

(4)

gdzie φG i φB określają fazy fal geometrycznej i krawędziowej.

W [2] uzasadniono przyjęcie przewężenia wiązki światła laserowego jako źródła w rozważaniach dyfrakcji. Konsekwencją tego jest zastosowanie gaussowskiego rozkładu natężenia światła w źródle. W równaniach (1) i (2) należy więc wprowadzić czynnik zmienności amplitudy A(P) na długości źródła.

Dla zastosowanej wiązki laserowej jest to rozkład gaussowski.

UG =

UB =

∫

xw

xp

∫

xk

xw

A (P )

π  i  kR ± 

e  4 A (P ) R 2

e dx , R ikR

 2k (r + ρ − R )  π 

∫

+∞

e

(5)  iπv 2     2 

dv dx .

(6)

Parametry r, r, R określają drogę optyczną dla fali krawędziowej i zostały pokazane na rys. 3 [2]. Wzory powyższe przedstawiają zmodyfikowaną postać równań dyfrakcyjnych zbudowanych na założeniach Rubinowicza. Do każdego punktu obserwacji dociera fala geometryczna z poszczególnych niezasłoniętych punktów źródła. Analiza przedstawionych równań metodami tradycyjnymi prowadzi do bardzo skomplikowanych rozwiązań. Uzyskanie wyników pozwalających na wykreślenie przebiegu krzywych reprezentujących rozkład amplitudy w funkcji położenia na płaszczyźnie obserwacji możliwe jest po zastosowaniu metod cyfrowych. Obliczenie amplitudy i fazy fal geometrycznej i krawędziowej dla każdego punktu obserwacji od każdego punktu źródła oraz zastosowanie zasady superpozycji pozwala na uzyskanie rozkładu dyfrakcyjnego. Dla analizy cyfrowej przyjmujemy kolejne punkty obserwacji i sumujemy uzyskane wyniki. Zaburzenie w dowolnym punkcie obserwacji (P) pochodzące od dowolnego punktu źródła można zapisać jako UG =

e ikR A(P ), φG = kR. R

Zaburzenie wypadkowe dla każdego punktu obserwacji od fali geometrycznej otrzymamy, obliczając całkę po niezasłoniętej części źródła. Zaburzenie wypadkowe dla każdego punktu obserwacji od fali krawędziowej oblicza się zgodnie z wzorem e iϕB

A(P ) (7) R 2

gdzie eiφB jest czynnikiem fazowym eiϕ = C (x ) + iS (x ) , natomiast C(x) oraz S(x) są całkami Fresnela. Wniosek ten wynika z [4].

UB =

B

C (x ) =

∫

x

πx 2

dx , S (x ) =

∫

x

0

x =

2

4(r + r − R )

λ

0

sin

πx 2

dx .

Parametr x zgodnie z teorią Rubinowicza [4, 5] wyznacza się ze wzoru

cos

2

.

Po uwzględnieniu warunków geometrycznych określających wzajemne położenie i wymiary źródła, wałka i obszaru obserwacji oraz wykonaniu całkowania metodą Simpsona z krokiem λ/n, gdzie n jest liczbą warunkującą dokładność obliczeń otrzymuje się wartości fal geometrycznej i kra-

Rys. 2. Schemat układu dyfrakcyjnego do analizy numerycznej Fig. 2. Diagram of diffraction system for numerical analysis

wędziowej w poszczególnych punktach obserwacji. Natężenie fali wypadkowej określa wzór (4), gdzie φG i φB określają fazy fal geometrycznej i krawędziowej.

Po wprowadzeniu powyższych modyfikacji, przyjęto założenia co do szczegółowej geometrii badanego układu. Określono obszary zasłonięte przez wałek, w których nie występuje rejestrowane pole falowe. Programy opracowane w języku Fortran 90 pozwoliły na graficzne przedstawienie fal uczestniczących w procesie dyfrakcji. Znane metody eksperymentalne nie pozwalają na ich rejestrację. Schemat ideowy numerycznego badania omówionego przypadku dyfrakcji podany jest na rys. 2.

Obliczenia można przeprowadzać dla: – różnych długości fal (λ), – różnych promieni wałka (M), – różnych wymiarów geometrycznych układu (Z0, L), – różnych wymiarów źródła (Zr), – różnych obszarów obserwacji (P1 do P2), W programie analizującym zjawisko dyfrakcji przyjęto następujące założenia: – stałe (dla danego badania) położenie źródła rozciągłego, – stałe położenie przeszkody walcowej, – badanie efektów dyfrakcyjnych w określonym obszarze obserwacji. Środek źródła światła (rys. 2) jest umieszczany na stycznej do walca i prostopadłej do płaszczyzny obserwacji. Istnieje możliwość zmian położenia źródła światła, co pozwala na analizowanie efektu dyfrakcyjnego dla różnych przypadków. Na rys. 3 podano przykład rozkładu fal uczestniczących w procesie dyfrakcji dla: – wałka o średnicy 2 mm, – l = 0,000633 mm, – położenia osi źródła światła w odległości 1 mm od osi wałka, – odległości płaszczyzny źródła od osi wałka z0 = 100 mm, – odległości płaszczyzny obserwacji od osi wałka L = 410 mm, – średnicy źródła Zr = 0,07 mm, – obszar obserwacji od P1 = 0,5 mm do P2 = 3 mm.

Na osi rzędnych (rys. 3) – amplituda fali U w jednostkach umownych jako odpowiednik rejestrowanego natężenia fali. Na osi odciętych położenie punktów obserwacji w milimetrach, wielkość oznaczona jako |UG + UB|2 obliczana jest ze wzoru (4). Określenie „obszar cienia” oznacza obszar 3 na rys. 1.

W rozważanym przypadku mamy do czynienia z falą padającą na przeszkodę walcową pod kątem zbliżonym do 0,5p.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

79

Nauka

Rys. 3. Przebieg fal: geometrycznej, krawędziowej, dyfrakcyjnej Fig. 3. Course of waves: geometric, edge, diffraction ones

Pojawia się wówczas fala krawędziowa mająca charakter fali odbitej. Występujące oscylacje fali dyfrakcyjnej są wynikiem interferencji fal krawędziowych i fal geometrycznych. Do każdego punktu obserwacji dociera nieskończona liczba fal krawędziowych powstających w wyniku dyfrakcji fal geometrycznych na czynnych punktach walca (punkty Qj rys. 3 [2]). Fale ulegające dyfrakcji mają różną amplitudę i fazę (różne drogi optyczne dla poszczególnych tworzących wałka) oraz padają na poszczególne krawędzie pod różnym kątem. Do tego samego punktu obserwacji docierają fale geometryczne z różnych punktów źródła rozciągłego, a więc również mają różne amplitudy i fazy. Ten sam wniosek wysnuł Rubinowicz [4, s.

98], stwierdzając: „fale krawędziowe nazywane falami ugięcia posiadają charakter odbicia” oraz że „w pierwszym przybliżeniu fala ugięcia powstaje przez odbijanie fali padającej na poszczególnych elementach krawędzi uginającej”. Wykresy amplitud fal krawędziowych i geometrycznych (rys. 3) wskazują na istnienie wyraźnych zmian ich faz, co powoduje oscylacje fali dyfrakcyjnej, a tym samym odstępstwo od teorii odbicia nie uwzględniających zjawiska dyfrakcji. Zagadnienie zostało wyjaśnione dzięki dokładnym obliczeniom przeprowadzonym z bardzo małym skokiem drogi optycznej (r + r – R). Nawet przy kącie padania zbliżonym do 0,5 p radianów mamy do czynienia z wyraźną zmianą fazy. Przebieg fali krawędziowej (rys. 3, linia zielona), wskazuje na bardzo małe jej natężenie w całym obszarze obserwacji. Cecha ta odróżnia falę krawędziową od typowych fal odbitych, zgodnie z przewidywaniami Rubinowicza. Widzimy jednak ogromny jej wpływ na falę dyfrakcyjną, co spowodowane jest różnicą faz tych fal. Osiągnięte rezultaty pozwalają na analizowanie wpływu średnicy wałka i parametrów geometrycznych układu dyfrakcyjnego na rozkład dyfrakcyjny. Przeprowadzone eksperymenty potwierdziły zgodność wyników teoretycznych z doświadczeniem. Wyniki eksperymentalne nie będą obecnie prezentowane.

3. Dyfrakcyjna metoda pomiaru średnicy wałka Nowa metoda pomiarowa oparta została na ściśle zdefiniowanym zjawisku fizycznym. Podane rozwiązanie modyfikujące teorię dyfrakcji Rubinowicza pozwala na opisanie podstawowych etapów budowy systemu pomiarowego [3]. Są to:

80

– zasada pomiaru – przeprowadzenie cyfrowej symulacji zjawiska dyfrakcji dla różnych średnic wałków, – sposób pomiaru – eksperymentalne wyznaczenie krzywych dyfrakcyjnych pojawiających się na płaszczyźnie obserwacji w przypadku przesuwania wałka prostopadle do osi laser-detektor, – metoda pomiaru – opisuje dokładnie metodę porównania eksperymentalnego rozkładu dyfrakcyjnego z rozkładem uzyskanym w procesie symulacji.

Przedstawiony system pomiarowy nie korzysta z wzorców.

Tym sposobem unika się błędów wynikających z: – wykonania wzorca, – pomiaru wzorca, – mocowania wzorca w układzie pomiarowym, – odczytu wartości wzorca w trakcie wzorcowania przyrządu pomiarowego.

3.1. Zasada pomiaru

Korzystając z opracowanej modyfikacji teorii Rubinowicza oraz programu komputerowego uzyskuje się teoretyczny przebieg krzywej dyfrakcyjnej po obu stronach wałka przesuwanego prostopadle do osi laser detektor. W wyniku symulacji cyfrowej uzyskuje się rozkład dyfrakcyjny pokazany na rys. 4.

Rys. 4. Teoretyczny rozkład dyfrakcyjny dla wałka Fig. 4. Theoretical diffraction composition for cylinder

Zastosowano następujące oznaczenia (rys. 4): ML – maksimum lewe, A – punkt pomiarowy lewy, T – poziom tła, 0 – umowny punkt środka, B – punkt pomiarowy prawy, MP – maksimum prawe.

Przedstawiony wykres pokazuje wszystkie charakterystyczne punkty krzywej dyfrakcyjnej pozwalające na wyznaczenie wartości średnicy mierzonego wałka oraz na ocenę poprawności ustawienia przyrządu. Porównanie wskazań detektora w punktach ML i MP umożliwia określenie współosiowości położenia lasera i detektora. Przy założeniu ML = MP punkty A i B położone są na poziomie 0,5 (ML – T). Odcinek między tymi punktami (A0 + 0B) nazywa się odcinkiem pomiarowym i reprezentuje wartość wymiaru określonego wałka.

3.2. Sposób pomiaru

Opisana zasada pomiaru umożliwia: – minimalizację liczby elementów ruchomych (w opracowanej metodzie istnieje jeden element ruchomy), – automatyczne określanie błędów położenia lasera lub detektora.

Rys. 5. Schemat sposobu pomiaru w dyfrakcyjnej metodzie pomiaru średnic wałków Fig. 5. Diagram of the way of measuring in diffraction method of measuring of cylinder diameters

Układ pomiarowy zbudowany jest na bazie współosiowego położenia lasera i detektora. Sposób pomiaru pokazano schematycznie na rys. 5.

Oznaczenia na rys. 5. M – promień mierzonego wałka, z0 – odległość płaszczyzny źródła światła od płaszczyzny transportu wałka, L – odległość płaszczyzny detektora od płaszczyzny transportu wałka, Sz – szerokość źródła światła, Pz – błąd współosiowości położenia źródła, Sd – średnica detektora, Pd – błąd współosiowości położenia detektora, Pw – odcinek przesunięcia wałka.

Opracowany system pomiarowy wykrywa niewspółosiowość położenia laser-detektor. Określa jej dopuszczalny zakres i sygnalizuje wartość błędu. Rejestracja niewspółosiowości w procesie symulacji przedstawiono na rys. 7. Zjawisko to, powstałe w eksperymencie, pokazano na rys. 8. Opracowany system pozwala na określanie położenia punktów pomiarowych w zależności od wartości maksimów. Przyjęcie umownego punktu 0 jako środka odcinka pomiarowego 0 (rys. 4) umożliwia obliczenie sumy odcinków A0 i 0B. Ustalana tą metodą wartość odcinka pomiarowego powoduje zmniejszenie niepewności pomiaru. Pełna tabela teoretycznych wartości odcinka pomiarowego dla całego zakresu pomiarowego (przewidzianego dla konkretnego typu przyrządu) wgrana będzie do pamięci systemu pomiarowego. W opisie podano tylko podstawowe elementy systemu pomiarowego objętego patentem.

Rys. 7. Teoretyczne położenie maksimów przy błędzie współosiowości laser-detektor Fig. 7. Theoretical position of maximum in coaxial laser-detector

Rys. 6. Eksperyment pomiarowy dla przypadku osiowego ustawienia laser-detektor Fig. 6. Measuring experiment for the case of axial placement of laser-detector

Płaszczyzna transportu wałka jest prostopadła do osi laser-detektor i równoległa do płaszczyzny obserwacji. Położenie wałka określane jest przez interferometr z rozdzielczością 0,002 µm. Wartości położenia odczytywane przez interferometr są zsynchronizowane z odczytami detektora. Następuje wykreślanie przebiegów dyfrakcyjnych. Dla współosiowego położenia źródło-detektor otrzymuje się wykres pokazany na rys. 6.

Rys. 8. Eksperyment pomiarowy dla przypadku błędu współosiowości laser-detektor Fig. 8. Measuring experiment for the case of mistake of coaxial laser-detector Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

81

Nauka

3.3. Metoda pomiaru

Metoda pomiaru stosowana w dyfrakcyjnym systemie pomiaru średnicy wałka polega na porównaniu odcinka pomiarowego uzyskanego w procesie symulacji z odcinkiem pomiarowym uzyskanym w eksperymencie. W procesie porównania występuje szereg punktów kontroli. Szczegółowe analizy symulacyjne umożliwiają ocenę wielu parametrów np.: – dopuszczalnych niewspółosiowości laser-detektor oraz przyjęcie, wynikających z tego, poprawek wartości odcinka pomiarowego, – wpływu wartości długości źródła rozciągłego na wynik, – wpływu wartości średnicy detektora na wynik, – wpływu błędu położenia wałka, w procesie transportu, na wynik, – optymalnego położenia odcinka pomiarowego.

Efekty symulacji pozwalają na wnioskowanie o dopuszczalnych odchyleniach od rozwiązań teoretycznych oraz na optymalizację konstrukcji i funkcjonowania systemu pomiarowego. Pomiary mogą być realizowane wielokrotnie, co pozwala na obliczenie wartości średniej i wykonania analizy wyników.

Szczegółowy zakres analizy opracowywany jest dla oprogramowania prototypu produkcyjnego. Przyjęte rozwiązanie ma za zadanie minimalizację niepewności. Na uniwersalnym stanowisku badawczym przetestowano zaproponowaną metodę.

Uzyskano około trzykrotne zmniejszenie rozrzutu rejestrowanych wartości w stosunku do pomiarów znanymi mikrometrami laserowymi. Obliczenia wskazują na możliwość uzyskania niepewności ok. 3,53 nm. Przedstawione rozwiązanie zostało opatentowane. Aktualnie trwają prace przy budowie prototypu urządzenia.

W rozwiązaniu docelowym, przewidzianym dla pomiarów wzorców, co wynika z oczekiwanej niepewności, projektuje się uzyskiwanie wyników wielokrotnych pomiarów wraz z analizą w czasie ok. 10 minut. Z uwagi na informacyjny charakter obecnego opracowania nie zamieszczono wyników pomiarów kontrolnych.

4. Podsumowanie Przedstawione w [1, 2] i obecnym artykule spojrzenie na optyczne bezdotykowe metody pomiaru średnic wałków wskazuje na słuszność rozważań teoretycznych, prowadzących do określenia zasady pomiaru opartej na zjawisku fizycznym.

Przykładem celowości przedstawionego postępowania jest stopniowe modyfikowanie definicji metra. Porównując definicję (z lat 1795–1889) określającą metr jako długość równą 10–7 odległości mierzonej wzdłuż południka paryskiego od równika do bieguna z definicją określającą metr jako 1 650 763,73 długości fali promieniowania w próżni odpowiadającego przejściu między poziomami 2p10 a 5d 5 atomu kryptonu 86 widzimy systematyczne dążenie do oparcia jednostek miar, a co za tym idzie i metod pomiarowych na zjawiskach fizycznych.

Teoria dyfrakcji Rubinowicza oparta na założeniach Younga dobrze przedstawiała problem dla tradycyjnie przyjmowanego źródła punktowego i ostrej krawędzi. Znalezienie zespołu źródeł punktowych traktowanych jako źródło rozciągłe i posiadających podstawową własność – stałą fazę – oraz modyfikacja równań Rubinowicza stanowi znaczący krok w kierunku zastosowania zjawiska dyfrakcji w pomiarach. Przedstawione rozwiązanie pozwala zmniejszyć niepewność pomiarów o ok. 2

82

rzędy. Zrealizowany zestaw programów umożliwia analizę różnych układów dyfrakcyjnych, optymalizację elementów systemu pomiarowego oraz ustalanie najkorzystniejszego, z punktu widzenia niepewności pomiaru, położenia punktów pomiarowych. Zagadnienie to jest obecnie szczegółowo opracowywane.

Bibliografia 1. Mąkowski J., Analiza wybranych właściwości metrologicznych mikrometrów laserowych, „Pomiary Automatyka Robotyka”, 1/2013, 153–157.

2. Mąkowski J., Określenie zasady pomiaru dla bezdotykowych optycznych pomiarów średnic wałków, „Pomiary Automatyka Robotyka”, 2/2013, 86–89.

3. Dusza J., Gortat G., Leśniewski A., Podstawy miernictwa, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2002.

4. Rubinowicz W., Teoria dyfrakcji Kirchhoffa i jej interpretacja na podstawie poglądów Younga, Ossolineum, 1972.

5. Petykiewicz J., Optyka falowa, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1986.

6. Jóźwicki R, Optyka laserów, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1981.

Diffraction method of the measurement of cylinder diameters Abstract: Commonly known diffraction theories take into account a point light source and the so called, a sharp edge. The need of use of this phenomenon in the measuring process made it necessary to take up works on a modification of the theory closest to real measurement conditions. In the article, modifications of Wojciech Rubinowicz diffraction equations were introduced using an expended light source and a spatial aperture in the form of the cylinder.

The results of the digital simulations of the diffraction process on the cylinder using laser beam were shown. The measurement principle and the graphic effects of the simulation process and the experiment were presented. The measurement possibility without the use of standards was demonstrated, what allows to reduce the measurement uncertainty.

Keywords: diffraction, geometric wave, edge wave, extensive source of light

mgr inż. Jerzy Mąkowski Absolwent Politechniki Warszawskiej Wydziału Mechaniki Precyzyjnej (obecnie Mechatroniki), projektant systemów zarządzania w przemyśle.

Obecnie bada bezdotykowe optyczne metody pomiarowe w Instytucie Metrologii i Systemów Biomedycznych Politechniki Warszawskiej. e-mail: jurek.mako@wp.pl

Śledzenie obiektów dynamicznych z wykorzystaniem metod inteligencji obliczeniowej – implementacja sprzętowa Przemysław Błaszkowski, Michał Grochowski Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Politechnika Gdańska

Streszczenie: W artykule przedstawiono platformę sprzętową umożliwiającą detekcję, rozpoznawanie i śledzenie poruszających się obiektów przy wykorzystaniu technik inteligencji obliczeniowej. Projekt obejmuje budowę platformy sprzętowej wyposażonej w kamerę internetową oraz silniki umożliwiające jej ruch. Analiza obrazu odbywa się w komputerze klasy PC, komunikującym się z platformą za pomocą portu szeregowego USB. Jako przykład wykrywanych i śledzonych obiektów dynamicznych wykorzystano ludzkie twarze. Algorytmy obliczeniowe napisano w języku C++. Platforma doskonale integruje środowiska obliczeniowe typu open source, umożliwiając testowanie w praktyce opracowanych algorytmów.

Słowa kluczowe: przetwarzanie obrazu, rozpoznawanie twarzy, klasyfikator Haara, detekcja, sztuczne sieci neuronowe

1. Wprowadzenie Nowoczesne systemy monitoringu, obejmujące zagadnienia detekcji ruchu czy identyfikacji użytkowników, są jedną z najbardziej dynamicznie rozwijających się gałęzi automatyki i informatyki, często określane mianem wizji aktywnej [1–2]. Analiza obrazu z kamer daje szeroką gamę możliwości, od wyszukiwania w trybie on-line osób czy obiektów (np. skradzionych samochodów), identyfikacji biometrycznej, aż po inteligentny monitoring wykrywający niebezpieczne zdarzenia [3]. Na rynku coraz częściej można znaleźć kolejne rozwiązania inteligentnych systemów realizujących detekcję i śledzenie potencjalnych zagrożeń.

Pośród zróżnicowanych aplikacji wciąż można dostrzec jednak wspólną cechę – wysokie ceny, co sprawia, że na ogół nie znajdują one zastosowania w zwykłych systemach alarmowych. Opisywana platforma realizuje rozpoznawanie i śledzenie zadanych obiektów za pomocą obrazu z ruchomej kamery, wykorzystując i integrując oprogramowanie typu open source. Głównymi założeniami w trakcie jej tworzenia, były: zdolność do działania w czasie rzeczywistym z akceptowalną skutecznością rozpoznawania oraz utrzymywanie śledzonego obiektu w polu widzenia kamery, przy niskim koszcie budowy urządzenia. Wraz z systemem informatycznym platforma stanowi doskonały obiekt dydaktyczny umożliwiający testowanie wielu algorytmów przetwarzania obrazu, identyfikacji oraz metod sztucznej inteligencji.

Opis platformy można podzielić na dwie części: budowa platformy sprzętowej realizującej ruch kamery oraz

oprogramowanie i algorytmy służące analizie obrazu. Aby zapewnić dużą szybkość działania oprogramowania platformy, aplikację opracowano w języku C++. Do realizacji zadań detekcji i rozpoznawania obiektów wykorzystano metody inteligencji obliczeniowej, a mianowicie klasyfikator Haara [4, 7], zaimplementowany z użyciem funkcji biblioteki OpenCV, oraz sztuczne sieci neuronowe – stosując elementy biblioteki FANN (Fast Artificial Neural Networks) [8]. Do szybkiego prototypowania posłużyło środowisko MATLAB [9], w którym opracowano i dobrano najlepsze struktury i algorytmy, a następnie wyniki prac zaimplementowano w C++, znacznie skracając czas wykonywania obliczeń poszczególnych algorytmów. Jako przykład detekcji, rozpoznawania i śledzenia poruszających się obiektów, wykorzystano ludzkie twarze. Proponowane algorytmy umożliwiają również rozpoznawanie dowolnych, wyuczonych wcześniej obiektów.

Projekt jest efektem realizacji pracy inżynierskiej przez inż. Przemysława Błaszkowskiego, pod kierunkiem dr. Michała Grochowskiego na Wydziale Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej.

2. Platforma sprzętowa Skonstruowaną platformę przedstawiono na rys. 1. Sercem układu jest mikrokontroler ATmega8, który komunikuje się z komputerem za pośrednictwem magistrali USB. W tym celu zastosowano konwerter USB UART: FT232. Założono, że do śledzenia celu wystarczą ruchy kamery wokół własnej osi oraz sterowanie w górę i w dół za pomocą drugiej osi prostopadłej, przylegającej do płaszczyzny podstawy.

Jako układy wykonawcze zastosowano dwa silniki skokowe bipolarne, sterowane przez mikrokontroler za pośrednictwem układów mocy L298N. Układ zasilany jest napięciem +12 V DC podawanym z zasilacza stabilizowanego. Schemat elektryczny systemu przedstawiono na rys. 2.

ATmega8 jest 8-bitowym mikrokontrolerem małej mocy CMOS, zbudowanym w architekturze AVR RISC. Przy budowie platformy wykorzystano 15 wejść/wyjść cyfrowych do sterowania silnikami oraz sygnalizacją, oraz port szeregowy USART do komunikacji z komputerem. Ustawiono tryb z oscylatorem wewnętrznym RC 8 MHz. Programowanie pamięci programu zrealizowano za pomocą magistrali szeregowej ISP. Ze względu na brak implementacji w strukturze mikrokontrolera sterowników do obsługi USB, konieczne Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

83

Nauka

większą zaletą silników skokowych jest możliwość sterowania w pętli otwartej. Do zadawania precyzyjnego położenia wystarczy obliczyć potrzebną liczbę impulsów, bez informacji od sprzężenia zwrotnego. Zbędne stają się zatem wszelkie pomiary prędkości, których cena w wypadku sterowania klasycznych napędów elektrycznych zazwyczaj nie jest mała. Wykorzystano metodę sterowania półkrokowego – w jednej chwili zasilane są naprzemiennie jedno i dwa uzwojenia, co pozwala zmniejszyć krok dwukrotnie przy zachowaniu pełnej mocy. Cykl składa się z ośmiu półkroków.

Do sterowania silnikami skokowymi wykorzystano dwa układy l298N. Są to podwójne pełnomostkowe sterowniki zaprojektowane do współpracy z poziomami logicznymi standardu TTL, do sterowania obciążeniami indukcyjnymi, takimi jak przekaźniki, cewki powietrzne, silniki prądu stałego, czy silniki skokowe.

Ogólny schemat działania układu pokazano na rys. 4.

Przesyłanie informacji na temat położenia śledzonego obiektu poprzedzono ustaleniem konkretnych reguł komunikacji. Ustalono, że każdy przetwarzany obraz zostanie Rys. 1. Urządzenie sterujące ruchami kamery Fig. 1. The control device for camera movements

było zastosowanie dodatkowego konwertera między UART a USB. Wykorzystano układ FTDI – FT232R. Z poziomu komputera możliwa jest instalacja darmowych sterowników do obsługi interfejsu jako wirtualny port COM, co (z punktu widzenia programisty) znacznie upraszcza przesyłanie danych.

Za poruszanie kamerą odpowiadają silniki skokowe bipolarne. Sterowanie kierunkiem ruchu odbywa się przez odpowiednie zadawanie sekwencji impulsów. Naj-

Rys. 2. Schemat ideowy układu sterowania Fig. 2. Control system schematics

84

Rys. 3. Ogólny schemat działania Fig. 3. General scheme of the operations

Przykładowo, jeśli obiekt wykryty podczas analizy obrazu znajduje się w punkcie (246, 53), to do mikrokontrolera zostanie przesłana informacja o tym, że obiekt znajduje się w obszarze „zˮ” Dla wszystkich 35 pól dobrano proste sterowania typu: obszar „zˮ” – 4 kroki w lewo, 2 kroki w górę, uzyskując tym samym, tabelę sterowań (ang. look up table) pozwalającą na szybkie przemieszczanie się kamery we wskazane miejsce.

3. Schemat działania algorytmu Detekcję i rozpoznawanie twarzy z wykorzystaniem technik inteligencji obliczeniowej zaimplementowano w języku C++ (Microsoft Visual C++ Express Edition). Programowanie w języku niższego poziomu pozwala na znacznie większy dostęp do poszczególnych funkcji, a co za tym idzie, znaczną redukcję czasu wykonywania algorytmów.

Do podstawowych algorytmów przetwarzania obrazu oraz implementacji klasyfikatora Haara [4, 7] posłużyła biblioteka OpenCV 2.3 [5, 6]. Sieci neuronowe zostały zaimplementowane przy użyciu biblioteki FANN 2.1.0 beta [8].

Urządzenie może pracować w jednym z dwóch podstawowych trybów: wykrywanie ruchu oraz śledzenie zdefiniowanych obiektów (twarzy).

Rys. 4. Widok układu sterowania Fig. 4. View of the control system

40

0

80

120

160

200

240

280

320

a

f

k

p

t

y

D

b

g

l

q

u

z

E

c

h

m

v

A

F

40

Wykrywanie ruchu

Śledzenie ruchu polega na znajdowaniu różnic dwóch kolejnych klatek, posługując się wyłącznie prostymi operacjami, takimi jak binaryzacja, erozja czy dylatacja (rys. 6).

80

120

Strefa nieczułości

160 d

i

n

r

w

B

G

e

j

o

s

x

C

H

200

240

Rys. 6. Metoda bazująca na różnicy obrazów Fig. 6. Method based on the images differences

Wczytywany obraz jest odpowiednio skalowany oraz filtrowany. Program w każdym cyklu pobiera z kamery klatkę, pamiętając jednocześnie klatkę z cyklu poprzedniego. Po obliczeniu różnicy ich odjęciu od siebie uzyskuje się obraz zmian. Na podstawie binarnej reprezentacji wyznaczany jest środek ciężkości największego poruszającego się obiektu i w tym kierunku kierowana jest kamera. Śledzenie twarzy

Rys. 5. Matryca sterowań Fig. 5. Control matrix

Algorytm śledzenia wybranych wcześniej obiektów (w tym przypadku twarzy) przedstawiono na rys. 7.

podzielony na 35 pól i do mikrokontrolera będzie przesyłana informacja o tym, w którym z tych pól znajduje się rozpatrywany obiekt. Dodatkowo została ustalona pewna strefa nieczułości, obejmująca środkowy fragment obrazu. Śledzony obiekt nie musi znajdować się idealnie w środku pola widzenia kamery, tolerowany jest błąd w stanie ustalonym rzędu 12,5 %. Na rys. 5 została przedstawiona siatka (matryca) sterowań, zgodnie z którą ustalane jest przybliżone położenie obiektu na analizowanym obrazie o rozdzielczości 320 × 240.

Rys. 7. Ogólny schemat przepływu informacji Fig. 7. General flowchart of the data processing Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

85

Nauka

Rys. 8 Efekt działania klasyfikatora Haara Fig. 8. Result of Haar Classifier operating

Pobierane z kamery internetowej obrazy poddawane są wstępnej obróbce a następnie kierowane do właściwych algorytmów detekcji i rozpoznawania twarzy, klasyfikatora Haara oraz sztucznych sieci neuronowych. Klasyfikator Haara został nauczony wykrywania na obrazie twarzy (rys. 8). Skorzystano z szablonów detekcji twarzy dostępnych w bibliotece OpenCV. Ich wadą jest wykrywanie jedynie obiektów ustawionych frontalnie i pionowo w kierunku kamery. Aby zniwelować tą wadę zaimplementowano algorytm, który w przypadku niewykrycia na obrazie twarzy, obraca obraz o pewien kąt (np. ±30°) i ponownie przeszukuje. W przypadku braku twarzy ponownie obracamy obraz itd. Dzięki temu w znacznym stopniu poprawiono skuteczność detekcji twarzy.

Wykrycie twarzy za pomocą klasyfikatora Haara pozwala na przejście do kolejnego etapu algorytmu, a mianowicie do jej identyfikacji. W tym procesie wykorzystano sztuczne sieci neuronowe, doskonale nadające się do zadań tego typu. Przy konstruowaniu sieci neuronowej konieczne było znalezienie kompromisu między zachowaniem odpowiedniej liczby szczegółów charakteryzujących twarz a możliwie małym nakładem obliczeniowym, ze względu na ograniczony czas działania. Ostatecznie wybrano zdjęcia w skali odcieni szarości, o rozdzielczości 40 × 40.

Projektowana sieć miała zatem 1600 wejść, z których każde mogło przyjąć jedną z 256 wartości. Liczba wyjść sieci zależy od liczby rozpoznawanych twarzy. Dodatkowo wyprowadzone zostało jedno wyjście, którym sieć sygnalizuje nierozpoznanie żadnego z wzorców twarzy.

W projekcie wykorzystano sieć dwuwarstwową jednokierunkową, w warstwie ukrytej usytuowano 100 neuronów, natomiast liczba wyjść była zależna od liczby rozpoznawanych wzorców (np. 10

86

w przypadku rozpoznawania 9 osób). W obu warstwach przyjęto sigmoidalne funkcje przejść.

Aby sieć neuronowa była zdolna do rozpoznawania twarzy musi być wcześniej odpowiednio nauczona. Na rys. 9 przedstawiono zbiór uczący składający się ze 100 próbek dla dwóch rozpoznawanych osób. W celu usprawnienia procesu akwizycji danych uczących, w systemie zaimplementowano moduł automatycznego pobierania obrazów.

Zebranie danych do uczenia sztucznej sieci neuronowej jest realizowane po nakierowaniu kamery na dany obiekt, w tym przypadku na twarz. Program sam pobiera zadaną liczbę zdjęć i przygotowuje je do analizy. Wskazane jest, aby obiekt znajdował się w ruchu i zmieniał swoje charakterystyczne cechy. W przypadku twarzy mogą to być miny, pochylenie itd.

Program rozpoczyna działanie od wyświetlenia prostego interfejsu tekstowego, w którym użytkownik definiuje parametry wzorców, takie jak liczba osób i ich nazwy, liczba szablonów dla każdej osoby oraz tryb pobierania próbek. Po wprowadzeniu ustawień, następuje proces pobierania próbek. Program został napisany w ten sposób, że automatycznie wybiera szablony twarzy z obrazów znajdujących się w polu widzenia kamery. Dzięki temu nie jest konieczne żmudne robienie dużej liczby zdjęć i wyodrębnianie z nich twarzy. Najważniejszą zaletą tej metody jest pobieranie próbek przez ten sam algorytm, który wydziela twarze w algorytmie działającym w czasie rzeczywistym, co znacznie zwiększa szansę znalezienia właściwych zależności w stosunku do ręcznego wydzielania twarzy. Każde pobrane zdjęcie z kamery zostaje poddane analizie przez klasyfikator Haara, który odnajduje na obrazie twarz.

Dzięki współrzędnym określającym położenie oraz szerokość i wysokość prostokąta obrysowującego twarz, w prosty sposób wycinany jest interesujący fragment zdjęcia.

Sieć neuronowa przyjmuje jako wejścia wektory o 1600 elementach, reprezentujące zdjęcia o rozdzielczości 40 × 40. Z tego względu, każda wykryta próbka jest przeskalowywana do tego rozmiaru. Przygotowany zbiór szablonów jest przetwarzany do postaci wektorów i zapisywany w pliku tekstowym, zgodnie ze specyfikacją biblioteki FANN. Na podstawie tego pliku następuje uczenie sieci neuronowej. W analizowanym przypadku założono, że

Rys. 9. Zestaw próbek uczących sieć neuronową Fig. 9. Set of patterns for neural network learning

sieć ma uzyskać maksymalny błąd mniejszy od 10-4, a czas uczenia nie może przekroczyć 1000 epok. Wybrany rodzaj sieci nie jest optymalnym wynikiem dogłębnej analizy różnych struktur, a raczej jednym z możliwych przykładów klasyfikatora dobrze spełniającego swoją rolę (struktura sieci dobrana eksperymentalnie).

Po zakończeniu fazy uczenia sieci neuronowej, możliwe jest rozpoczęcie działania programu w czasie rzeczywistym. Algorytm programu śledzącego twarze rozpoczyna się od fazy inicjalizacji. Nawiązywane i otwierane są połączenia z kamerą i mikroprocesorem oraz inicjalizowane wszystkie potrzebne zmienne. Prosty interfejs pobiera informacje od użytkownika o tym, która ze zdefiniowanych osób ma być śledzona.

Pętla główna programu rozpoczyna się od wczytania zdjęcia z kamery. Ustalono, że kamera pobiera zdjęcia o rozdzielczości 320 × 240. Stanowi to kompromis między jakością obrazu a szybkością działania, co jest bardzo istotne w systemie rozpoznawania twarzy działającym w czasie rzeczywistym.

Po pobraniu klatki z kamery, następuje komunikacja z mikroprocesorem. Analiza nie może odbywać się, jeśli obraz został pobrany w trakcie ruchu kamery, dlatego po każdym wysłaniu polecenia sprawdzana jest odpowiedź mikroprocesora, potwierdzająca wykonanie ruchu. Jeśli możliwe jest dalsze przetwarzanie, rozpoczyna się proces przygotowujący zdjęcie do analizy przez klasyfikator Haara: przejście do skali szarości, skalowanie, filtrowanie obrazu oraz jego obrót (rys. 10).

Po wykonaniu wszystkich wstępnych czynności, algorytm wchodzi w decydującą fazę detekcji. Po wyrównaniu

Rys. 10. Wynik wstępnego przetwarzania obrazu Fig. 10. Result of the image pre-processing

histogramu i odpowiednim obrocie, obraz podawany jest na klasyfikator Haara. Algorytm ten analizuje kolejno małe wycinki obrazu poszukując w nich cech charakteryzujących

Rys. 12. Wynik rozpoznawania twarzy Fig. 12. Result of the face recognition

Rys. 13. Obraz po wykonaniu ruchu Fig. 13. Image after the movement

poszukiwany obiekt. Po przeszukaniu obrazu, cykl rozpoczyna się na nowo, z inną wielkością badanych klatek, aż do osiągnięcia rozmiaru obrazu. Podstawowymi parametrami klasyfikatora są: minimalna klatka – opisująca, od jakiej wielkości wycinków ma rozpocząć się poszukiwanie oraz krok – współczynnik skali dla kolejnych wielkości wycinków.

Podczas pracy w czasie rzeczywistym konieczne jest ustawienie parametrów, które nie będą znacznie obciążające obliczeniowo. Z tego względu wybrano krok równy 1,2, minimalną klatkę o wielkości 18 × 18, konieczność wykrycia twarzy przynajmniej w dwóch kwadratach oraz pomijanie obszarów o małym prawdopodobieństwie wykrycia twarzy.

Wyodrębnione twarze zostają zapisane w postaci wektorów i są kolejno podawane na wejścia nauczonego wcześniej klasyfikatora neuronowego. Wyjścia sieci mogą przyjmować wartości rzeczywiste w zakresie od –1 do 1. Program analizuje odpowiedzi sieci i wybiera wyjście, które przyjęło najwyższą wartość. Jeśli wartość ta jest większa od 0,9, analizowany obiekt zostaje uznany za jedną z twarzy z bazy danych. Dodatkowe reguły uniemożliwiają rozpoznanie jednej osoby w dwóch miejscach obrazu.

Po ustaleniu współrzędnych śledzonej twarzy, algorytm przesyła informację do mikroprocesora o położeniu obiektu. Ten wykonuje odpowiedni ruch silnikami zgodnie z przyjętą matrycą sterowań.

Na rys. 10 –13 przedstawiono kolejne kroki algorytmu wykrywania, rozpoznania i śledzenia twarzy. W demonstrowanym przykładzie kamera miała za zadanie odnaleźć, a następnie śledzić osobę oznaczoną na rys. 8 jako Aga.

4. Wyniki doświadczeń

Rys. 11. Wynik działania klasyfikatora Haara Fig. 11. Result of the Haar Classifier operating

Celem przeprowadzonych badań była ocena skuteczności detekcji, rozpoznawania i śledzenia zadanych obiektów.

Badania przeprowadzono w ściśle określonych warunkach: przy świetle dziennym bądź w dobrze oświetlonym pomieszczeniu, zasięg rozpoznawania nie przekraczał 3 m.

Ograniczenia te były spowodowane niską jakością i szybkością działania kamery. W przypadku śledzenia twarzy, konieczne było ustawienie frontalne człowieka względem kamery.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

87

Nauka

Detekcja zarówno ruchu, jak i twarzy, cechowała się wysoką skutecznością działania, bliską 100 % w opisanych warunkach. Najsłabszym ogniwem całego algorytmu okazało się rozpoznawanie twarzy. Należy jednak podkreślić, że główny nacisk w projekcie został położony na budowę platformy sprzętowej i opracowanie metod detekcji i śledzenia obiektów. Zmienne warunki oświetlenia, przyjmowanie charakterystycznych pozycji i min, które nie były definiowane w procesie uczenia, czy bardzo podobne twarze mogą powodować błędy identyfikacji. Mimo to, rozpoznawanie działa z zadowalającą skutecznością, przekraczającą 70 %. Koszt części użytych do budowy platformy można oszacować na 150 zł. Wszelkie zastosowane algorytmy zaprogramowano w środowisku open source.

5. Podsumowanie Skuteczność działania systemu rozpoznawania i śledzenia obiektów dynamicznych można ocenić jako zadowalającą. Projekt spełnia wszystkie założenia, umożliwiając poprawne śledzenie ruchu oraz twarzy w czasie rzeczywistym. Należy pamiętać, że jest to prototyp urządzenia, a opracowane algorytmy nie są optymalnymi, a jedynie przykładowymi rozwiązaniami problemu.

Najsłabszym punktem sprzętowym urządzenia jest prosta kamera internetowa. Uniemożliwia ona pobieranie zdjęć wysokiej jakości w odpowiednim czasie. Nie radzi sobie także ze słabym oświetleniem. Mimo to, w zupełności wystarcza do zaprezentowania możliwości tego typu systemu. Algorytm detekcji oraz śledzenia także spełnia swoje zadanie w określonych warunkach. Wykrywanie ruchu jest bardzo skuteczne, ale nie nadaje się do rozpoznawania, natomiast przy wykrywaniu twarzy, konieczne jest frontalne ustawienie człowieka. Drugą wadę można wyeliminować przy odpowiednim nakładzie czasu, tworząc znacznie „bogatsze” szablony dla klasyfikatora Haara.

Perspektywy rozwoju platformy są duże. Lepsze czasy przetwarzania i większą dokładność można uzyskać przez zastosowanie profesjonalnej kamery, precyzyjnych urządzeń wykonawczych oraz większej mocy obliczeniowej. Konieczne jest również znalezienie metody detekcji nie tylko dla twarzy frontalnie ustawionej do kamery. Możliwe jest skorzystanie z dwóch kamer, co z jednej strony ułatwi proces rozpoznawania obiektu, a z drugiej znacznie skomplikuje algorytm. Programy można połączyć z przemysłowymi bazami danych oraz rozwinąć o dokładniejsze metody identyfikacji, wykorzystując np. algorytmy bazujące na PCA (np. eigenfaces) do przetwarzana wstępnego obrazów. Kolejnym krokiem jest implementacja całego algorytmu na platformie sprzętowej, bez konieczności podłączania zewnętrznego komputera. Prace nad implementacją tych usprawnień są obecnie prowadzone przez autorów artykułu.

Bibliografia 1. Sommerlade E., Active Visual Scene Exploration. DPhil Thesis, University of Oxford, 2011.

2. Christensen H., Active Vision. Kungl Tekniska Hoegskolan [www.cas.kth.se/~hic/active-vision.pdf].

3. [www.indect-project.eu/indect-partners-pl].

88

4. Viola P.,. Jones M.,Robust real-time object detection, “International Journal of Computer Vision”, 57(2), 2004, 13-–154.

5. Bark M.,Wykrywanie twarzy z pomocą OpenC, [http:// napiszpr.webd.pl], data odczytu: 15.10.2011 6. Bradski G., Kaehler A., Learning OpenC, YO’Reilly, 2008.

7. Lienhart R., Maydt J., An extended set of Haar-like features for rapid object detection, Proc. IEEE Conference on Image Processing, 2002.

8. Nissen S., Neural Networks Made Simple, Software 2.0, 2005.

9. Wróbel Z., Koprowski R., Praktyka przetwarzania obrazów w programie MATLAB, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa 2004.

Tracking of the moving objects with the use of the computational intelligence techniques – hardware implementation Abstract: The paper presents the hardware platform for detection, recognition and tracking moving objects with the use of computational intelligence methods. Project includes construction of hardware platform equipped with webcam and motors allowing camera to move. Image analysis is carried out within PC computer that is communicated with the platform by USB serial port.

Human faces have served as the examples of objects that were detected, recognized and then tracked. All the computational algorithms were written with C++. The platform skillfully integrates open source computational environments, allowing the testing of designed algorithms in practice.

Keywords: image processing, face recognition, Haar classifier, artificial neural network.

inż. Przemysław Błaszkowski W 2012 r. uzyskał tytuł inżyniera na Wydziale Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej. Główne dziedziny zainteresowania to języki średniego poziomu, zastosowania nowoczesnej elektroniki w automatyce i metody sztucznych inteligencji. e-mail: blaszkowski.przemyslaw@gmail.com dr inż. Michał Grochowski Adiunkt w Katedrze Inżynierii Systemów Sterowania na Wydziale Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej. Jego zainteresowania naukowe obejmują metody detekcji i lokalizacji uszkodzeń, diagnostyki procesów, sterowania optymalizującego oraz inteligencji obliczeniowej. e-mail: m.grochowski@eia.pg.gda.pl

Analiza wpływu niepewności danych wejściowych na dokładność systemów detekcji nieszczelności Mateusz Turkowski*, Andrzej Bratek**, Paweł Ostapkowicz*** *Instytut Metrologii i Systemów Pomiarowych Politechniki Warszawskiej **Przemysłowy Instytutu Automatyki i Pomiarów PIAP *** Katedra Automatyki i Robotyki, Wydział Mechaniczny, Politechnika Białostocka

Streszczenie: Przedstawiono metodę oceny dokładności systemów detekcji i lokalizacji nieszczelności. Metoda bazuje na znanych z metrologii metodach analizy niepewności. Przedstawiono wyniki obliczeń oraz badań eksperymentalnych przeprowadzonych na instalacji modelowej.

Słowa kluczowe: detekcja nieszczelności, lokalizacja nieszczelności, analiza niepewności, przetwarzanie danych pomiarowych, dokładność lokalizacji wycieków

1. Wprowadzenie Wśród wielu stosowanych obecnie metod detekcji i lokalizacji nieszczelności kluczową rolę odgrywają metody analityczne, wewnętrzne. Polegają one, najogólniej rzecz biorąc, na modelowaniu matematycznym nadzorowanego rurociągu lub systemu rurociągów, np. przez obliczenia rozkładów ciśnień w sieci na podstawie zmierzonych ciśnień i przepływów. Wyniki obliczeń porównywane są w sposób ciągły z wartościami zmierzonymi. W przypadku rozbieżności uruchamiane są procedury lokalizacji nieszczelności. Podczas implementacji podobnych systemów występują często trudności polegające na braku możliwości uzyskania zakładanej dokładności lokalizacji nieszczelności.

W niniejszym artykule postawiono tezę, że przyczyną tych problemów może być niepewność wyznaczania wielkości wejściowych algorytmów detekcji, zarówno tych mierzonych na obiekcie, jak i obliczanych przy zastosowaniu różnego rodzaju modeli. Jak dotąd brak jest publikacji, które poświęcone byłyby ocenie wpływu tych niepewności na skuteczność funkcjonowania systemów diagnostycznych w ogóle, a systemów detekcji i lokalizacji nieszczelności (stanowiących pewną podgrupę systemów diagnostyki) w szczególności. Wynika to zapewne z niewystarczającej wiedzy specjalistów z dziedziny diagnostyki obiektów w dziedzinie metrologii.

Z uwagi na różnorodność stosowanych algorytmów detekcji i lokalizacji nieszczelności [1, 2] starano się potraktować problem możliwie ogólnie, tj. abstrahując od zastosowanych metod analizowano niepewności oszacowania wielkości wejściowych algorytmów detekcji w stosunku do efektów (w postaci zmian rozkładu ciśnienia i strumie-

nia), jakie wywołuje nieszczelność. Do analiz zastosowano powszechnie stosowane obecnie w metrologii zasady szacowania niepewności zgodnie z Przewodnikiem [3]. W artykule przedstawiono metodykę zaadaptowaną dla rurociągów cieczy, z uwagi na inną specyfikę rurociągów gazu [1] problemy te będą omówione w innych publikacjach.

2. Opis przeprowadzonych badań eksperymentalnych Specyfika rurociągów do transportu cieczy polega na tym, że zwykle jest to jeden odcinek rury, bez odgałęzień, a jeśli one występują, to można je potraktować jako odrębne obiekty. Wzdłuż rurociągu rozmieszczone są przetworniki ciśnienia, a co najmniej na wlocie (a często też na wylocie) zainstalowane są przepływomierze.

Z uwagi na brak dostępu do danych z rzeczywistego rurociągu, wykorzystano model zbudowany w Politechnice Białostockiej [4]. Stanowisko modelowe (rys. 1) umożliwia pomiar strumienia na początku i końcu rurociągu oraz rozkładu ciśnienia wzdłuż rurociągu. Do symulacji

Rys. 1. Widok ogólny stanowiska do symulacji wycieków z rurociągu, zbudowanego na Politechnice Białostockiej Fig. 1. General view of the stand for the simulations of pipeline leaks, built at the Bialystok University of Technology Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

89

Nauka

001

a)

kPa

061

141

201

281

341 0 0 1

061

141

201

xw = 115 m

281

341 001

061

141

201

281

xw = 195 m

341

xw = 275 m

350 300 250 200 150 100

kPa 6

b)

4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 -12 -14 -16

Rys. 2. Efekty związane z wyciekami o różnych lokalizacjach. Na rysunku naniesiono przebieg ciśnienia wzdłuż rurociągu (a) oraz wyznaczone wstępnie obszary niepewności dla odchyleń przebiegu ciśnienia po wystąpieniu nieszczelności względem przebiegu bez nieszczelności (b) Fig. 2. The effects of the leaks at various places. The pressure along the pipeline (a) and the uncertainty fields for pressure distribution during the leak occurrence relative to pressure distribution in the absence of the leak (b) are presented at the graph

wycieków o różnej intensywności zainstalowano zawory elektromagnetyczne rozmieszczone wzdłuż rurociągu, wyposażone w kryzy, umożliwiające ustalenie intensywności wycieku.

Przykładowe efekty w postaci zmian rozkładu ciśnienia spowodowanych wyciekiem, dla trzech lokalizacji wycieku, przedstawiono na rys. 2. Wybrano położenia kontrolowanych wycieków blisko początku i końca oraz środkowej części rurociągu, tj. 115 m, 195 m oraz 275 m od początku rurociągu. Na rysunku zaznaczono też położenie przetworników ciśnienia w postaci kółek, w kółkach podano ich odległości od początku rurociągu. Ciśnienie na początku rurociągu dla przedstawionych przykładów utrzymywano na stałym poziomie – 390 kPa. Na górnych wykresach (rys. 2a) przedstawiono przebieg ciśnienia p wzdłuż rurociągu bez nieszczelności (linia niebieska) oraz po wystąpieniu wycieku o wartości równej 2 % strumienia na wlocie instalacji (linia zielona) i 4 % strumienia na wlocie (linia czerwona).

Specyficzny jest przypadek dla wycieku położonego blisko źródła (115 m), w którym ciśnienie na końcu rurociągu po wystąpieniu wycieku jest wyższe niż bez wycieku.

Mimo że na odcinku przed wyciekiem spadek ciśnienia nasila się, to jednak w stosunkowo długim odcinku za wyciekiem strumień jest mniejszy, co przekłada się na mniejsze straty, kompensujące z nadmiarem wzrost strat w krótkim odcinku przed wyciekiem.

Wykres w tej postaci jest jednak mało czytelny. Na wykresach dolnych (rys. 2b) przedstawiono więc (tymi samymi kolorami) odchylenia ciśnień Δp po wystąpieniu wycieku od ciśnienia p w rurociągu bez wycieku. Odchylenia te

90

reprezentują zmiany gradientów ciśnienia, wykorzystywane np. w często stosowanej metodzie gradientowej [2]. Dla celów dalszej analizy wartości tych odchyleń odniesiono do niepewności ich wyznaczenia.

3. Oszacowanie niepewności danych wejściowych Problem jest prostszy do rozwiązania dla wartości mierzonych bezpośrednio przez przetworniki ciśnienia ppom. Mierzą one rzeczywiste wartości ciśnienia, czyli te, które ustalają się po wystąpieniu wycieku. Dla zastosowanych w stanowisku przetworników niepewność rozszerzona (k = 2) zgodnie z danymi producenta (a więc niepewność typu B) wynosi 0,2 % zakresu. Dla zakresu przetwornika wynoszącego 1 000 kPa odpowiada to w kategoriach rozszerzonej niepewności bezwzględnej U(ppom) = 2 kPa. Granice te naniesiono także na wykresach odchyleń ciśnień odpowiednimi kolorami, linią przerywaną.

Wartość, do której odnosi się te odchylenia to przebieg ciśnienia obliczony teoretycznie, przy założeniu braku wycieku. Zastosowano tu model statyczny, oparty na wzorach hydrauliki. Chociaż w systemie detekcji i lokalizacji nieszczelności zastosowano model dynamiczny [5, 6], to badania prowadzono w stanie ustalonym, dla którego model sprowadza się do statycznego, określonego znanym z hydrauliki równaniem (1). Ciśnienie p dla dowolnej współrzędnej liniowej L rurociągu można obliczyć z wzoru

pobl = p0 − λ

ρw 2 L

2 D

(1)

gdzie p0 – ciśnienie początkowe, L – odległość od początku rurociągu, D – średnica rurociągu, w – prędkość średnia w rurociągu, r – gęstość cieczy, l – współczynnik strat liniowych.

Wartości poszczególnych wielkości wejściowych wraz z oszacowanymi niepewnościami rozszerzonymi (k = 2) przyjętymi do obliczeń są następujące

p0 = 390 kPa L – zmienna

U(p0) = 2 kPa (patrz wyżej) U(L) = 0,05 m (z uwagi na łuki nie jest możliwy dokładniejszy pomiar) D = 0,0340 m U(D) = 0,0001 m (owalizacja rury utrudnia dokładniejszy pomiar) w = 1,73 m/s U(w) = 0,01 m/s (z informacji o niepewności użytego przepływomierza) ρ = 998,2 kg/m3 U(ρ) = 0,1 kg/m 3 (niepewność danych tablicowych) λ = 0,0194 U(l) = 0,0002 (główne źródło to niepewność określenia chropowatości wewnętrznej powierzchni rurociągu i liczby Reynoldsa)

– – – – –

Po wykonaniu obliczeń uzyskano na początku rurociągu (L = 0 m) dla L = 50 m dla L = 150 m dla L = 300 m na końcu rurociągu (L = 341 m)

U(pobl) U(pobl) U(pobl) U(pobl) U(pobl)

= = = = =

2,0 2,1 2,8 4,5 5,0

kPa kPa kPa kPa kPa

Tak więc granice niepewności obliczonego ciśnienia rozszerzają się w sposób nieliniowy wraz ze wzrostem długości rurociągu, w okolicy wlotu nieznacznie, a wraz wzrostem odległości od początku rurociągu niepewności rosną coraz szybciej. Na wykresach (rys. 2b) granice te naniesiono liniami fioletowymi.

Obraz sytuacji jest wyjątkowo niekorzystny. Pola niepewSą to niepewności typu B, oszacowane o informacje przedności zmierzonych i obliczonych zachodzą na siebie w szestawione przez producentów aparatury (niepewności instrurokim zakresie. W tej sytuacji trudno nawet stwierdzić, czy mentalne, w szczególności niepewność pomiaru ciśnienia), wyciek występuje, czy nie, nie mówiąc już o możliwości jego oraz wyznaczone w oparciu o znaną niepewność danych taprecyzyjnej lokalizacji. Szczególnie niekorzystna jest sytuacja dla położenia wycieku blisko źródła, natomiast im bliżej końblicowych (gęstość wody, współczynnik strat liniowych). ca rurociągu tym mniej pola niepewności zachodzą na siebie.

Następnie, zgodnie z wytycznymi Przewodnika [3], obliczono współczynniki wrażliwości, które informują, jak zmieParadoksalnie, systemy lokalizacji nieszczelności radzą sonia się wielkość obliczana przy zmianach kolejnych wielkości bie bardzo dobrze z lokalizacją wycieków, mimo tak niedowejściowych. Zwykle obliczane są one jako pochodne wielskonałych wejściowych danych pomiarowych. Potwierdzają kości obliczanej względem kolejnych wielkości wejściowych. to dane zawarte w tab. 1, gdzie zestawiono błędy lokalizacji wycieków przy zastosowaniu różnych odmian gradientowego Wynoszą one: algorytmu detekcji [1]. ∂p c ( p0 ) = Jak widać (rys. 2), im większa odległość miejsca wycieku =1

∂p0 od źródła (wejścia rurociągu) tym efekty w postaci zmian

ciśnienia są wyraźniejsze, kolejno, dla współrzędnych wycie∂p w 2 L c ( ρ) = λ =

ku xw równych 115 m, 195 m i 275 m efekty w postaci zmian 2 D ∂ρ ciśnienia Δp to 8,0 kPa, 14,5 kPa i 18,0 kPa. Dzięki temu

niepewność względna odniesiona do Δp powinna maleć. Po∂p L (2) winno to poprawić dokładność lokalizacji wraz ze wzrostem c (w ) = = ρw λ ∂w D

odległości wycieku od źródła.

W tab. 1 przedstawiono błędy lokalizacji wycieków, tj.

2 ∂p ρw c (L ) = = λ różnice między znanymi współrzędnymi symulowanych wy2D ∂L

cieków (zmierzone na tyle dokładnie, że można je przyjąć jako wartość umownie prawdziwa) a współrzędnymi obliczo2 ∂p ρw L c (D ) = =− λ nymi przez system detekcji i lokalizacji. Potwierdzają one in2 D2 ∂D

tuicyjnie oczywistą i widoczną na rys. 2 tendencję – wzrost odległości wycieku od źródła zwiększa efekty w postaci zmian Niepewność złożoną obliczonego ciśnienia określono na ciśnienia, a więc zmniejsza błąd lokalizacji. Podobne wnioski podstawie równania wynikają też z obserwacji rzeczywistych rurociągów.

Nadspodziewanie dobre wy2 2 2 2 2 niki działania algorytmu lokaliU ( pobl ) = U ( p0 ) c ( p0 ) + U ( ρ ) c ( ρ )  + [U (w ) c (w )] + [U (L ) c (L )] + [U (D ) c (D )] zacji nieszczelności można wyja (3) śnić wnikając nieco głębiej w algorytm lokalizacji nieszczelności, a zwłaszcza w jego część związaną ze wstępnym przetwarzaniem Tab. 1. Błędy i niepewności lokalizacji wycieku oraz niepewności sygnałów pomiarowych. przy zastosowaniu różnych wersji metody gradientowej Tab. 1. Errors and uncertainties of the leak localization with the use of various versions of gradient methods odległość wycieku od źródła

efekt wycieku – zmiana ciśnienia Δp

błędy lokalizacji (m)

niepewność lokalizacji (m)

błędy lokalizacji (%)

niepewność lokalizacji (%)

115

8,0

1,67 – 4,74

2,69

1,45 – 4,12

2,34

195

14,5

1,27 – 3,01

1,62

0,65 – 1,54

0,83

275

18,0

0,25 – 1,97

1,09

0,09 – 0.72

0,39

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

91

Nauka

Rys. 3. Przebiegi ciśnienia z uśrednianiem pomiarów; okres uśredniania: a) bez uśredniania, b) 1 s (średnia ze 100 pomiarów), c) 3 s (średnia z 300 pomiarów), d) 10 s (średnia z 1000 pomiarów) Fig. 3. Diagram of the pressure with time averaging; averaging time constant: a) without averaging, b) 1 s (average of 100 measurements, c) 3 s (average of 300 measurements, d) 10 s (average of 1000 measurements)

4. Korekta wyznaczonych niepewności Dane pomiarowe wprowadzane są do algorytmu lokalizacji nieszczelności nie bezpośrednio, a po wstępnym przetwarzaniu.

W przypadku danych z przetworników pomiarowych, do obliczeń współrzędnej wystąpienia wycieku nie przyjmuje się chwilowych wartości, które mogą leżeć w dowolnym miejscu zaznaczonych na rys. 2b pól niepewności. Do obliczeń miejsca nieszczelności przyjmuje się zwykle nie pojedynczy wynik pomiaru, a dane uśrednione w pewnym okresie czasu (a więc średnią arytmetyczną z kilkudziesięciu do kilkuset wyników) [7]. Zmniejsza to niepewność w stosunku odwrotnym do pierwiastka z liczby pomiarów, a więc w przybliżeniu o mnożnik 1 n . Dodatkowo sygnały są odfiltrowane. Efekty tych operacji przedstawiono na rys. 3. Dla średniej ze 100 pomiarów niepewność zmniejsza się w przybliżeniu 10-krotnie. Dotyczy to, oczywiście,

92

wyłącznie niepewności typu A. W efekcie niepewność pomiaru ciśnienia zmaleje do wartości U(ppom) = 0,2 kPa. Ponadto dla wyznaczenia przebiegu zmierzonego ciśnienia wzdłuż rurociągu stosuje się zwykle metodę najmniejszych kwadratów przy wykorzystaniu nie jednego, a kilku (m) przetworników, co dodatkowo zmniejsza niepewność w przybliżeniu o mnożnik 1 m − 1 .

W ten sposób dla pierwszego przypadku (współrzędna miejsca wycieku 115 m) dla odcinka przed wyciekiem liczba przetworników m1 = 2 (mnożnik 1), a za wyciekiem liczba przetworników m2 = 4 (mnożnik 1/1,73).

Dla wycieku odległego o 195 m m1 = m2 = 3 (mnożnik 1/1,41).

Dla wycieku 275 m od wlotu m1 = 4 (mnożnik 1/1,73), a m2 = 2 (mnożnik 1).

W oparciu o te informacje można obliczyć, że operacje te mogą dodatkowo zmniejszyć niepewność, ale tylko dla wycieków zlokalizowanych w większej odległości, dla prezentowanego tu przypadku od 1,4- do 2-krotnie.

Jeśli chodzi o obliczony przebieg ciśnienia, to także on nie jest w rzeczywistości obarczony wszystkimi niepewnościami wielkości wejściowych. Niepewności te zmniejsza radykalnie strojenie (tunning) modelu. Strojenie jest konieczne, gdyż pewne parametry obiektu mogą zmieniać się w czasie.

Korozja lub osady w rurociągu mogą zmieniać zarówno jego średnicę wewnętrzną D jak też współczynnik strat liniowych l. Lepkość i gęstość płynu zmieniają się wraz z temperaturą, trudno to uwzględnić rachunkowo, gdyż brak informacji o roz-

kładzie temperatury wzdłuż podziemnego rurociągu, pomiary dokonywane nad ziemią na stacjach zasuw nie są miarodajne dla tego celu.

Podczas strojenia minimalizuje się także efekty związane z dryftem i błędami systematycznymi przetworników pomiarowych, zmniejszając w ten sposób instrumentalne niepewności pomiarów typu B. Składowa systematyczna, która zawarta jest w niepewności typu B zostaje w procesie strojenia zminimalizowana. Proces strojenia można w kategoriach metrologicznych ująć jako swego rodzaju pomiar różnicowy.

a)

cieku xw = 115 m przed i po korekcji. Uwzględniono efekty filtracji, uśredniania i strojenia modelu. Dodatkowo uwzględniono, że na odcinku przed wyciekiem dostępne są informacje tylko z 2 przetworników ciśnienia, natomiast na odcinku za wyciekiem 4 przetworników.

Z wykresów przedstawionych na rys. 4 wynika, że identyfikacja i lokalizacja wycieków jest znacznie bardziej prawdopodobna, pola niepewności w okolicy wycieku nie zachodzą bowiem na siebie. Wyjaśnia to pozornie paradoksalne wyniki przedstawione w tab. 1.

Następnie obliczono, w sposób uproszczony, niepewność lokalizacji wycieku przy zastosowaniu metody gradientowej. Posługując się rys. 5, można łatwo wyprowadzić związek między niepewnością pomiaru ciśnienia a niepewnością lokalizacji wycieku. Ma on postać

U (x l ) =

xU l (∆p)

 xl  (4) ∆p  + 1  L − xl 

O wyniki tych obliczeń uzupełniono tabelę 1.

Z tab. 1 wynika, zgodnie z oczekiwaniami, że błędy lokalizacji wycieków są tego samego rzędu, co niepewności, a tendencje zgodne są z doświadczeniem (dokładność lokalizacji rośnie wraz z odległością od początku rurociągu).

b)

Strojenia dokonuje się w sensie technicznym poprzez korektę współczynnika strat liniowych l, w okresach gdy nie ma wycieku, w taki sposób, aby uzyskać pełną zgodność modelu z obiektem rzeczywistym. Faktycznie uwzględnia się jednak przy tym wszystkie wyżej wymienione powolne zmiany parametrów systemu. Oczywiście dokładność strojenia jest ściśle związana z dokładnością przetworników pomiarowych – nie można dokonać strojenia modelu z niepewnością lepszą niż niepewność typu A pomiarów parametrów wejściowych, po zminimalizowaniu błędów systematycznych w procesie strojenia. Założono więc wstępnie, że wartość niepewność ciśnienia obliczonego jest tego rzędu co niepewność typu A dla pomiarów (ale już po uśrednieniu sygnałów). W związku z tym obie niepewności U(pobl) = U(ppom) = 0,2 kPa. Ponieważ zmiana ciśnienia wywołana wyciekiem Δp = U(pobl) – U(ppom), więc

U ( ∆p ) =

2

(

)

2

U ( pobl ) + U ppom  = 0,283 kPa

Na rys. 4 przedstawiono pola niepewności omawianych wielkości przy powyższych założeniach dla współrzędnej wy-

p

Rys. 4. Obszary niepewności przed (a) i po (b) przetworzeniu danych wejściowych przez uśrednianie wyników pomiaru, strojenie modelu oraz uwzględnienie ilości przetworników ciśnienia przed i za wyciekiem Fig. 4. Uncertainty fields before (a) and after (b) data processing consisting in measuring results averaging, tunning of the model and taking into account the number of pressure transmitters at upstream and downstream side of the leak

U(Dp)

L

Rys. 5. Szkic do wyprowadzenia związku między niepewnościami oszacowania ciśnienia a niepewnością współrzędnej wycieku Fig. 5. Sketch for finding the relation between the uncertainty of pressure and the uncertainty of the leak coordinate

Może budzić wątpliwości, że maksymalne błędy lokalizacji są niemal dwukrotnie większe od niepewności, bowiem przyjmując współczynnik rozszerzenia k = 2, prawdopodobieństwo tak dużego przekroczenia jest niewielkie, rzędu 5 %. Można to uzasadnić z jednej strony niedoszacowaniem niepewności wejściowych przyjętych do analizy, a z drugiej strony nieuwzględnieniem niedoskonałości tkwiących w samych algorytmach detekcji i lokalizacji.

W oparciu o przedstawioną analizę można stwierdzić, że proponowana metoda może być stosowana do oceny jakości systemów detekcji i lokalizacji nieszczelności, a po odpowiednich adaptacjach także do oceny jakości systemów diagnostycznych w ogólności. Po niewielkich przekształceniach może służyć też do realizacji zagadnienia odwrotnego, chyba jeszcze ważniejszego – do projektowania i realizacji systemów diagnostycznych tak, aby uzyskać ich założone parametry dokładnościowe.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

93

Nauka

5. Podsumowanie Analityczne (wewnętrzne) systemy detekcji i lokalizacji nieszczelności można traktować jako swego rodzaju system do pomiarów pośrednich.

Zastosowanie metod stosowanych w metrologii do szacowania niepewności pomiaru pośredniego może służyć również do szacowania skuteczności i dokładności analitycznych systemów detekcji i lokalizacji nieszczelności rurociągów. Metoda ta, po niewielkich modyfikacjach, może służyć też do określenia niezbędnej dokładności przetworników pomiarowych do zaprojektowania i budowy systemu detekcji i lokalizacji nieszczelności o z góry zadanych parametrach dokładnościowych. W analizie należy uwzględnić możliwość poprawy jakości danych wejściowych przez filtrowanie i uśrednianie wyników pomiarów oraz przez strojenie modelu.

Uzyskane wyniki są zgodne z doświadczeniem. Tak jak się to obserwuje na rurociągach rzeczywistych, wraz ze wzrostem odległości wycieku od źródła rosną efekty związane w wyciekiem w postaci zmian ciśnienia, co wpływa pozytywnie na dokładność lokalizacji wycieku.

Zaproponowaną metodę można rozwinąć i zastosować ją nie tylko do systemów lokalizacji nieszczelności, ale także do diagnostyki procesów przemysłowych w ogólności.

Znalezienie dokładnego powiązania między niepewnością pomiarów, odległością wycieku od źródła i intensywnością wycieków jest przedmiotem dalszych badań, także dla rurociągów do transportu gazów. Podjęto też próby analitycznego ujęcia wpływu konfiguracji rurociągu na dokładność lokalizacji, zwłaszcza wpływu odległości miejsca wycieku od źródła w bardziej skomplikowanych, rozgałęzionych sieciach.

Podziękowania Praca badawcza finansowana ze środków budżetowych na naukę w latach 2008–2011 w ramach projektu rozwojowego nr O R00 0013 06 oraz w latach 2010–2013 jako projekt badawczy Nr N N504 494439.

Bibliografia 1. Sobczak R., Turkowski M., Bratek A., Słowikowski M., Bogucki A., Metody i systemy detekcji nieszczelności rurociągów dalekosiężnych, cz. I. „Pomiary Automatyka Robotyka”, 4/2007, 45–49; cz. II. „Pomiary Automatyka Robotyka”, 5/2007, 15–18.

2. Turkowski M., Bratek A., Słowikowski M., Bogucki A., Postępy i problemy realizacji systemów detekcji i lokalizacji nieszczelności rurociągów „Pomiary, Automatyka, Robotyka”, 1/2009, 62–66.

3. Wyrażanie niepewności pomiaru. Przewodnik. Główny Urząd Miar, 1999.

4. Ostapkowicz P., Signals of weak interobject interactions in diagnosing of leakages from pipelines, Eksploatacja i Niezawodność – Maintenance and Reliability, vol. 33, nr 1, 31– 45, 2007.

5. Sobczak R., Turkowski M., Bratek A., Słowikowski M., Mathematical modeling of liquid flow dynamics in long range transfer pipelines. Part 1. “Problemy eksploatacji”, ITE, Radom 2007.

94

6. Turkowski M., Bratek A., Słowikowski M., The improvement of pipeline mathematical model for the purposes of leak detection. Recent Advances in Mechatronics – 7th International Conference Mechatronics, Warszawa 2007, 573–577.

7. Problems of the influence of the quality and integrity of input data on the reliability of leak detection systems, 9th International Conference Mechatronics 2011.

Analysis of the influence of input data uncertainty on the accuracy of the leak detection systems Abstract: The method of the assessment of the leak detection and localization systems accuracy is presented. The method is based on the uncertainty analysis known from metrology. The calculations and experimental results carried on modeling installation were presented.

Keywords: leak detection, leak localization, uncertainty analysis, measuring data processing, accuracy of leak localization

dr hab. inż. Mateusz Turkowski Profesor nadzwyczajny w Instytucie Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, Wydział Mechatroniki Politechniki Warszawskiej.

Obszar zainteresowań naukowych to metrologia przepływów, zastosowanie numerycznej mechaniki płynów w metrologii, zagadnienia wzorcowania przepływomierzy oraz infrastruktura pomiarowo – diagnostyczna rurociągów dalekosiężnych. e-mail m.turkowski@mchtr.pw.edu.pl mgr inż. Andrzej Bratek Specjalista badawczo-techniczny w Przemysłowym Instytucie Automatyki I Pomiarów. Główne obszary aktywności zawodowej: systemy automatycznego zbierania danych i sterowania, automatyczne systemy pomiarowe. e-mail: abratek@piap.pl dr inż. Paweł Ostapkowicz Absolwent i pracownik Wydziału Mechanicznego Politechniki Białostockiej. Tematyka prowadzonych prac badawczych dotyczy diagnozowania wycieków z rurociągów i sieci wodociągowych oraz sterowania i regulacji ciśnienia w sieciach wodociągowych. Prace autora obejmują zagadnienia z zakresu: budowy i eksploatacji maszyn, inżynierii produkcji, automatyki, miernictwa dynamicznego, diagnostyki maszyn i procesów przemysłowych oraz wibroakustyki. e-mail p.ostapkowicz@pb.edu.pl

Zapowiedzi Wydarzenia

Fiesta robotów od morza niemal do Tatr Miłośnicy walk robotów będą mieli wkrótce okazję do świętowania połączonego ze zwiedzaniem Polski – maj będzie stał pod znakiem zawodów organizowanych przez koła naukowe działające przy krakowskiej Akademii Górniczo-Hutniczej, Politechnice Poznańskiej oraz Politechnice Gdańskiej. Roboty z całej Polski zmierzą się ze sobą w najbardziej wyszukanych konkurencjach. Zawody w wybranych miastach organizowane są w różnych terminach, co umożliwia pasjonatom nowych technologii odwiedzenie ich wszystkich.

Robocomp w Krakowie 11 maja 2013

Fot. Koło Naukowe Integra

Robocomp od kilku lat wpisuje się w kalendarz największych polskich imprez związanych z tematyką robotyki amatorskiej. 11 maja br. w AGH Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie odbędzie się już czwarta edycja tego międzynarodowego wydarzenia.

Głównym obszarem zainteresowania Koła Naukowego Integra, działającego przy Katedrze Automatyki i Inżynierii Biomedycznej AGH Akademii GórniczoHutniczej, są roboty mobilne. Chcąc szerzyć tę fascynację i dzielić się pasją z innymi, stworzyło ono imprezę, która wzbudza zainteresowanie i podziw dorosłych oraz porywa serca dzieci – Festiwal Robotyki Robocomp. Integra dokłada starań, by każdy uczestnik poczuł smak rywalizacji i miał możliwość zaprezentowania swojego robota, a zwiedzający w każdym wieku znaleźli coś dla siebie – zarówno zapaleńcy w dziedzinie automatyki i elektroniki, jak również dzieci wraz z rodzicami.

Główną atrakcją są zawody robotów organizowane na wzór zawodów odbywających się w całej Europie. Co roku uczestniczy w nich kilkadziesiąt konstrukcji. W szranki stają ze sobą konstruktorzy robotów śledzących linie, gdzie – jak w Formule 1 – liczy się czas najszybszego przejazdu. Na specjalnie przygotowanych ringach walczą roboty sumo w różnych wariantach wagoworozmiarowych. Roboty „myszy” szukają wyjść z labiryntów, a naśladujące pająki roboty kroczące walczą o najszybsze pokonanie toru pełnego przeszkód.

W tym roku do walki ponownie staną najlepsi konstruktorzy robotów zarówno z Polski, jak i z zagranicy. Będą rywalizować w różnych kategoriach: sumo, minisumo, Astor linefollower, linefollower enhanced, micromouse, Motorola solutions freestyle, linefollower light, Legosumo, microsumo, nanosumo i walking robot race. A to jeszcze nie koniec niespodzianek, jakie przygotowali Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

95

Wydarzenia Zapowiedzi

www.robocomp.info

CybAiRBot w Poznaniu 18 maja 2013 organizatorzy. Dodatkowo będzie można obejrzeć profesjonalne stoiska przygotowane przez sponsorów festiwalu. Zainteresowani będą mieli okazję bezpośredniej rozmowy z przedstawicielami firm związanych z automatyką, robotyką i elektroniką. Zobaczą też najnowsze rozwiązania stosowane w przemyśle i przekonają się, że elektronika nie jest wiedzą tajemną dostępną tylko dla wybranych.

Wielkim zainteresowaniem cieszą się roboty z kategorii freestyle prezentowane przez cały czas trwania festiwalu. W tej klasie nie obowiązują żadne ograniczenia – twórcy mogą swobodnie popisać się swoją kreatywnością i inwencją twórczą. Dzięki temu często pojawiają się nietypowe rozwiązania, cieszące oko efekty wizualne czy nawet roboty zaprogramowane, aby naśladować układy taneczne.

Festiwal Robocomp to nie tylko zawody robotów i rywalizacja. Dla najmłodszych kibiców w trakcie festiwalu

96

Na terenie Centrum Wykładowego Politechniki Poznańskiej odbędzie się 10. edycja jednego z największych polskich festiwali robotyki – CybAiRBot 2013 w Poznaniu. Roboty z całej Polski rywalizować będą w siedmiu konkurencjach: sumo, minisumo, nanosumo, linefollower, freestyle, światłolub i micromouse. Ostatnia z nich pojawi się na festiwalu po raz pierwszy, a zadanie będzie polegało na odnalezieniu przez małego robota drogi w ogromnym labiryncie. Wymaga to od konstruktorów zastosowania najnowszych technik sztucznej inteligencji.

Sumo to konkurencja, która towarzyszy zawodom od samego początku. Łączy robotykę z japońską tradycją walk zapaśniczych sięgającą VIII wieku. Autonomiczne roboty walczą ze sobą na specjalnie przygotowanym okrągłym ringu, a ich celem jest wypchnięcie przeciwnika.

Minisumo to miniaturyzacja kategorii sumo – roboty biorące udział w tej konkurencji muszą zmieścić się na kwadracie o wymiarach 10 ´ 10 cm. Tak ograniczone rozmiary wymagają od konstruktorów pomysłowych rozwiązań, łączących miniaturyzację i kreatywność.

Nanosumo to roboty walczące w taki sposób jak ich więksi bracia, ale o nadzwyczajnie małych rozmiarach. Maszyny porównywalne wielkością z pięciozłotówką walczą na ringu o średnicy 19 cm.

Linefollower to konkurencja, która wymaga od konstruktorów wyjątkowej inwencji. Robot musi samodzielnie

przejechać w jak najkrótszym czasie po trasie wyznaczonej przez czarną linię.

Liczą się nie tylko dobre silniki, ale też koła i kształt podwozia. Freestyle to kategoria, w której nie ma żadnych reguł.

Można przynieść robota, który błyska diodami, nalewa kawę czy układa kostkę Rubika. W tej konkurencji liczy się pomysłowość oraz sposób wykonania konstrukcji. Trzy najlepsze zostaną wybrane przez jury, a jeden przez publiczność. Światłolub to robot, który zawsze jest głodny światła. Mobilna platforma podąża za latarką trzymaną przez zawodnika.

To świetna zabawa przede wszystkim dla młodych adeptów robotyki, ale także dla dorosłych. Celem zawodów jest takie poprowadzenie robota za pomocą latarki, aby jak najszybciej przejechał trasę między liniami startu i mety.

Pula nagród dla zwycięzców wynosi 20 000 zł i obejmuje też tablety czy smartfony. Dla każdego, niezależnie od wieku, oprócz zawodów przeznaczone są rozwijające warsztaty, konkursy z nagrodami oraz interesujące pokazy. Festiwal jest niepowtarzalną okazją, by zobaczyć najbardziej profesjonalne z robotów i porozmawiać z ich twórcami. Stanowi to niezwykłą inspirację do rozpoczęcia własnej przygody z robotyką. Głównymi sponsorami Festiwalu Robotyki CybAiRBot 2013 są firmy Fibaro oraz Volkswagen Poznań. www.sumo.put.poznan.pl

Roboxy w Gdańsku 26 maja 2013

Naukowe Koło Studentów Automatyki Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej zaprasza wszystkich miłośników robotyki na kolejną edycję turnieju Roboxy, która odbędzie się 26 maja br. w Gmachu Głównym Politechniki Gdańskiej przy ul. G. Narutowicza 11/12.

Podczas turnieju Roboxy 2013 rozegrane zostaną następujące konkurencje: • linefollower, • minisumo, • micromouse, • freestyle.

Dla zwycięzców przewidziane są atrakcyjne nagrody, a dla każdego uczestnika – pamiątkowy dyplom. www.roboxy2013.pl

Fot. Koło Naukowe Integra

organizowane są warsztaty, pozwalające zetknąć się bezpośrednio z elektroniką i robotyką. Jest to niezapomniane przeżycie, będące zarazem pierwszym krokiem na drodze do budowy własnego robota. Dla starszych fanów elektroniki i robotyki proponowane są prezentacje firm związanych z branżą. Przedstawiane przez nich nowinki techniczne mogą stać się inspiracją dla przyszłych konstruktorów robotów.

Finał festiwalu jest urozmaicony konkursami dla publiczności, które są okazją do rozdania upominków.

97

Forum młodych wydarzenia

Rekordowa liczba innowacyjnych prac Zainteresowanie Ogólnopolskim Konkursem Prac Dyplomowych „Młodzi Innowacyjni” – organizowanym przez Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP – sięgnęło zenitu w środowisku akademickim. W piątej edycji konkursu rywalizowało aż 116 prac z 21 ośrodków naukowych Polski.

20 marca 2013 r. już po raz piąty wręczono nagrody i wyróżnienia autorom najlepszych prac konkursowych.

Ocenie poddano innowacyjność nadesłanych prac doktorskich oraz dyplomowych w trzech dziedzinach: automatyki, pomiarów i robotyki. Brano pod uwagę głównie walory poznawcze i naukowe, a przede wszystkim możliwość praktycznego wdrożenia ich rezultatów.

Ważnymi czynnikami były też zgłoszenia patentowe oraz poziom publikacji – to w przypadku prac doktorskich.

W tym roku do konkursu zakwalifikowano 116 prac – 17 prac doktorskich, 42 prace magisterskie i 57 prac inżynierskich. Znaczna liczba prac (22) została obroniona w Politechnice Warszawskiej, poza tym reprezentowane były uczelnie z Gdańska (Politechnika Gdańska), Gliwic Uczelnia AGH Akademia Górniczo-Hutnicza

2009 2

Akademia Morska w Gdyni Akademia TechnicznoHumanistyczna w Bielsku-Białej

2010 5

(Politechnika Śląska), Krakowa (AGH Akademia Górniczo-Hutnicza i Politechnika Krakowska), Łodzi (Politechnika Łódzka), Opola (Politechnika Opolska), Wrocławia (Politechnika Wrocławska) oraz z Wojskowej Akademii Technicznej. Po raz pierwszy w konkursie swoje prace zaprezentowali absolwenci: Politechniki Częstochowskiej, Politechniki Koszalińskiej i Uniwersytetu Rzeszowskiego oraz Instytutu Badań Systemowych PAN jako jednostki posiadającej prawa doktoryzowania.

Dwie pierwsze edycje konkursu (2009 r. i 2010 r.) stanowiły jeden z elementów projektu „Fabryka innowacji – popularyzacja osiągnięć nauki wśród młodych inżynierów”, realizowanego w ramach Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki i współfinansowanego przez Europejski Fundusz 2011 5

2012 3

1

1 2

1 1

Politechnika Białostocka

1

2

3

Politechnika Częstochowska

1 5

3

8

7

Politechnika Koszalińska

12 1

Politechnika Krakowska

5

6

1

3

Politechnika Łódzka

1

7

4

8

Politechnika Opolska

4

2

1

2

Politechnika Poznańska

2

2

Politechnika Rzeszowska

1

98

Pobierz bezpłatną aplikację PAR+ App Store | Google Play

Społeczny. Później konkurs finansowali organizatorzy (Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP) oraz sponsorzy (Farnell oraz BPH). Ostatnie dwie edycje konkursu (2012 r. i 2013 r.) dofinansowano z projektu „Młodzi Innowacyjni – wsparcie upowszechniania wiedzy w obszarach automatyki, robotyki i pomiarów”, realizowanego w ramach programu Narodowego Centrum Badań i Rozwoju „Kreator innowacyjności – wsparcie innowacyjnej przedsiębiorczości akademickiej”.

Uczelnia

2009

2010

2011

2012

2013

7

5

6

4

10

1

2

Politechnika Warszawska

18

17

18

13

22

Politechnika Wrocławska

4

5

5

2

8

Politechnika Śląska Politechnika Świętokrzyska

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Tarnowie

Politechnika Gdańska

19

1

Instytut Badań Systemowych PAN Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Sanoku

2013

Zobacz więcej

3

10 2

Polsko-Japońska Wyższa Szkoła Technik Komputerowych

1

Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu

1

1

Uniwersytet Rzeszowski

3

Uniwersytet TechnologicznoPrzyrodniczy w Bydgoszczy

2

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

1

Uniwersytet Zielonogórski

1

1

Wojskowa Akademia Techniczna

1

Wyższa Szkoła Informatyki Stosowanej i Zarządzania w Warszawie

4

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

1

2

2 1

2

3

W związku z bardzo wysokim, wyrównanym poziomem prac i ich liczbą członkowie komisji konkursowej w składzie: • prof. dr hab. inż. Janusz Kacprzyk – Instytut Badań Systemowych PAN – przewodniczący, • prof. dr inż. Stanisław Kaczanowski – z-ca dyrektora ds. badawczo-rozwojowych Przemysłowego Instytutu Automatyki i Pomiarów PIAP, • dr inż. Małgorzata Kaliczyńska – redaktor merytoryczny miesięcznika „Pomiary Automatyka Robotyka”, • prof. dr hab. inż. Andrzej Masłowski – Wydział Inżynierii Produkcji Politechniki Warszawskiej, • prof. dr inż. Tadeusz Missala – Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP, • prof. dr hab. inż. Zbigniew Nahorski – Instytut Badań Systemowych PAN, • prof. nzw. dr hab. inż. Mariusz Olszewski – Wydział Mechatroniki Politechniki Warszawskiej, • prof. dr hab. inż. Piotr Tatjewski – Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej, • prof. dr hab. inż. Wiesław Winiecki – przewodniczący Komitetu Pomiarów POLSPAR, • prof. nzw. dr hab. inż. Cezary Zieliński – Komitet Automatyki i Robotyki PAN, zdecydowali o zmodyfikowaniu wcześniej określonych kwot nagród i zwiększeniu środków.

W każdej z kategorii przyznano nagrody pieniężne oraz wyróżnienia (roczne prenumeraty miesięcznika naukowotechnicznego „Pomiary Automatyka Robotyka” oraz kwartalnika „Journal of Automation, Mobile Robotics & Inteligent Systems”).

Dyplomy laureatom wręczał dyrektor Przemysłowego Instytutu Automatyki i Pomiarów PIAP – dr inż. Jan Jabłkowski, gratulując nagrodzonym wartościowych, innowacyjnych prac, a promotorom – ambitnych i zdolnych wychowanków, oraz życząc utrzymania wysokiego poziomu w kolejnych latach.

– Przebieg konkursu pozwala pozytywnie patrzeć w przyszłość. Polska nauka, polscy inżynierowie mają dobry warsztat, znakomite podstawy teoretyczne i ambicję, by rozwijać innowacyjne technologie w wielu dziedzinach, bez kompleksów konkurując z kolegami z krajów Europy Zachodniej i Stanów Zjednoczonych. Do pełni szczęścia zazwyczaj brakuje wystarczających środków finansowych. Coraz częściej udaje się znaleźć rozwiązanie tego problemu – z pomocą przychodzą liczne unijne programy operacyjne – podsumował efekty konkursu prof. Janusz Kacprzyk (Instytut Badań Systemowych PAN), przewodniczący komisji konkursowej. Podobnie jak w poprzednich latach tematyka znacznej liczby prac była ukierunkowana na zrobotyzowane systemy automatyki i roboty mobilne, ale pojawiły się także prace poświęcone nowoczesnym sensorom i rozproszonym systemom pomiarowym.

Wybrane przez komisję konkursową prace zostały zaprezentowane w pierwszym dniu XVII Konferencji Naukowo-Technicznej AUTOMATION 2013 Automatyzacja – Nowości i Perspektywy. Sesje młodych absolwentów cieszyły się ogromnym zainteresowaniem i towarzyszyły im burzliwe dyskusje. Było to doskonałe forum wymiany myśli i doświadczeń, a także sposób na nawiązanie nowych znajomości i przyjaźni oraz kontaktów naukowych.

dr inż. Małgorzata Kaliczyńska PAR

Prace doktorskie Nagroda I – dr inż. Zofia Łabęda-Grudziak, Zastosowanie addytywnego modelu regresji do generacji residuów dla potrzeb detekcji uszkodzeń – Politechnika Warszawska, Wydział Mechatroniki, promotor – prof. dr hab. inż. Jan Maciej Kościelny Nagroda II – dr inż. Piotr Bigaj, Memetyczny algorytm globalnego planowania ścieżki z ograniczeniami ruchu dla robota mobilnego o nieholonomicznym układzie jezdnym – Instytut Badań Systemowych PAN, promotor – prof. dr hab. inż. Janusz Kacprzyk Wyróżnienie – dr inż. Dominik Jurków, Technologia i właściwości zintegrowanych czujników LTCC – Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki, promotor – prof. dr hab. inż. Leszek Golonka Wyróżnienie – dr inż. Edyta Krzystała, Modelowanie i minimalizacja wpływu oddziaływania wybuchu min lądowych na pasażerów pojazdów specjalnych – Politechnika Śląska, Wydział Mechaniczny Technologiczny, promotor – prof. dr hab. inż. Arkadiusz Mężyk Prace dyplomowe magisterskie Nagroda – mgr inż. Aleksander Gosk, Modelowanie i sterowanie turbiny wiatrowej z wykorzystaniem metody MPC – Politechnika Warszawska, Wydział Mechatroniki, promotor – prof. dr hab. inż. Krzysztof Janiszowski Nagroda – mgr inż. Paweł Kubiak, Tekstroniczny system zabezpieczający samochód przed kradzieżą – Politechnika Łódzka, Wydział Technologii Materiałowych i Wzornictwa Tekstyliów, promotor – prof. dr hab. inż. Krzysztof Gniotek Nagroda ­– mgr inż. Marcin Skóra, Zastosowanie czujników MEMS do sterowania napędu elektrycznego wózka inwalidzkiego – Politechnika Wrocławska, Wydział Elektryczny, promotor – dr inż. Marcin Pawlak Wyróżnienie – mgr inż. Dawid Seredyński, System sterowania dwukołowym robotem mobilnym o zmiennym sposobie lokomocji – Politechnika Warszawska, Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych, promotor – dr inż. Tomasz Winiarski Wyróżnienie – mgr inż. Marek Wąsik, Projekt i wykonanie pięcionożnego robota kroczącego – Politechnika Poznańska, Wydział Elektryczny, promotor – prof. dr hab. inż. Andrzej Kasiński Prace dyplomowe inżynierskie Nagroda I – inż. Bartosz Król, inż. Bartosz Różański, Identyfikacja i detekcja epizodów kaszlu w sygnałach wibroakustycznych – Politechnika Gdańska, Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki, promotor – dr inż. Stefan Sieklicki Nagroda II – inż. Paweł Krutyń, Badania symulacyjne adaptacyjnego mechanizmu doboru współczynnika wzmocnienia filtru Kalmana – Uniwersytet Rzeszowski, Wydział MatematycznoPrzyrodniczy, promotor – prof. dr hab. inż. Tadeusz Kwater Wyróżnienie – inż. Adam Bondyra, Koncepcja i realizacja wirtualnego kokpitu do sterowania quadrocopterem – Politechnika Poznańska, Wydział Elektryczny, promotor – prof. dr hab. inż. Andrzej Kasiński Wyróżnienie – inż. Wojciech Soska, System akwizycji, przetwarzania, gromadzenia i przesyłania danych mikroklimatycznych – Politechnika Warszawska, Wydział Elektryczny, promotor – dr inż. Maciej A. Dzieniakowski Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

99

Indeks firm

PL

100

AutomatykaOnLine

tel. 46 857 73 72 www.automatykaonline.pl

25

Automatyka-Pomiary-Sterowanie SA

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

31

ATEQ PL Sp. z o.o.

tel. 22 612 26 78 www.ateq.pl

15

B&L International Sp. z o.o.

tel. 22 213 88 76 www.bil.com.pl

6

B&R Automatyka Przemysłowa Sp. z o.o.

tel. 61 8460 500 www.br-automation.com

8, insert

Balluff Sp. z o.o.

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

39

Conrad Electronic Polska

tel. 12 622 98 16 www.conrad.pl

insert

PPUH Eldar

tel. 77 442 04 04 www.eldar.biz

7

Elesa+Ganter Polska Sp. z o.o.

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

8, IV okł.

Elmark Automatyka Sp. z o.o.

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

6, 7, 27

Festo Sp. z o.o.

tel. 22 711 42 71 www.festo.pl

I okł., 54–56

Guenther Polska Sp. z o.o.

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

61

HARTING Polska Sp. z o.o.

tel. 71 352 81 71 www.harting.pl

7

MERA ZB Sp. z o.o.

tel. 22 863 71 48 www.mera-zb.pl

35

Omron Electronics Sp. z o.o.

tel. 22 458 66 66 www.omron.pl

43

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

tel. 61 8350 800 www.wobit.com.pl

53

Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

tel. 22 87 40 000 www.piap.pl

II okł., 28–29

Relpol SA

tel. 68 47 90 830 www.relpol.com.pl

62–63

RADWAG Wagi Elektroniczne

tel. 48 384 88 00 www.radwag.pl

III okł.

Rittal Sp. z o.o.

tel. 22 310 06 12 www.rittal.pl

36–37

Schunk Intec Sp. z o.o.

tel. 22 726 25 00 www.schunk.com

57

ZIAD Bielsko-Biała SA

tel. 33 813 82 00 www.ziad.bielsko.pl

97

REKLAMA

Wiedza w parze z Praktyką Wejdź na www.par.pl Pomiary Automatyka Robotyka nr 4/2013

101

REDAKCJA

PRENUMERATA miesięcznika „Pomiary Automatyka Robotyka” Rok 17 (2013) nr 4 (194) ISSN 1427-9126, Indeks 339512 Redakcja Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa tel. 22 874 00 66, 22 874 02 02, 22 874 01 91 fax 22 874 02 02 e-mail: redakcja@par.pl www.par.pl Rada programowa dr inż. Mariusz Andrzejczak, Bumar Sp. z o.o. prof. dr hab. inż. Jan Awrejcewicz, Katedra Automatyki i Biomechaniki, Politechnika Łódzka dr inż. Janusz Berdowski, Polskie Centrum Badań i Certyfikacji SA prof. dr hab. inż. Tadeusz Glinka, Instytut Elektrotechniki i Informatyki, Politechnika Śląska dr inż. Stanisław Kaczanowski, prof. PIAP, Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP dr Aleksandra Kolano-Burian, Instytut Metali Nieżelaznych prof. dr hab. inż. Andrzej Masłowski, Instytut Automatyki i Robotyki, Politechnika Warszawska prof. dr inż. Tadeusz Missala, Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP prof. dr hab. inż. Zdzisław Mrugalski, Instytut Mikromechaniki i Fotoniki, Politechnika Warszawska prof. dr inż. Eugeniusz Ratajczyk, Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, Politechnika Warszawska dr hab. inż. Waldemar Skomudek, prof. PO, Wydział Inżynierii Produkcji i Logistyki, Politechnika Opolska dr hab. inż. Roman Szewczyk, prof. PW, Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, Politechnika Warszawska dr hab. inż. Andrzej Szosland, prof. PŁ, Katedra Pojazdów i Podstaw Budowy Maszyn, Politechnika Łódzka prof. dr hab. inż. Eugeniusz Świtoński, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika Śląska prof. dr hab. inż. Krzysztof Tchoń, Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki, Politechnika Wrocławska doc. dr inż. Jan Tomasik, Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, Politechnika Warszawska Redaktor naczelny dr inż. Jan Jabłkowski

Prenumeratę można zamówić pod następującymi adresami: Redakcja PAR Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa tel. 22 874 03 51 fax 22 874 02 02 na stronie www.par.pl/prenumerata Koszt prenumeraty STANDARD (dla firm, instytucji i osób fizycznych): yy roczna – 99,00 zł, yy dwuletnia – 176,00 zł.

Koszt prenumeraty EDU (dla uczniów, studentów, nauczycieli i pracowników naukowych): yy roczna – 69,99 zł, yy dwuletnia – 120,00 zł.

Prenumeratę pod ww. adresami rozpocząć można od dowolnego numeru, na dowolny okres. Koszt przesyłki pokrywa dostawca.

Prenumeratę można także zamówić u następujących kolporterów: Zakładu Kolportażu Wydawnictwa SIGMA-NOT ul. Ku Wiśle, 00-707 Warszawa tel. 22 840 30 86 lub 22 840 35 89 kolportaż@sigma-not.pl www.sigma-not.pl RUCH SA Oddział Krajowej Dystrybucji Prasy ul. Annnopol 17a, 03-236 Warszawa

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

infolinia: 801 443 122

Sekretarz redakcji Urszula Chojnacka

www.prenumerata.ruch.com.pl

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

KOLPORTER Spółka z o.o. S.K.A.

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

tel./fax 22 817 20 12

Skład i redakcja techniczna Ewa Markowska, emarkowska@par.pl EDIT Sp. z o.o.

Wydawca Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa Miesięcznik PAR jest indeksowany w bazach BAZTECH oraz INDEX COPERNICUS (4,12). Punktacja MNiSW za publikacje naukowe w miesięczniku PAR wynosi 5 pkt (poz. 1027).

Wersją pierwotną (referencyjną) jest wersja papierowa.

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za treść publikacji o charakterze reklamowym oraz zastrzega sobie prawo skracania i adiustacji tekstów. © Wszelkie prawa zastrzeżone

102

prenumerata@ruch.com.pl

Centralny Dział Prenumeraty ul. Bakaliowa 3, 05-080 Izabelin-Mościska infolinia: 801 404 044 prenumerata.warszawa@kolporter.com.pl GARMOND PRESS SA ul. Nakielska 3, 01-106 Warszawa prenumerata.warszawa@garmondpress.pl www.garmondpress.pl Ceny prenumeraty przyjmowanej przez kolporterów wynoszą: yy roczna – 99,00 zł, yy I półrocze – 54,00 zł, II półrocze – 45,00 zł, yy I, II i IV kwartał – 27,00 zł, III kwartał – 18,00 zł.

Uwaga: Garmond Press SA przyjmuje prenumeratę tylko na okres roczny lub półroczny.

Wszystkie ceny są kwotami brutto.

103

104