Par 02 2016

Page 1

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

kwartalnik naukowo-techniczny

2/2016 ISSN 1427-9126 Indeks 339512

Cena 25,00 zł w tym 5% VAT

www.par.pl

W numerze:

3 5

Od Redakcji

11

! "#

17

$ %&' ( %

21

)

* %

25

+ # " , *

! " #" $% & ' ( "

"

! ) ) *

( + ! , ! ' * - +

' . / 0 / 0 1 2

Ponadto: Informacje dla Autorów – 59 | 63 | ! "# # $ % & % ! ' ( % ! % ) % 64 | ) *+) , - !

. 68 | Kalendarium – 69 | // 0 1 2 # )3 , 4567 70 | 8 3 ) 0 1 2 3 90 # 4567 8 75 | Systems, Control 1 - ! -4567 76 | # 4567; # 2 ) 78 | 0 )# < 2 4567 79

Rada Naukowa

Rok 20 (2016) Nr 2(220) ISSN 1427-9126, Indeks 339512

Redaktor naczelny

!= > -

4 " # ' EQ != " [ B \ ]$ * ^

@A ) )

!= * # B _ `

!= ) ?= 7 ! 0 G [ B ] * ^

@A ! " /

4 @A ) '

/

, BA . * ! C # , BA " B )

@A ! " / C D

! E C *F , BA # G# C ! , BA H J / C

' <

4

@ 5 [ B ' ]0 ^ != ' A # #

Q . != 9 -= A 4 0 [ b " ][ ^ != 5 = A / . @ $ J c F

# != >=

" # B ] #! ^ != > " b# [ ]$ * ^

Druk J K G # # 1 $,A A A 0 LMM ! A

!= - 4 " . @

# * .

Wydawca

? %= " [ B ] * ^

# # O

Q A )

TMT MT&UVL .

Kontakt 1 * # & !

# 1 A )

TMT MT&UVL . A TT VXU MY UL # Z, A, A, A,

!= " . # f

!= > 4 3 . J ` ' != -= 3 # B H $ ]1 * ^ != '

gb h 0 [ ][ ^ != ) 2 4 . J ` . @ $ !

J ` O. != >

'0 H [ ]" ^

Pomiary Automatyka Robotyka * , # & & # YllX A YV # F *

F A # # , #*` O, , , # & #

* # !

A

" # &

# 1 * O ' JG Hj ! $ 0+ p H 10 H[$ ] H L qV^ @ O # @ , , 1 0G A # * 0 $. ,# * # V , ], A YTUU^A ` *` F * * 0 # # F, , # # ,# O # # &

# 1 A . *` , ` ] B * `^ * * , , A [ F, @ , *F 1 + G b C *F # ` , c A

!= 2 ' H i [ ]. ' ^ != : ' . @

# * b ! , ' G' C # B ,, $ G ! ' j ]0 ^ != ) B ; . G ! _ ` !=

C $ B $ ]$ * ^ != A ! ; # B # 1 . != : 4 : 1 G [ # ] # ^ != ) 4 = ? g" h 0 [ ][ ^

# 1 1A TM 0 TDTMYL

3

Od Redakcji

5

dostaw ,, B f + H B # H $ B . # G

& ! + +

11

! "# ! "

#" $% & ' ( " " # v & @h

Q

17

$ %&' ( % ! )

) *

, F c c

21

)

* % ( ! ! + ! ' * ,

! J Q F , B #

25

+ # " , * ' - . / . / 0 1 B B # B B f # B $ 1 0#

29

* . " / "

" , " + %2% 0 4/ % / ) %, H H0H H G B #

35

+

. "

" #

4 . ( ' ,, B B +

B [ H

41

) +# * + #

0 !

B * w $ ! $ B bH H

49

! "

# 0 " 1 , / &1

$ # + $ # $ 5 ! ! 6 $1 ( 7

' 6

' 8 ., # * c * ! , , , `@ / *

55

9 : 4 . 0 B # B

! , , # # #

1

$ $ G1 _H

;<

5 ! 4 ,

63

Polecane czasopisma % '

. , "2 '9

64

$ } . 5 % 0 " 7 6 = 5 , > 2

68

`@

1 0 5 , ?

@< B

T

70

" B * } 1 * CC B ! 4 , 1 DEF@

75

" B * } 1 * 55 G B ! 4 " $B DEF@ G

76

" B * } 1 * ' H % 5 ! '%5 DEF@

78

" B * } 1 * DEF@H , 4 I 2 .

79

. } " # " 5 4 DEF@

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

+ 1 + "H)

/ * #

# 1 A G , * Q@ ! * ! # A # , # *` , F # Q # ] !# Q + ! F #^ # Q H0H # Q ,

Q c ! Q #*` A . @` # , ! 1 0 # *

# 1 A )

, BA +

0 A $ F , B , @ , , , pp B * # TMYLA 1 *F * B * * B * $H GTMYL ] ! * , # , , ^

c c A .

# . C ! # # #

Q . C ! ` , # * ! # #A Redaktor naczelny kwartalnika Pomiary Automatyka Robotyka @A ) )

3

4

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Pomiary Automatyka Robotyka, R. 20, Nr 2/2016, 5–10, DOI: 10.14313/PAR_220/5

/ ! / ! / !0 ! ! / ! ! 06 ! = ! ; < 8 < ) ! " 8 / $ / #: :%;#-#

Streszczenie: W pracy zaproponowano wykorzystanie regulatora niecaĹ‚kowitego rzÄ™du w systemie magazynowym z automatycznym sterowaniem wielkoĹ›ciÄ… dostaw. RozwaĹźania oparto na dyskretnym, niestacjonarnym, dynamicznym modelu systemu magazynowego ze zmiennym w czasie opóźnieniem. W ukĹ‚adzie sterowania zamĂłwieniami wykorzystano dyskretny regulator niecaĹ‚kowitego rzÄ™du PDÎź, strukturÄ™ feedback-feedforward oraz zmodyfikowany predyktor Smitha. Parametry ukĹ‚adu regulacji zostaĹ‚y wyznaczone w wyniku optymalizacji z wykorzystaniem algorytmu genetycznego. W celu oceny jakoĹ›ci regulacji zastosowane zostaĹ‚y wskaĹşniki jakoĹ›ci bazujÄ…ce na ocenie zajÄ™toĹ›ci powierzchni magazynowej oraz utraconych korzyĹ›ci. Przedstawione zostaĹ‚y wyniki badaĹ„ symulacyjnych dla regulatorĂłw caĹ‚kowitego oraz niecaĹ‚kowitego rzÄ™du, co umoĹźliwiĹ‚o dokonanie analizy porĂłwnawczej skutecznoĹ›ci dziaĹ‚ania obu regulatorĂłw. ' T / / ! ! / ! 06 / ! /

1. Wprowadzenie Globalizacja od wielu lat wymusza dynamiczny rozwój światowej gospodarki. Umoşliwia to zarówno zakup surowców i materiałów, jak i moşliwość sprzedaşy produktów na wcześniej niedostępnych rynkach. Wiąşe się to jednak ze zwiększoną konkurencją, która zmusza małe i duşe firmy do zmiany sposobu organizacji i zarządzania przedsiębiorstwem, a w rezultacie do planowania strategicznego [2, 3]. Jedną z powszechnie stosowanych strategii jest strategia niskich kosztów, której celem jest skrócenie czasu realizacji zamówienia, zmniejszenie kosztu magazynowania zapasów oraz poprawa jakości obsługi klienta [2]. Dzisiejsze przedsiębiorstwa rezygnują z systemów typu push, które opierają swoje działanie na prognozowanym popycie. Chętniej stosowanym systemem jest system typu pull zorientowany na popyt. Jedną ze strategii systemu pull jest strategia Just-in-Time (ang. dokładnie na czas) [2, 4]. W idealnej sytuacji tej strategii produkt dostarczany jest dokładnie w momencie zapotrzebowania, co umoşliwia całkowitą eliminację

-

40 T & '( ! ( ! ) $ -

+$%,$+%-. $ +,$%,$+%-. $ !! " #$%

zapasĂłw, ktĂłre mogÄ… stanowić nawet 20–30% caĹ‚kowitych kosztĂłw logistycznych [1]. Klasyczne metody sterowania zapasami takie jak ROP (ang. Re-Order Point) oraz ROC (ang. Re-Order Cycle) [5, 6] sÄ… do dziĹ› udostÄ™pniane w systemach informatycznych, jednak sÄ… one szeroko krytykowane ze wzglÄ™du na sĹ‚abÄ… efektywność, liniowość modeli oraz wyidealizowanÄ… formÄ™. W realnych systemach magazynowych przepĹ‚yw dĂłbr jest skomplikowany, opóźnienia Ĺ‚aĹ„cucha dostaw sÄ… zmienne, a zapotrzebowanie zmienia siÄ™ w dynamiczny sposĂłb [5–7]. Przedstawione niedogodnoĹ›ci przyczyniajÄ… siÄ™ do ciÄ…gĹ‚ego powstawania nowych modeli ksztaĹ‚towania zapasĂłw [8, 9]. OprĂłcz systemĂłw informatycznych wspomagajÄ…cych obszar logistyki takĹźe automatycy niejednokrotnie rozwaĹźali problem sterowania zamĂłwieniami. Do jego rozwiÄ…zania wykorzystywane byĹ‚y metody sterowania ukĹ‚adami dynamicznymi [7–9, 22, 23] oraz optymalizacja [25, 26]. W ostatnich latach duşą popularnoĹ›ciÄ… cieszy siÄ™ teoria rachunku róşniczkowego uĹ‚amkowego rzÄ™du [10–13]. Znajduje on zastosowania w wielu dziedzinach. W automatyce rozwija siÄ™ nowa gaĹ‚Ä…Ĺş teorii sterowania zajmujÄ…ca siÄ™ regulatorami niecaĹ‚kowitego rzÄ™du [11, 13–15]. Regulatory PIlDÎź sÄ… rozszerzeniem klasycznego regulatora PID. MajÄ… one dwa dodatkowe stopnie swobody: caĹ‚kowania l i róşniczkowania Îź, gdzie l i m sÄ… dowolnymi nieujemnymi liczbami rzeczywistymi. Stosowanie owego niekonwencjonalnego sposobu sterowania pozwala poprawić wskaĹşniki jakoĹ›ci regulacji, co zostaĹ‚o zaprezentowane w pracach [16, 17]. Jednak wprowadzenie dodatkowych stopni swobody powoduje, Ĺźe klasyczne metody doboru nastaw regulatora PID nie

5

J !# # ! F # + # ! Q

! # AAA

k2

d k

k k

k1

k

k

2 k

k

k

k k

Rys. 1. Schemat poglądowy struktury analizowanego systemu magazynowego z układem sterowania Fig. 1. Schematic diagram of the inventory control system

Rys. 2. Schemat blokowy układu sterowania dla systemu magazynowego Fig. 2. Block diagram of the controller for the inventory system

są skuteczne (np. metoda Zieglera-Nicholsa). Powyşszy problem omawiany był między innymi w pracach [18, 19], natomiast problemowi stabilności regulatorów niecałkowitego rzędu poświęcone były prace [13, 20, 21]. W monografii [10] zostało przedstawione rozszerzenie układu niecałkowitego rzędu na układ dyskretny.

Stan magazynu przy speĹ‚nionych warunkach x(k) t 0, u(k) t 0 moĹźna zatem okreĹ›lić w nastÄ™pujÄ…cy sposĂłb: y(k) = y(k – 1) + (1 – q(k – ts))¡x(k – ts)– h(k)

(5)

gdzie ts oznacza opóźnienia spedycyjne.

U= "

V= ,

Wykorzystany w niniejszej pracy model matematyczny opiera się na modelu przedstawionym w pracy [23]. Poglądową strukturę analizowanego systemu magazynowego przedstawiono na rysunku 1. Uwzględniono tu wprowadzenie takiej zmiennej wejściowej do magazynu jak zapotrzebowanie d(k), generowane przez klienta, które jest dyskretną funkcją czasu i spełnia następującą zaleşność: 0 d h(k) d d(k) d dmax

Omawiany ukĹ‚ad regulacji charakteryzuje siÄ™ duĹźymi, zmiennymi czasami opóźnieĹ„, ktĂłre mogÄ… destabilizować ukĹ‚ad i wpĹ‚ywać negatywnie na jakość sterowania. Zaimplementowanym w pracy sposobem unikniÄ™cia takiej sytuacji jest wykorzystanie regulatora uĹ‚amkowego w sprzęşeniu wyprzedzajÄ…cym oraz zastosowanie regulatora w sprzęşeniu zwrotnym z wykorzystaniem zmodyfikowanego predyktora Smitha. Stosowany predyktor przybiera postać uproszczonego modelu systemu sterowania bez opóźnienia, ktĂłrego zadaniem jest wyznaczenie şądanej wielkoĹ›ci zamĂłwienia magazynowego w nastÄ™pujÄ…cej postaci:

(1)

Zmienna h(k) stanowi o ilości sprzedanych produktów w chwili k. Idealna sytuacja zakłada, şe w kaşdym momencie czasu d(k) = h(k) przy minimalnym, y(k) pozwalającym na spełnienie równania (1), gdzie y(k) to aktualny stan zapasów magazynowych. Ilość produktów w magazynie musi spełniać zaleşność: 0 d y(k) d ymax

y~ (k ) = y~ (k − 1) + u (k − 1) − h (k )

(6)

Na rys. 2 przedstawiono schemat blokowy zastosowanego ukĹ‚adu sterowania, gdzie M1 oznacza model systemu regulacji, a M2 model uproszczony bez opóźnienia. Zmienne od k1 do k5 sÄ… parametrami ukĹ‚adu regulacji, gdzie k5 = m jest dodatkowym stopniem swobody akcji róşniczkujÄ…cej. Stosowanym w ukĹ‚adzie sterowania regulatorem w sprzęşeniu w przĂłd jest regulator proporcjonalno-róşniczkujÄ…cy niecaĹ‚kowitego rzÄ™du PDÎź. Pracuje on w otwartej pÄ™tli sterowania, natomiast w ujemnej pÄ™tli sprzęşenia zwrotnego znajduje siÄ™ regulator proporcjonalny o wzmocnieniu k4. RolÄ… elementu k1 jest predykcja referencyjnego poziomu zapasĂłw w magazynie na podstawie znanego zapotrzebowania d(k). Jego transmitancjÄ™ operatorowÄ… w przypadku ciÄ…gĹ‚ym przedstawia nastÄ™pujÄ…ca funkcja przejĹ›cia:

(2)

JeĹźeli h(k) < d(k) oznacza to, Ĺźe ilość zapasu byĹ‚a niewystarczajÄ…ca, co oznacza utracone korzyĹ›ci zwiÄ…zane z niezaspokojeniem aktualnych potrzeb rynku. W przyjÄ™tym modelu uwzglÄ™dnia siÄ™ zmienne w czasie opóźnienie spowodowane opóźnieniami produkcyjnymi oraz transportowymi. W tym celu wprowadzony zostaĹ‚ współczynnik wysyĹ‚ki w chwili czasu k, okreĹ›lony nastÄ™pujÄ…co:

(3) G(s) = kp + kd s m

gdzie m > 0, kp oznacza wzmocnienie części proporcjonalnej, natomiast kd – wzmocnienie części róşniczkujÄ…cej. W przypadku kiedy m = 1 powyĹźszy regulator staje siÄ™ zwyczajnym regulatorem PD. DokĹ‚adne fizyczne odwzorowanie powyĹźszego regulatora jest niemoĹźliwe, poniewaĹź ukazana transmitancja jest funkcjÄ… niewymiernÄ…. W niniejszej pracy rozwaĹźany jest ukĹ‚ad dyskretny, stÄ…d do praktycznej realizacji dyskretnego regulatora PDÎź wyko-

Ilość produktĂłw oczekujÄ…cych na wysyĹ‚kÄ™ do magazynu w chwili k okreĹ›lona jest rĂłwnaniem stanu: x(k) = q(k – 1)¡x(k – 1) + u(k – tp)

(4)

PowyĹźsze rĂłwnanie ukazuje, Ĺźe x(k) zaleĹźne jest od u(k), czyli od iloĹ›ci zamĂłwionych w chwili k produktĂłw. ZamĂłwienie towaru wiÄ…Ĺźe siÄ™ z opóźnieniem produkcyjnym tp.

6

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

(7)

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Rys. 3. Zapotrzebowanie rynku na produkty Fig. 3. Market demand for products

Rys.4. Zmienne w czasie opóźnienie zwiÄ…zane z oczekiwaniem na transport Fig. 4. Time-varying delay related to waiting time for transport

rzystana jest dyskretna aproksymacja transmitancji (7) metodÄ… Eulera. Do realizacji operatora róşniczkowania niecaĹ‚kowitego rzÄ™du s m wyznacza siÄ™ nowy operator:

wać koszty utrzymywania zapasów i jednocześnie nie dopuścić do przestojów, tj. sytuacji kiedy d(k) t 5 h(k). Kryterium doboru parametrów układu sterowania ma na celu minimalizację dwóch wskaźników jakości w następujących postaciach:

[ω (z )]

−1 Îź

⎥ 1 − z −1 ⎤ =⎢ ⎼ ⎣ T ⎌

Îź

(8) j1 =

N

∑ [d (k ) − h (k )]

(13)

k = n0

gdzie T oznacza okres impulsowania. Na podstawie zaleşności (8) moşna wyznaczyć dyskretną transmitancję w następującej postaci [24]:

[ ( )]

( )

G z −1 = k p + kd ω z −1

Îź

⎛ 1 − z −1 ⎞ âŽ&#x; = k p + kd ⎜⎜ âŽ&#x; âŽ? T âŽ

Îź

r ⎛ ⎞ ⎜1 + ∑ p j z − j âŽ&#x; ⎜ âŽ&#x; j =1 âŽ? âŽ

N

∑ y (k )

(14)

k = n0

Îź

(9)

Do wyznaczenia wymiernej transmitancji operatorowej zastosowano aproksymację Eulera oraz rozwinięcie w szereg wykładniczy:

⎛ 1 − z −1 ⎞ 1 ⎜ âŽ&#x; ⎜ T âŽ&#x; ≈ TÎź âŽ? âŽ

j2 =

(10)

gdzie n0 jest sumÄ… opóźnieĹ„ wystÄ™pujÄ…cych w ukĹ‚adzie sterowania dla k = 0: n0 = tp + to(tp) + ts, natomiast N jest dĹ‚ugoĹ›ciÄ… horyzontu czasowego. WskaĹşnik j1 stanowi wartość utraconych korzyĹ›ci, tj. róşnicÄ™ miÄ™dzy zapotrzebowaniem klientĂłw a iloĹ›ciÄ… sprzedanych produktĂłw. Wielkość ta jest zawsze nieujemna, co wynika z (1). Reprezentuje ona straty wynikajÄ…ce z przestojĂłw. WskaĹşnik j2 reprezentuje zajÄ™tość powierzchni magazynu, z definicji nieujemnÄ…, ktĂłra generuje koszty logistyczne, zwiÄ…zane z utrzymaniem zapasĂłw. PrzyjÄ™ta w pracy funkcja celu jest sumÄ… waĹźonÄ… wskaĹşnikĂłw jakoĹ›ci j1 oraz j2:

gdzie: r – rzÄ…d aproksymacji oraz: j Îź + 1⎞ ⎛ p j = âˆ? ⎜1 − âŽ&#x; i ⎠i =1 âŽ?

j = w1 j1 + w2 j2

Stąd przyjęta w pracy postać regulatora rzędu ułamkowego:

( )

G z −1 ≈ k 2 +

k3 TÎź

r ⎛ ⎞ ⎜1 + ∑ p j z − j âŽ&#x; ⎜ âŽ&#x; j =1 âŽ? âŽ

(15)

(11)

(12)

W niniejszej pracy dodatkowy stopieĹ„ swobody regulatora proporcjonalno-róşniczkujÄ…cego niecaĹ‚kowitego rzÄ™du Îź reprezentowany jest przez zmiennÄ… k5. DokĹ‚adne odzwierciedlenie transmitancji (12) nie jest moĹźliwe z uwagi na nieskoĹ„czonÄ… dĹ‚ugość szeregu potÄ™gowego. Na bazie przeprowadzonych badaĹ„ symulacyjnych przyjÄ™to, Ĺźe dla rozpatrywanego ukĹ‚adu regulacji w sprzęşeniu w przĂłd zadowalajÄ…cÄ… dokĹ‚adność zapewnia rzÄ…d aproksymacji r t 5. Na potrzeby optymalizacji ukĹ‚adu sterowania celem ograniczenia zĹ‚oĹźonoĹ›ci obliczeniowej przyjÄ™to r = 5.

X= A

Zadaniem układu sterowania jest utrzymywanie zapasów magazynowych na optymalnym poziomie, tzn. tak, aby minimalizo-

gdzie w1, w2 są współczynnikami wagowymi. Parametry układu regulacji od k1 do k5 są wyznaczane w wyniku rozwiązania następującego zadania minimalizacji: min

k1 , k2 , k3 , k4 , k5

j

(16)

przy spełnionych następujących warunkach: k1 t 0, k2 t 0, k3 t 0, k4 t 0, k5 t 0.

Y= ( 4

Przedmiotem przeprowadzanych badaĹ„ symulacyjnych oraz wykonywanych obliczeĹ„ jest przepĹ‚yw towarĂłw w magazynie oraz porĂłwnanie dziaĹ‚ania regulatorĂłw proporcjonalno-róşniczkujÄ…cego caĹ‚kowitego oraz niecaĹ‚kowitego rzÄ™du. Do symulacji zastosowano dyskretny, hybrydowy, niestacjonarny, liniowy model ukĹ‚adu magazynowego zaimplementowany w Ĺ›rodowisku MATLAB/Simulink. Ograniczenia sygnaĹ‚Ăłw modelu zawarte sÄ… w (1)–(2). Struktura ukĹ‚adu sterowania zostaĹ‚a przedstawiona na rys. 2. Wielość zapasĂłw w magazynie i realizowanych zamĂłwieĹ„ zaleĹźy od zmiennego zapotrzebowania rynku d(k), zaleĹźno-

7

J !# # ! F # + # ! Q

! # AAA

Rys. 5. PorĂłwnanie wskaĹşnikĂłw jakoĹ›ci j1 dla regulatorĂłw caĹ‚kowitego i niecaĹ‚kowitego rzÄ™du dla róşnych wartoĹ›ci ω1 Fig. 5. Comparison of cost function j1 for fractional and integer order controller for different values ω1

Rys. 6. PorĂłwnanie wskaĹşnikĂłw jakoĹ›ci j2 dla regulatorĂłw caĹ‚kowitego i niecaĹ‚kowitego rzÄ™du dla róşnych wartoĹ›ci ω1 Fig. 6. Comparison of cost function j2 for fractional and integer order controller for different values ω1

Ĺ›ci (6) oraz wskaĹşnika jakoĹ›ci (13)–(16). Stosowane podczas pierwszej części analizy niezaszumione zapotrzebowanie rynku przedstawione zostaĹ‚o na rys. 3. PrzyjÄ™te zostaĹ‚y nastÄ™pujÄ…ce wartoĹ›ci parametrĂłw ukĹ‚adu tp = 7, ts = 1, w2 = 1, n0 = 7, N = 300, r = 5, współczynnik wagowy w1 jest zmienny w zaleĹźnoĹ›ci od wykonywanej symulacji. Okres prĂłbkowania wynosi 1 dzieĹ„. Opóźnienie t0(k) ukĹ‚adu jest periodycznie zmienne w czasie w sposĂłb pokazany na rys. 4. ZamĂłwienia sÄ… komasowane, a wysyĹ‚ki sÄ… realizowane cyklicznie co 7 dni, co ozna-

cza, şe wielkość zapasów magazynowych musi pokryć kolejne siedmiodniowe zapotrzebowanie rynku. Do rozwiązania zadania optymalizacji (16) wykorzystano algorytm genetyczny, który dla trzech wybranych wartości współczynnika w1 wyznaczył optymalne wartości parametrów k1, k2, k3, k4, k5 oraz odpowiadające im wartości wskaźników jakości j1, j2, j, które zostały przedstawione w tabelach 1 i 2. Celem porównania wyników z klasycznym regulatorem PD, zadanie optymalizacji (16) zostało uzupełnione o dodatkowe ograniczenie równościowe:

Tabela 1. Wartości parametrów układu regulacji dla wybranych wag Table 1. Controller parameters for selected weighting factors

w1

k1

k2

k3

k4

k5

PDÎź

500

4,83

0,427

1,46

18,0

1,30

PD

500

7,26

0,416

0,466

7,73

1

PDÎź

1000

8,69

1,31

1,20

20,0

1,15

PD

1000

13,6

0,743

0,0400

6,38

1

PDÎź

2000

7,99

0,956

0,610

14,2

0,963

PD

2000

11,4

0,700

0,187

7,18

1

k5 = 1

Na podstawie analizy danych zawartych w tabelach 1 oraz 2 moĹźna wywnioskować, Ĺźe dla przyjÄ™tego zapotrzebowania rynku oba regulatory wykazujÄ… siÄ™ podobnÄ… skutecznoĹ›ciÄ… dziaĹ‚ania. W drugiej części analizy poddano symulacji ukĹ‚ad, w ktĂłrym zaĹ‚oĹźono, Ĺźe zapotrzebowanie rynku nie jest znane dokĹ‚adnie. W celu symulacji owej sytuacji do zapotrzebowania rynku wprowadzono addytywny szum o rozkĹ‚adzie normalnym N(0, s2), gdzie s2 jest wariancjÄ… szumu, pokazanÄ… na rys. 3. NastÄ™pnie zbadano wpĹ‚yw wariancji wprowadzonego szumu na wartość zdefiniowanych wczeĹ›niej wartoĹ›ci wskaĹşnikĂłw (13)– (15). Na potrzeby symulacji posĹ‚uĹźono siÄ™ wartoĹ›ciami zmiennych k1 – k5 obliczonymi w pierwszej części analizy. Na rys. 5 widać, Ĺźe dla kryterium (13) oraz w1 = 1000 staĹ‚a przewaga regulatora PDÎź nad regulatorem PD zachodzi dla s2 > 22,5, w przypadku w1 = 2000 taka sytuacja ma miejsce dla s2 > 25,5. Natomiast, gdy w1 = 500, wartość (13) jest mniejsza dla regulatora PDÎź dla s2 > 5. Wartość kryterium (14) jest mniejsza dla regulatora niecaĹ‚kowitego rzÄ™du dla wszystkich badanych wag, przy czym wielkość tej róşnicy roĹ›nie prawie liniowo ze wzrostem wariancji szumu, co widoczne jest na rys. 6. Na rysunku 7 moĹźna zaobserwować, Ĺźe dla mniejszych wartoĹ›ci wagi ω1 wskaĹşnik (16) osiÄ…ga mniejsze wartoĹ›ci w szerszym zakresie wariancji szumu, tj.: dla w1 = 500 gdy s2 > 5,5, dla ω1 = 1000 gdy s2 > 24, dla w1 = 2000 gdy s 2 > 25,5. Dla w1 = 500 i s 2 = 200, w przypadku zastosowania regulatora niecaĹ‚kowitego rzÄ™du, jedynym wystÄ™pujÄ…cym przestojem byĹ‚ przestĂłj trwajÄ…cy do czasu pierwszej dostawy, natomiast regulator proporcjonalno-róşniczkujÄ…cy spowodowaĹ‚ dodatkowy caĹ‚odniowy brak przepĹ‚ywu towaru (rys. 8). Wartość sygnaĹ‚u sterujÄ…cego, czyli wielkość dokonywanych zamĂłwieĹ„, zostaĹ‚a przedstawiona na rys. 9.

Tabela 2. Wartości wskaźników jakości dla wybranych wag Table 2. Values of quality indicators for elected weighting factors

8

w1

j1¡10–7

j2¡10–7

j¡10–7

PDÎź

500

1,21¡10–9

0,0239

0,0239

PD

500

0

0,0240

0,0240

PDÎź

1000

0

0,0239

0,0239

PD

1000

4,17¡10–11

0,0239

0,0239

PDÎź

2000

0

0,0242

0,0242

PD

2000

0

0,0240

0,0240

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

(17)

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Rys. 7. PorĂłwnanie wskaĹşnikĂłw jakoĹ›ci j dla regulatorĂłw caĹ‚kowitego i niecaĹ‚kowitego rzÄ™du dla róşnych wartoĹ›ci ω1 Fig. 7. Comparison of cost function j for fractional and integer order controller for different values ω1

Rys. 9. Wykres porĂłwnawczy automatycznie dokonywanych zamĂłwieĹ„ w funkcji czasu dla regulatorĂłw caĹ‚kowitego i niecaĹ‚kowitego rzÄ™du dla ω1 = 500 i Ďƒ2 = 200 Fig. 9. Comparison of automatically made orders in the time function for fractional and integer order controller for ω1 = 500 and Ďƒ2 = 200

2. 3.

4.

5. Rys. 8. Wykres porĂłwnawczy stanĂłw zapasĂłw magazynowych w funkcji czasu dla regulatorĂłw caĹ‚kowitego i niecaĹ‚kowitego rzÄ™du dla ω1 = 500 i Ďƒ2 = 200 Fig. 8. Comparison of the level of stocks in the time function for fractional and integer order controller for ω1 = 500 and Ďƒ2 = 200

Z=

Przedstawiony w niniejszej pracy system magazynowy z automatycznym ukĹ‚adem generowania zamĂłwieĹ„ dostosowuje wielkość zamĂłwienia do zapotrzebowania rynku d(k), w tym w przypadku wystÄ™powania zakĹ‚ĂłceĹ„. DuĹźa wartość wagi ω1 w kryterium jakoĹ›ci wskazuje na to, Ĺźe priorytetem jest minimalizacja przestojĂłw. JednoczeĹ›nie minimalizowany wskaĹşnik j odzwierciedla potrzebÄ™ poszukiwania kompromisu miÄ™dzy kosztami magazynowania zapasu a przestojami, ktĂłre stanowiÄ… o poziomie obsĹ‚ugi klienta. Brak towaru w magazynie moĹźe prowadzić nie tylko do chwilowej utraty korzyĹ›ci, ale moĹźe skutkować staĹ‚Ä… utratÄ… nabywcĂłw. Zastosowany w pracy wraz ze strukturÄ… feedback-feedforward oraz zmodyfikowanym predyktorem Smitha dyskretny regulator niecaĹ‚kowitego rzÄ™du PDÎź korzystnie wpĹ‚ynÄ…Ĺ‚ na minimalizowany wskaĹşnik jakoĹ›ci w porĂłwnaniu do caĹ‚kowitego regulatora PD. Dla niezaszumionego zapotrzebowania rynku róşnica miÄ™dzy skutecznoĹ›ciÄ… pracy regulatorĂłw byĹ‚a umiarkowana, jednak dla zaszumionego d(k) róşnica ta wzrosĹ‚a, co potwierdzajÄ… przedstawione wyniki badaĹ„ symulacyjnych.

6.

7. 8.

9.

10.

11.

12.

13.

14. 15.

( 1 ! 16. 1. Dermout D., Weiss W., Logistyczne sterowanie zapasamikomputerowe wspomaganie decyzji, Elastyczne łańcuchy

dostaw – koncepcje, doĹ›wiadczenia, wyzwania, materiaĹ‚y konferencyjne Logistics 2002, Instytut Logistyki i Magazynowania, PoznaĹ„ 2002. Coyle J., Bardi E.J., Langley Jr. C.J., ZarzÄ…dzanie logistyczne, Polskie Wydawnictwo Ekonomiczne, Warszawa 2010. Muzyczka R., WpĹ‚yw globalizacji na zarzÄ…dzanie Ĺ‚aĹ„cuchem dostaw w przemyĹ›le motoryzacyjnym, „International Journal of Management and Economicsâ€?, Vol. 31, 2011, 261-275. Bonney M.C., Trends in inventory management, “International Journal of Production Economicsâ€?, Vol. 35, 1/1992, 107–114. Cyplik P., PrzeglÄ…d metod sterowania zapasami, Logistyka, 23–27,1/2003. Jakowska-Suwalska K., Sojda A., Wolny M., Wielokryterialne sterowanie zapasami jako element wspomagania planowania potrzeb materiaĹ‚owych, ZarzÄ…dzanie i Edukacja, Vol. 96, 271–280, 2011. Ignaciuk P., Bartoszewicz A., Modelowanie procesĂłw logistycznych w przestrzeni stanu, Logistyka, 2/2010. Ignaciuk P., Bartoszewicz A., LQ Optimal Sliding Mode Supply Policy for Periodic Review Inventory System, IEEE Transactions On Automatic Control, Vol. 55, 1/ 2010. Ignaciuk P., Bartoszewicz A., Dead-beat and reaching-law-based sliding-mode control of perishable inventory systems, Bulletin Of The Polish Academy Of Sciences Technical Science, Vol. 59, 1/ 2011. Kaczorek T., Wybrane zagadnienia teorii ukĹ‚adĂłw niecaĹ‚kowitego rzÄ™du, Oficyna Wydawnicza Politechniki BiaĹ‚ostockiej, BiaĹ‚ystok 2009. Podlubny I., Fractional differential equations: an introduction to fractional derivatives, fractional differential equations, to methods of their solution and some of their applications, Academic Press, Vol. 198 San Diego, 1998. Ostalczyk P., Zarys rachunku róşniczkowo-caĹ‚kowego uĹ‚amkowych rzÄ™dĂłw. Teoria i zastosowanie w automatyce. Wydawnictwo Politechniki Ĺ Ăłdzkiej, Ĺ ĂłdĹş 2008. BusĹ‚owicz M., Wybrane zagadnienia z zakresu liniowych ciÄ…gĹ‚ych ukĹ‚adĂłw niecaĹ‚kowitego rzÄ™du, „Pomiary Automatyka Robotykaâ€?, Nr 2/2010, 93–114. Das S., Functional Fractional Calculus for System Identification and Controls, Springer-Verlag, Berlin 2008. Kaczorek T., Selected Problems of Fractional Systems Theory, Springer Science & Business Media, Vol. 411, Berlin 2011. Porada R., GulczyĹ„ski A., Sterowanie energoelektronicznym ĹşrĂłdĹ‚em napiÄ™cia z zastosowaniem regulatorĂłw uĹ‚amkowych, Electrical Engineering, Vol. 78, PoznaĹ„ 2014, 201–207.

9

J !# # ! F # + # ! Q

! # AAA

22. Rudnik K., Franczok K., Usprawnienie przepĹ‚ywu materiaĹ‚Ăłw w magazynie na przykĹ‚adzie sterowania rozmytego. Logistyka, 4/2014. 23. ChoĹ‚odowicz E., OrĹ‚owski P., Dynamiczny dyskretny model systemu magazynowego ze zmiennym w czasie opóźnieniem, Logistyka, 31–35, 4/2015. 24. Petras I., Fractional-order feedback control of a DC motor, Journal of Electrical Engineering, Vol. 60, 3/2009, 117–128. 25. ChoĹ‚odowicz E., OrĹ‚owski P., Sterowanie przepĹ‚ywem towarĂłw w magazynie z wykorzystaniem predyktora Smitha, Pomiary Automatyka Robotyka, Nr 3/2015, 55–60, DOI: 10.14313/PAR_217/55. 26. ChoĹ‚odowicz E., OrĹ‚owski P., A periodic inventory control system with adaptive reference stock level for long supply delay, “Pomiary Automatyka Kontrolaâ€?, 12/2015, 568–572.

17. Puchalski B., Duzinkiewicz K., Rutkowski T., Analiza sterowania uĹ‚amkowego PI lD l mocÄ… reaktora jÄ…drowego, „Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Ĺšrodowiskaâ€?, 63–68, 4/2012. 18. Hamamci S.E., An algorithm for stabilization of fractional-order time delay systems using fractional-order PID controllers, IEEE Trans. on Automatic Control, vol. 52, 1964–1969, 2007. 19. BusĹ‚owicz M., Nartowicz T., Projektowanie regulatora klasy obiektĂłw z opóźnieniem. „Pomiary Automatyka Robotykaâ€?, 2/2009, 398–405. 20. Nartowicz T., Synteza regulatora uĹ‚amkowego rzÄ™du zapewniajÄ…cego zadany zapas stabilnoĹ›ci ukĹ‚adu zamkniÄ™tego z obiektem inercyjnym pierwszego rzÄ™du z caĹ‚kowaniem i opóźnieniem, „Pomiary Automatyka Robotykaâ€?, 2/2010, 443–452. 21. Ruszewski A., Stabilizacja ukĹ‚adĂłw inercyjnych uĹ‚amkowego rzÄ™du z opóźnieniem za pomocÄ… uĹ‚amkowego regulatora PID., „Pomiary Automatyka Robotykaâ€?, 2/2009, 406–414.

' < B C < ' ! C ! < @ 8 ! ;D / Abstract: In the paper a fractional controller is employed in the automatic control warehouse system. A discrete, non-stationary and dynamic model with variable time delay of the inventory system is assumed. The control system uses a discrete fractional order feedback-feedforward PDΟ controller with Smith predictor. The parameters of the control system are determined using numerical optimization – genetic algorithm. In order to assess the control quality a two quality indicators are employed. First one bases on an assessment of occupancy of warehouse space and second one the lost benefits. The simulation results are shown for two controllers: fractional controller and for comparison for classical integer order PD controller. KeywordsT < ! ! ( ; ! ! / / !

Ewa Abrahamowicz

! + < 8 < ) ; 1 ?@-

( ! ) $

! $ ) $ $

' ! ? ( @ & ! ; ! / " 8 / / $ ; ! ? "8 ; 0 $ ' ( ! A ; / $

< = ; ! 0 ! / " 8 / / ; $ > 0 ( 0 /0 $

10

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Pomiary Automatyka Robotyka, R. 20, Nr 2/2016, 11–16, DOI: 10.14313/PAR_220/11

8 ! < F / GF ; H ! I F F Alexander Molnar, Vitaly Gerasimov F " B < & ! F / ! & / / +. "J / $ KK%%% F "

Igor Piotr Kurytnik L / C ! K = ( / $ #+;.%% C !

Abstract: In this paper the design of an experimental sample of a portable electronic device for assessment of the basic parameters of the „Man-Clothes� System based on modern wireless microcontroller technology has been discussed and suggested. The mobile measuring system based on TI MSP430 microcontrollers to track the parameters of “smart clothes� has been presented. A T !

1. Introduction

2. Results and Discussion

Digital technique and technology intensively enters all the spheres of human activity, and it is difficult to do without modern technologies even in ordinary (home) life. Ten years ago it was hard to imagine the effect of using the ordinary mobile phone. Today, this device can already be attributed to the multifunctional mini computing system. Therefore, it is rightly called a „smartphone�. Regarding the latter, this idea has already been successfully used in the field of a “smart house�. This allows to improve the quality and comfort of human living space much more, and moreover, to save the consumption of energy here, which will lead to preservation of the ecological situation. A further aspect of human activity are clothes. Here, the new digital technologies are introduced not so actively. This is due to several reasons. And one of the component parts of such a situation is the relatively weak presence of efficient, and at the same time energy low-consumption microcontrollers on the market. Recently, however, a new generation of microcontrollers has been presented by some leading companies that could easily pretend to be used as the base ones for devices in the field of “smart clothes�. The authors have reviewed the microcontrollers of Texas Instruments Company, which, due to their circuitry and parameters, are suitable in this field of application.

The typical measurement system (Fig. 1) designed for storing, processing, control and visualization of “smart clothes� parameters consists of the following components: − Primary sensors of physical quantities (temperature, humidity, pressure, strain, etc.); − Analog devices for amplification, filtering and scaling of signals from the sensors; − Analog-to-digital and digital-to-analog converters; − Controlling microprocessors or microcontrollers (MC); − Interface for connection to the control computer (USB, Bluetooth, Wi-Fi); − Power supply system for analog and digital circuits [1]; − Devices of information and visualization.

-

40 T E/ = / $ ) ; !$ $ -

:$%#$+%-. $ -%$%,$+%-. $ !! " #$%

Fig. 1. Typical measurement system Rys. 1. Typowy system pomiarowy

For wearable electronics systems the increased requirements as to energy efficiency, ability to work from a single-polarity supply, a wide operating temperature range (especially for the rescue services and military uniforms) as well as a high ratio of the operational speed/power consumption are imposed on all the listed elements. These requirements were met a relatively long time ago for sensors and analog input devices, however, the digital components have only recently reached the required level of development.

11

The Development of Monitoring Devices in the „Man-Clothes” System Based on Modern Microcontrollers

The microcontrollers of Texas Instruments MSP430 series [2] should be considered one of the most energy-efficient solutions in the field of embedded microcontrollers. They are specially designed for applications with the ultra low-power consumptiom. They have a flexible clocking system, some lowpower modes, the ability to switch instantly to the active mode and have the intelligent autonomous peripherals, allowing achieving the ultra-low consumption and increasing the battery life greatly. The capacity of the lithium battery is sufficient to power the unit for 5 years. Fig. 3. MSPWare – Advanced development system combines the choice of both hardware and software platform for the future development [3] Rys. 3. MSPWare – Zaawansowany system łączący dobór platformy sprzętowej i programowej dla przyszłego zastosowania [3]

simple commands and a large register file. MSP430 microcontroller has 27 basic and 24 additional instructions that greatly simplifies the process of generating the programs. There are no special commands of addressing to the battery mode, memory or peripherals. This greatly improves the efficiency of the processor performance. In addition, the MSP430 series Texas Instruments microcontrollers includes the products labeled “FR” in the title that indicates the use of ferroelectric random access memory (FRAM) instead of the normal flash memory. This type of memory device has several advantages: − Non-volatile (like a flash memory), when power is being switched off the data are stored; − High performance at RAM level. This allows to perform a “cold start” or an instant restart of the system with the “preset” parameters; − The number of read-write cycles is almost infinite (in fact, of the order of 1015 write cycles). A prior erasure of the recorded data is not needed; − Energy efficiency is 3 times better than in case of the flash technology. Table 1 shows the comparative characteristics of FRAM, compared with the other types of memory. And all the “intelligent” peripherals directly (without CPU involvement) write to the FRAM memory. What does this mean in practice? For example, the ADC results are written directly to the FRAM memory which allows to save the data,

Fig. 2. Internal structure of Texas Instruments’ microcontrollers Rys. 2. Struktura wewnętrzna mikrkontrolerów firmy Texas Instruments

Key features of this controller family are (Fig. 2): − The architecture of the ultra-low power (ULP) and the flexible clock system extend the operating time: data storage in RAM at a current consumption of 0.1 μA; consumption in RTC mode is less than 1 μA; less than 230 μA/MIPS (flash) and less than 110 μA/MIPS (RAM); − Intelligent peripherals, consisting of a wide range of high-performance analog and digital modules that do not use CPU resources: 10- to 14-bit ADC (with conversion frequency up to 1 MHz), low speed 24-bit delta-sigma ADC, comparator, 12-bit DAC, DMA, multiplier, operational amplifier, timer, watchdog timer, RTC, RF adapters, AES encryption (up to 256 bits), USB, SPI, I2C, LIN/IrDA, LCD controller, etc; − Easy to use 16-bit processor with RISC architecture and the maximum code density in the industry. The most important features of RISC (Reduced Instruction Set Computer) are: register-register architecture, simple addressing modes,

Table 1. The comparative characteristics of FRAM Tabela 1. Charakterystyka porównawcza pamięci o swobodnym dostępie All-in-one: FRAM MCU delivers max benefits Specifications

FRAM

SRAM

EEPROM

Flash

Yes

No

Yes

Yes

10 ms

< 10 ms

2 sec

1 sec

Average active Power [μA/MHz] 16-bit word access by the CPU

100

< 60

50 000+

230

Write endurance

1015

Unlimited

100 000

100 000

Below Measurable Limits

Yes

Yes

Yes

Bit-wise programmable

Yes

Yes

No

No

Unified Memory Flexible code and data partitioning

Yes

No

No

No

Non-volatile Retains data w/o power Write speed (13 KB)

Soft Errors

12

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Alexander Molnar, Vitaly Gerasimov, Igor Piotr Kurytnik

and at system crash followed by rebooting (the watchdog timer is responsible for this), not to carry out the repetitive measurements. A wide range of both hardware and software development tools is available for system developers. To download and debug programs in MSP430 microcontroller only one flash emulator (FET), based on the MSP430 flash IC is required. USB and parallel ports are available to the user that allows conducting debugging at full speed, and modifying the contents of registers in real time. The embedded emulator (EEM) improves the debugging process. It allows up to 8 hardware breakpoints. It also includes a cycle counter, a clock rate control and a trace buffer. The software development tools inc-

lude Code Composer Studio (with unlimited possibilities and a huge library of ready to use solutions), IDE Energia integrated development environment for Arduino compatible developments or MSPWare-Advanced system (Fig. 3). To improve the energy efficiency there are separate optimizers such as EnergyTrace software. The mobile measurement system for monitoring the “smart clothes” parameters was developed [4, 5], making use of all the advantages of TI MSP430 microcontrollers. The measurement system consists of deformation sensors 1–4, pressure sensors 5–8 and two combined temperature-humidity sensors 9, 10 (Fig. 4). Due to the fact that sensors 1–8 are the resistive- and strain gauge ones, for their approval the

Fig. 4. Monitoring “Man-Clothes” System parameters Rys. 4. System monitorujący parametry “inteligentnej odzieży”

13

The Development of Monitoring Devices in the „Man-Clothes” System Based on Modern Microcontrollers

Fig. 5. Example of using the digital isolators Rys. 5. Przykład użycia cyfrowych izolatorów

Due to the fact, that power of TI MSP430 microcontrollers is more than enough for the measurement and processing of signals from the sensors, the realization of local WEB-server based on it is possible. This will allow monitoring of the system through the smartphone’s web browser, tablet or smart watches. In addition, this solution will convert the “smart clothes” into the Internet of Things (IoT) device.

bridge switching circuit is used. The sensors are divided into two groups and powered by the digital-to-analog converters (DAC). This allows adjusting their sensitivity within a very wide range. Each sensor signal is fed to a programmable gain amplifier (PGA), and further to the input of the analog-to-digital converter (ADC). The digital code that is responsible for strain and pressure through digital insulators (TI ISO7341 and ISO7340) is supplied to the input of TI MSP430FR5969 microcontroller, and after pre-processing through USB interface to the host computer. The use of digital isolators (Fig. 5.) protects a man (on whom the sensors are fixed) from the accidental voltage contact. The level of protection is more than 5000 V. In addition, the galvanic isolation provides a significant reduction in noise from the digital part of the measurement system. The reading speed of measurement results changes with the use of the control program and can be within the range of 1–100 measurements per second for one channel. Two combined temperature-humidity sensors (TI HDC1008), one of which is under the clothes, and the other outside, allow measuring the microclimatic conditions under the object of study, and controlling the air microcirculation. If necessary, an unlimited increase in the number of measuring channels is possible using additional sensors (for example heart rate, blood pressure and oxygen saturation, etc.) within the range of one microcontroller. A similar problem can be solved by connecting of several described measurement systems to one computer (the number of controllers that can be connected by USB-bus simultaneously is almost unlimited). In future, the USB interface will be replaced by a wireless Wi-Fi and/or Bluetooth connection channel. The local accumulation of measurement results within the microcontroller (or SD Card) will be additionally implemented, which will significantly improve the prospects of using the system in the field conditions.

14

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

References 1. Molnar A.A., Kuritnik I.P., Gerasimov V.V., Karabekova D.Zh., Pezoelektrichestvo kak istochnik elektroenergii dlya portativnyih elektronnyih ustroystv v sisteme «chelovek– odezhda», Vestnik karagandinskogo universiteta, Seriya FIZIKA, N 4(80), 2015, 62–65, ISSN 0142-0843 (in russia). 2. Electronic resource: www.ti.com/lsds/ti/microcontrollers_16-bit_32-bit/msp/ultra-low_power/overview.page. 3. Davies J., MSP430 Microcontroller Basics, Newnes, 2008, ISBN 978-0750682763. 4. Barrett S.F., Pack D.J., Microcontroller Programming and Interfacing: Texas Instruments MSP430 (Synthesis Lectures on Digital Circuits and Systems), Morgan & Claypool Publishers, 2011, ISBN 978-1608457137. 5. Jiménez M., Palomera R., Couvertier I., Introduction to Embedded Systems: Using Microcontrollers and the MSP430, Springer, 2014, ISBN 978-1461431428, DOI: 10.1007/9781-4614-3143-5. 6. Luecke J., Analog and Digital Circuits for Electronic Control System Applications: Using the TI MSP430 Microcontroller, Newnes, 2004, ISBN 978-0750678100. 7. Kurytnik I.P., Mikulski M., Karpiński W., Bezprzewodowa sieć sensorów, „Pomiary Automatyka Kontrola”, Vol. 56, Nr 6, 2010, 548-551.

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Alexander Molnar, Vitaly Gerasimov, Igor Piotr Kurytnik

F ! G ; JH ( ! 0 Streszczenie: W artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych mobilnych urządzeń elektronicznych (wearable) dla monitoringu podstawowych parametrów system „człowiek-odzieş� w oparciu o mikrokontroler TI MSP430. ' T ! G ; JH

Alexander Molnar, PhD a I -M., " / " $ E -MKM / < ! " / " ; P ! < ! G & / HQ$ < $ $ GU ;< V ; ! W < ; ! H -MMO$ -MMO < E < ! < " S"$ +%%M ; < < ! < ! " S"$ T ! V / < ; $ F < T < < ! < W ! $

Vitaly Gerasimov, PhD / )! $ $ I -M:+ F " $ -MKMN -MMO " / " $ B < $ N G & / ; / < F ! < & H$ -MMON-MM: N ;/ ; " / " $

! < & $ -MMK N < P Q RC < < ! / !( ( ' ;> ; ; STL ! H$ +%%, N < < 8 / B P $ < U / 8 / Q F " $ F < T ! ! / ! / / ' ! V < W ! ! < ! / / $

Prof. Igor Piotr Kurytnik, PhD, DSc / $ ) ; !$ $ L F -M.K B < & ' ! < U $ E -M:# -MK: / $ B ! +%%% B < F & / ; / ! < " ; < I ;I $ @ L < ! < & & / / ' ! $ +%-, ( ! ! < & / ; / X < L / & C !$

15

NR 2/2016

16

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 5

Pomiary Automatyka Robotyka, R. 20, Nr 2/2016, 17–20, DOI: 10.14313/PAR_220/17

< & & > / % % )F9H J %F 8 " < = [ B < F & / / ! < ' ! 8 & / / U Y M = [

Abstract: Gearing was designed to meet continuous change of gear ratio during one rotation. The gearing consists of two identical gears and the basic shape of the gear wheel is formed by an ellipse. Wheels are designed for only one direction of rotation and the center of rotation is one of the foci of ellipse. Such designed and manufactured elliptical gearing was subjected to the tests and meets all the requirements that were imposed on the gear. This paper deals with properties of gear with variable transmission. Properties of this gearing are different from the properties of standard circular gears. A T / ( /

1. Introduction

Circle with the diameter of 90 mm

We face the ever increasing demands on machine parameters nowadays. This request is expressed by their required loads’ growth and dynamics calling for the continuous improvement of various machine parts because of the demanded load capacity, accuracy, durability and safety of the machinery. Therefore, one has to consider the dynamic properties of processes taking place in them. The internal dynamics of the teeth is one of the most common gearing problems [3]. Detailed knowledge of meshing conditions is a prerequisite for studying kinematic conditions in gearings, as well as the strength calculation of gearing. The article deals with the problems of kinematic properties of non-circular gear. The problem is solved for the elliptical, eccentric gear with a continuously variable gear ratio within the range from 0.5 through 1 to 2.

2. Geometric Properties of Eccentric Elliptical Gearing Sponsoring of this work by the private sector called for development of the gear model using the CAD system for the variable transmission in the range u = 0.5 to 2.0, with the number of teeth z1 = z2 = 24 and gearing module mn = 3.75 mm, the distance a = 90 mm and for one direction of rotation. Given that each gear must satisfy the conditions of proper meshing, it was necessary to determine the geometric shape of the wheels. The gearing is designed such that the pitch curve is

-

40 T F Y;I Z Y $! ) $ -

-+$%O$+%-. $ +:$%O$+%-. $ !! " #$%

Fig. 1. Dimensions of a pitch ellipse Rys. 1. Wymiary elipsy tocznej

composed of an ellipse formed with the basic parameters shown in Fig. 1. The geometric centre of the gear is not the centre of wheel’s rotation. The center of gear’s rotation is in the focus point of the ellipse. The pitch ellipse has a large half-axis x = 45 mm, which is a half of the axial distance. The second half-axis is determined by the distance from the focus point 45 mm (Fig. 1), whose position is determined by considering the desired gear ratio. In this case, one of the conditions of a correct mesh is that the measurements of the pitch on the ellipse pitch must be kept constant. The geometric separation of the pitch ellipse into 24 identical sections is mathematically much more difficult than in the case with the standard gear pitch circles. The development of this gear is analyzed in detail in the literature [5, 7, 9]. The gears for a given variable transmission have been proposed as elliptical – eccentrically placed (Fig. 2). The conventional gearing involute starts from the base circle, in which case it is the base of the evolute of the ellipse. The evolutes of the left and right sides of the teeth are not

17

Properties of Eccentric Elliptical Gearing

Fig. 2. Designed elliptical gear Rys. 2. Zaprojektowane eliptyczne koła zębate

Fig. 4. Continously variable gear ratio Rys. 4. Przełożenia przekładni bezstopniowej

n1

n2

O1

O2

Fig. 3. Radius of mesh points of gear Rys. 3. Promienie punktów zazębienia koła

Fig. 5. Designed elliptical gear – definition of angle of rotation Rys. 5. Eliptyczne koła zębate – określenie kąta obrotu

the same. Each of the twelve teeth is different; the next twelve teeth of the same wheel are the same. The sides curve is the involute, and is different for active and passive side of the tooth; the teeth are asymmetrical. The gearing consists of two identical gears. The geometric model of the proposed gear is shown in Fig. 2.

elliptical gearing with the variable transmission, the angular velocity of the driven wheel is not constant but changes according to the continuously changing gear ratio. This is shown in Fig. 7, for the angular velocity is of the drive wheel (ω1 = 100 s-1) and the driven elliptical wheel (ω2i). The variation of angular velocity is also demonstrated in Table 1.

3. Kinematic Properties of Eccentric Elliptical Gearing

Table 1. Radius of mesh points of gear and gear ratio Tabela 1. Promienie punktów zazębienia koła i wartości przełożenia

In pursuit of kinematic ratios of the proposed gearings we take into account the right mesh conditions. Kinematic conditions were processed for a gear 1 (the center of rotation at point O1) and the gear 2 (with the center of rotation at point O2). The two gears are shown in a kinematic dependence on the graph (on the horizontal axis of the wheel teeth first). Figure 3 shows the teeth radii of the gear points 1 and 2 for a pair of teeth, depending on the temporary position of teeth in respect to the center of rotation. It is also defined in Table 1. Fig. 4 shows a course of the continuously changing gear ratio in one mesh generated by the elliptical gear, which continuously varies in the range from u = 0.5 through u = 1.0 until u = 2.0 and back. Thus the gear ratio changes over the time of one revolution. A gear ratio value that is less than 1.0 means that this is an overdrive, and a gear ratio value greater than 1.0 means a speed reduction. Gear ratio of the designed eccentric elliptical gears depends on the angle of rotation ϕ of the drive wheel (Fig. 5). The gear ratio in the designed eccentric elliptical gears is a function of the angle of rotation (Fig. 6). The angular velocity of the drive wheel gear and the driven wheel gear is constant for standard spur gears. For the designed

18

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Meshing

Radius of mesh points

Gear ratio

ω2i = ω1/ui

(Fig. 2)

r1-i (mm)

r2-j (mm)

ui = r2-j/r1-i

1 = 100 (s-1)

24 – 12

60.000

30.000

0.500

200.000

01 – 11

59.459

30.541

0.514

194.704

02 – 10

57.892

32.108

0.555

180.310

03 – 9

55.450

34.550

0.623

160.514

04 – 8

52.337

37.663

0.720

138.966

05 – 7

48.779

41.221

0.845

118.343

26 – 6

45.000

45.000

1.000

100.000

07 – 5

41.221

48.779

1.183

84.09

08 – 4

37.663

52.337

1.390

71.63

09 – 3

34.550

55.450

1.605

62.313

10 – 2

32.108

57.892

1.803

55.463

11 – 1

30.541

59.459

1.947

51.366

12 – 24

30.000

60.000

2.000

50.000

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

$ %&' ( %

Fig. 6. Changing the gear ratio – function of angle of rotation Rys. 6. Ciągła zmiana przełoşenia w funkcji kąta obrotu

example by material removal operation can be up to 25–50% lower. Powder metallurgy is characteristic of the use of the material up to 95% in the manufacture of of the “net-shape� components with no cost to tool machine. Powder metallurgy is one of non-waste technology, and has the character of a closed cycle. Its output is already a finished product ready for installation. It is characterized by up to 50% energy savings and up to 75% saving on product mass. This method is suitable for mass- and large-scale production.

5. Conclusions The main objective of this paper was to compare the parameters of the designed elliptical gearing with the parameters of the standard spur gear with constant gear transmission. Gears for specified gearing with time – change of gear ratio was to be designed as elliptical. The elliptical gear was designed using the AutoCAD software. This gear was the basis for making the gear-box designed for the specified parameters.

- This paper was written within the framework of Grant Project VEGA: „1/0688/12 – Research and application of universal regulation system in order to master the Source of mechanical systems excitation�. Fig. 7. Angular velocity Rys. 7. Prędkość kątowa

4. Manufacturing of Eccentric Elliptical Gearing Selecting the optimum mode of production was limited by conditions, such as the number of units produced (only one pair of gears was produced), production should be ensured by technology commonly available in the area and without any expensive products and the costs of production preparation should be as small as possible. Technical preparation stage of production was secured by a company, which specializes in the development and distribution of CAM systems and NC programming automation and CNC machines. Based on the conditions, the NC EDM machine was chosen for cutting (the wire cutter) of the EIR 005 B type with the RS-ER5 control system. This machine allows creation of the designed gears and ensures the estimated necessary accuracy of 0.01 mm and roughness of Ra 1.6 Îźm. The basic problem was to generate the NC code for the complex shape gear. This code does not allow a general approach when creating NC programs for gears, describing the shape of one tooth, which is repeated by the required number of teeth. Other than that it is based on creating the postprocessor (Compiler) for the machine in the CAM2000 system, which is designed to automate the programming of NC machines. The postprocessor for EDM cutting EIR005B machine with the control system RS-ER5. Its task was to automatically generate the NC code for the designed shape gears. In this way it is possible within a few minutes to develop easily the NC program for any required profile shape. For the production of the elliptical gear may be used application of method of powder metallurgy. Powder metallurgy products are currently named as the â€?economically efficient“ products because of their price compared to parts produced for

( 1 1. Bair B.-W., Computerized tooth profile generation of elliptical gears manufactured by shaper cutters, „Journal of Materials Processing Technology“, Vol. 122, Issues 2–3, 2002, 139–147, DOI: 10.1016/S0924-0136(01)01242-0. 2. Brosz M., Bucha J., MĂ­ĹĄanĂ˝ J., BoĹĄanskĂ˝ M., Possibility of using dynamic analysis in the gears desig, „Proceedings: 8th International Symposium about Machine and Industrial Design in Mechanical Engineering“. BalatonfĂźred, Hungary, 12–15 June 2014, University of Novi Sad, 2014, 177–180. 3. Czech P., Wojnar G., Warczek J., Diagnozowanie uszkodzeĹ„ wtryskiwaczy w silnikach spalinowych pojazdĂłw przy uĹźyciu analizy bispektrum i radialnych sieci neuronowych, „Logistyka“ No. 3, 2014, 1181–1187. 4. Femandez del Rincon A., Viadero F., et al, A model for the study of meshing stiffness in spur gear transmissions, „Mechanism and Machine Theory“. Vol. 61, 2013, 30–58, DOI: 10.1016/j.mechmachtheory.2012.10.008. 5. MedveckĂĄ-BeĹˆovĂĄ S., VojtkovĂĄ J., Aplication of asymetric profile in gearing in gearings with eccentric gears, „Zeszyty Naukowe Politechniki ĹšlÄ…skiej“. Vol. 85, No. 1925, 2014, 89–93. 6. MedveckĂĄ-BeĹˆovĂĄ S., VojtkovĂĄ J., Tooth deformation transfer with variable gear ratio. „Transactions of the Universities of KoĹĄice“, 2/2011, 73–76. 7. NeupauerovĂĄ S., TomagovĂĄ M., VojtkovĂĄ J., OzubenĂ˝ prevod s premenlivĂ˝m prevodovĂ˝m pomerom – vytvorenie modelu na zĂĄklade vyrobenĂŠho sĂşkolesia, „46. MedzinĂĄrodnĂ­ konference kateder Ä?ĂĄstĂ­ a mechanizmov strojĹŻâ€œ, Liberec, 2005. 8. Sapieta M., Dekýť V., Pastorek P., Using of activ thermography and lock-in method with ultrasound exication for detection of material defect, „Zeszyty Naukowe Politechniki ĹšlÄ…skiej“, Vol. 84, no. 1907, 2014, 119–124. 9. TomagovĂĄ M., Medveckå–BeĹˆovĂĄ S., VojtkovĂĄ J., OzubenĂ˝ prevod s plynulou, pravidelne sa opakujĂşcou zmenou prevodovĂŠho pomeru, „TriboTechnika“, Vol. 3, No. 2, 2010, 36–37.

19

Properties of Eccentric Elliptical Gearing

& ( L Na podstawie specyficznych wymagaĹ„ zostaĹ‚a zaprojektowana przekĹ‚adnia, ktĂłra podczas jednego obrotu waĹ‚u napÄ™dzajÄ…cego umoĹźliwia ciÄ…gĹ‚Ä… zmianÄ™ przeĹ‚oĹźenia. PrzekĹ‚adniÄ™ tworzÄ… dwa identyczne koĹ‚a zÄ™bate. Podstawowy ksztaĹ‚t koĹ‚a jest elipsÄ…. Jedno z ognisk jest Ĺ›rodkiem obrotu. KoĹ‚a sÄ… zaprojektowane tylko do obracania siÄ™ w jednym kierunku. Aktywne i pasywne ewolwenty profilĂłw zÄ™bĂłw zostaĹ‚y utworzone niezaleĹźnie na podstawie odpowiednich fragmentĂłw ewolut eliptycznego koĹ‚a. Tak zaprojektowane i opracowane przekĹ‚adnie zÄ™bate z koĹ‚ami eliptycznymi zostaĹ‚y poddane testom – speĹ‚niĹ‚y wszystkie wymogi, ktĂłre im postawiono. W przypadku przekĹ‚adni z koĹ‚ami zÄ™batymi o ksztaĹ‚cie eliptycznymi, w przeciwieĹ„stwie do przekĹ‚adni z koĹ‚ami zÄ™batymi okrÄ…gĹ‚ymi, wartość siĹ‚y miÄ™dzyzÄ™bnej znaczÄ…co zmienia siÄ™ podczas jednego obrotu koĹ‚a, co wpĹ‚ywa na róşne obciÄ…Ĺźenie poszczegĂłlnych par zÄ™bĂłw. ' T ( J 0( A/

' % % )F9H J %F; !' $! ) $ ! < ; ' ! 8 & / ; / B < F & / / 8 " < = [ $ L < < ( ! < < < / / / < $ / !( < $

20

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Pomiary Automatyka Robotyka, R. 20, Nr 2/2016, 21–24, DOI: 10.14313/PAR_220/21

I ] < " < > ' !! ] Jarmila VojtkovĂĄ 8 " < = [ B < F & / / U Y M %O%;%- = [

Abstract: Using of different angles for the left and right side allows creating a tooth with the beneficial parameters. The software was developed to control the shape of the teeth, for calculation of the reduced radii of curvature of the asymmetrical teeth, Hertz pressures, the pressure angles limits and specific sliding. The asymmetrical gearing is suitable mainly for one direction of rotation, and the pinion can, therefore, have a lower number of teeth. By comparing the values, one can determine the benefits of their application. A T !! ] / /

1. Introduction Symmetrical teeth are commonly used for the entire spectrum of applications [3. 4]. Classical design of gears is based on the number of teeth and design module, the shape of basic rack is defined by the standard module and the pressure equal to 20°. The minimum number of teeth, for the normalized pressure angle, also depends on the addendum coefficient value. To improve the mesh conditions, various tooth corrections are mainly used. The most common type of correction is a correction by moving the tooth profile, and in case of helical gears, it is also a correction of helical angle. The majority of corrections are applied in order to achieve not only the desired centre-to-centre distance, but also to improve strength, stiffness properties of the teeth, or to remove the teeth undercutting or balance the specific sliding [1-3, 7, 9].

2. Asymmetric Teeth Involute curve changes its shape depending on the pressure angle (Fig. 1). In Fig. 1, there are involute curves for pinions with a number of the teeth z1 = 17, module 10 mm and selected angles Îą are 15°, 20°, 30°, 40°. An asymmetric involute tooth is formed by two involute curves. The involute curves satisfy the law of gearing. The mesh is only on the line of action. The tooth asymmetry is created by different values of the tooth pressure angle for the left side ÎąL and the right side ÎąP [1–3, 6, 7].

-

40 T \ ! D Y ! $ ) $ -

K$%O$+%-. $ +:$%O$+%-. $ !! " #$%

Fig. 1. Involute curves for a variety of pressure angles Rys. 1. Ewolwentowe profile zÄ™ba dla róşnych kÄ…tĂłw przyporu

Pictures in the article are made so that the left side is determined from the minimum number of teeth (i.e. defined by the angle aL). The right side is determined by the condition of the maximum value of the angle aP, taking into account that the total top land thickness is t 0.25 mn. At a fixed value of the left pressure angle, the right pressure angle can be from the interval <aL, aP>. The right involute can be between the curves 1 and 2 (Fig. 2b). As shown in Fig. 2c, it is possible to see a change relative to the symmetrical shape, the area 3 is removed and the area 4, is added to the symmetrical shape. If, however, the left angle aL is increased, the right angle aP is decreased in order to comply with the condition of a sufficient top tooth thickness [1–3]. The limit values of pressure angles can be determined by using the custom made software (Fig. 5). Figure 3 presents a tooth segment with a large asymmetry, the number of the teeth of pinion z1 = 17. Base circle is not identical for left and right sides. The base circle diameter is smaller for a bigger angle a.

21

' K B [ B $,#

K

In Fig. 4, there are the mesh and radii of curvature for a different direction of rotation. Points N1 and N2 are the interference points. As the radius of curvature increases, the pressure angle a increases also. The change of angle a leads to changes in the radii of curvature, which affects the Hertz pressures. Centre-to-centre distance stays the same. The minimum number of teeth with allowed undercutting

A formula for specific sliding at point A for the right side is analogical to formula (4).

V= ' !

! % -

– specific sliding at the first point A of the mesh, where: aL– pressure angle (°), w1 – input angular velocity (rad/s), w2 – output angular velocity (rad/s), r1AL – radius of curvature at the point A.

The software (Fig. 5, Fig. 6) was developed to address the issue with asymmetric teeth, it allows to check and compare the following important parameters: − design of a pinion without undercutting, − design of a pinion with allowed undercutting, − contact ratio, − calculation of the radii of curvature and their reduced values, i.e. basic characteristics of the calculation of Hertz pressures, − pressure angles limits, − specific sliding for pinions. For asymmetric teeth, it is required to follow more parameters simultaneously. For given parameters, several separate profiles can be created. The software has a number of work modes. In every work mode, a different number of parameters can be defined. The software draws graphs for pressure angle limits (Fig. 5). It draws graphs for specific sliding separately for right and left sides (Fig. 6). It controls the value of contact ratio (must be larger than one). It controls sufficient top land thickness. It also calculates values of radii of curvature at different mesh points and draws their reduced values. The software checks possible interferences. The important benefit of asymmetric tooth profile applications is mainly a significant reduction in specific sliding

Fig. 2. Tooth shape: a) symmetrical tooth, b) asymmetric tooth, c) 3 – Area where material is removed, 4 – area where material is added Rys. 2. Kształt zęba: a) ząb symetryczny, b) ząb asymetryczny, c) 3 – strefa z usuniętym materiałem, 4 – strefa z dodanym materiałem

Fig. 3. Segment of the pinion, z1= 17, ÎąL = 20°, ÎąP = 39.5° Rys. 3. Segment waĹ‚ka zÄ™batego, z1= 17, ÎąL = 20°, ÎąP = 39,5°

(1) where:

– tooth addendum coefficient, a – pressure angle (°).

The radii of curvature at the first point of mesh A (Fig. 4) for the tooth defined by pressure angle aL and aP are: (2) (3) where: m – module (mm), r2 – pitch radius of the wheel (mm), a – centre distance (mm). Specific sliding of pinion for the left side is: (4)

Fig. 4. Mesh of asymmetric teeth: a) driving side ÎąL = 20°, b) driving side ÎąP = 35° Rys. 4. ZazÄ™bienie zÄ™bĂłw asymetrycznych: a) strona napÄ™dowa dla ÎąL = 20°, b) strona napÄ™dowa ÎąP = 35°

22

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

)

* %

Fig. 5. The software for the control and analysis of asymmetric teeth, pressure angles limits for the left side and right side Rys. 5. Oprogramowanie do sprawdzania i analizy zębów asymetrycznych, kątów granicznych przyporu dla strony lewej i prawej

Fig. 6. The course of specific sliding, above, for driving side ÎąL=18.5°, below, for driving side ÎąP=39.5° Rys. 6. Przebieg Ĺ›rednich poĹ›lizgĂłw, u gĂłry dla strony napÄ™dowej o kÄ…cie ÎąL=18,5 , u doĹ‚u dla strony napÄ™dowej o kÄ…cie ÎąP=39,5°

and Hertz pressures at the point of the first contact of the teeth. Fig. 7, specific sliding is a function of the pressure angle a. The left side is defined by standard value of 20°. In the Tab. 1 the values for examined parameters by different number of the teeth z1 are listed. Tab. 1. Specific sliding and radii of curvature for gear ratio equal to 1 one and ha*= 1 Tab. 1. Ĺšrednie poĹ›lizgi i promienie krzywizny dla przeĹ‚oĹźenia rĂłwnego 1 i współczynnika ha*= 1 z1

aL(°)

r1AL (mm)

aP(°)

8

27

–27.03

1.25

28

–15.35

2.17

11

22

–43.70

0.90

34

–2.05

15.19

14

20

–18.37

2.35

37.5

–1.08

27.64

17

18

–17.95

2.63

39.5

–0.74

39.41

20

17

–12.21

4.12

40.5

–0.58

50.41

1AL

1AP

r1AL (mm)

X= % The asymmetry allows to decrease number of the teeth on the pinion. The assymmetric teeth make it possible to decrease the gearing dimensions and to reduce weight. The course of specific sliding is advantageous especially for larger pressure angles. However, a disadvantage may be a lower value of contact ratio.

Fig. 7. The course of specific sliding on the involute tooth profile with the first point of mesh A defined for z1 = 17, ÎąL = 20°, ÎąP = 39.5° Rys. 7. Przebieg zmian poĹ›lizgu na profilu ewolwentowym zÄ™ba dla pierwszego punktu zazÄ™bienia A okreĹ›lonego przez z1 = 17, ÎąL = 20°, ÎąP = 39,5°

The software mentioned herein allows quick and comfortable monitoring of asymmetric teeth. This gearing may be used only if the cost is not the ultimate criterion.

- This paper was written within the framework of Grant Project VEGA: „1/0688/12 – Research and application of universal regulation system in order to master the source of mechanical systems excitation�.

23

' K B [ B $,#

K

( 1 6. HomiĹĄin J., KaĹĄĹĄay P., ÄŒopan P., Possibility of torsional vibration extremal control, “Diagnostykaâ€?, Vol. 15, No. 2/2014, 7–12. 7. Czech P., Mikulski J., Application of Bayes classifier and entropy of vibration signals to diagnose damage of head gasket in internal combustion engine of a car, “Communications in Computer and Information Scienceâ€?, Vol. 471/2014, 225–232. 8. Di Francesco G., Marini S., Asymmetric teeth: Bending stress calculation, March/April 2007 [http://www. geartechnology.com]. 9. Czech P., Ĺ azar B., Wojnar G., Wykrywanie lokalnych uszkodzeĹ„ zÄ™bĂłw kół przekĹ‚adni z wykorzystaniem sztucznych sieci neuronowych i alogorytmĂłw genetycznych, Bibioteka ProblemĂłw Eksploatacji, Radom 2007.

1. VojtkovĂĄ J., Reduction of contact stresses using involute gears with asymmetric teeth, “Scientific Journal of Silesian University of Technology. Series Transportâ€?. Vol. 89 (2015), 179–185. 2. VojtkovĂĄ J., ÄŒelnĂŠ ozubenĂŠ kolesĂĄ s priamymi zubami s asymetrickĂ˝m profilom – nĂĄvrh a trvanie zĂĄberu, 51. MedzinĂĄrodnĂĄ vedeckĂĄ konferencia katedier Ä?astĂ­ a mechanizmov strojov, ZbornĂ­k referĂĄtov: 8–10.9.2010, KoĹĄice – SlovenskĂ˝ Raj – KoĹĄice: CPRESS, 2010. 3. VojtkovĂĄ J., Effect of asymmetry on radii of curvature for spur gears with nonsymetrical teeth. “Zeszyty Naukowe Politechniky ĹšlÄ…skiejâ€?, Vol. 84, No. 1907, 2014, 47–51. 4. Czech P. et al., The influence of noise on the car ride comfort, “Logistykaâ€?, No. 4 (2015). 5. Sapieta M., Dekýť V., Pastorek P., Using of activ thermography and lockin method with ultrasound excitation for detection of material defect, “Zeszyty Naukowe Politechniki ĹšlÄ…skiejâ€?, Vol. 84, No. 1907/2014, 119–124.

0 ( ] ! ! Streszczenie: Zastosowanie róşnych kÄ…tĂłw dla lewej i prawej strony zÄ™ba pozwala na stworzenie ksztaĹ‚tu o odpowiednich parametrach. Opracowane oprogramowanie umoĹźliwia: ustalić wĹ‚aĹ›ciwy ksztaĹ‚t zÄ™ba oraz obliczyć zredukowane promienie krzywizny dla zÄ™bĂłw asymetrycznych, naciski Herza, kÄ…ty graniczne profili oraz Ĺ›rednie poĹ›lizgi. PorĂłwnanie tych wartoĹ›ci pozwala okreĹ›lić zalety stosowania tego rodzaju profili asymetrycznych. ' T A( ! ] A

Ing. Jarmila VojtkovĂĄ, PhD ! $ ) $ > -MK+ < ! 8 " ; = [ N < < 8 F C &V ; ! $ < & / / N W < F $ E < < / / ; !! $ ' < :% ( $

24

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Pomiary Automatyka Robotyka, R. 20, Nr 2/2016, 25–28, DOI: 10.14313/PAR_220/25

! J ! A ! ! A ! ! ! ! ( ? Dariusz Kasprzak, Andrzej Mrowiec @ J = @ = F I F $ S ^ O .+;K%% =

Streszczenie: WÄ™giel to podstawowy surowiec energetyczny w Polsce. Od poĹ‚owy ubiegĹ‚ego wieku podejmowano prĂłby spalania koloidalnych zawiesin pyĹ‚u wÄ™glowego w oleju napÄ™dowym lub opaĹ‚owym. Ze wzglÄ™dĂłw ekonomicznych podjÄ™to badania nad wykorzystaniem koloidalnych zawiesin wodno-wÄ™glowych CWL (Coal-Water Liquid), jako paliwa w energetyce ciepĹ‚owniczej. Pozwala to na obniĹźenie zawartoĹ›ci NOx i SOx bez koniecznoĹ›ci inwestowania w drogie ukĹ‚ady odsiarczania i odpylania, co jest atutem ekologicznym i ekonomicznym. Wymagane, ze wzglÄ™dĂłw technologicznych, ukĹ‚ady pomiaru strumienia dostarczanego paliwa, powinny być tanie w eksploatacji, niezawodne oraz odporne na zanieczyszczenia. Warunki te mogÄ… speĹ‚nić kryzy mimoĹ›rodowe lub segmentowe. W artykule przedstawiono stanowisko doĹ›wiadczalno-pomiarowe, pozwalajÄ…ce na przeprowadzenie przepĹ‚ywowych badaĹ„ wstÄ™pnych, kryz mimoĹ›rodowych z punktowym odbiorem ciĹ›nienia róşnicowego, przy maĹ‚ych liczbach Reynoldsa. Wyniki wykonanych pomiarĂłw charakterystyk przepĹ‚ywowych oraz symulacji numerycznych przedstawiono w tabelach i na wykresach. Dla wybranej kryzy mimoĹ›rodowej wyznaczono wartość współczynnika przepĹ‚ywu C w funkcji liczby Reynoldsa. Przedstawione w artykule analizy dotyczÄ… przepĹ‚ywu wody. Planowane sÄ… dalsze badania dla oleju hydraulicznego. ' T ! ! ( ? 0 0J

1. Wprowadzenie Obecnie istnieje wiele sposobĂłw pomiaru przepĹ‚ywu cieczy w przemysĹ‚owych instalacjach przesyĹ‚owo-przepĹ‚ywowych. W zaleĹźnoĹ›ci od istniejÄ…cych moĹźliwoĹ›ci, moĹźna takiego pomiaru dokonywać róşnymi metodami, wykorzystujÄ…c przepĹ‚ywomierze [1, 4, 5, 7]. JednÄ… z najczęściej stosowanych metod pomiaru strumienia przepĹ‚ywu cieczy jest metoda zwęşkowa, charakteryzujÄ…ca siÄ™ dokĹ‚adnoĹ›ciÄ… ok. 1,5...2%. Nie bez znaczenia jest w tym wypadku fakt, Ĺźe naleĹźy ona do metod tanich i polega na pomiarze spadku ciĹ›nienia spiÄ™trzenia na elemencie pomiarowym (spiÄ™trzajÄ…cym). W charakterze zwęşki spiÄ™trzajÄ…cej przepĹ‚yw bardzo czÄ™sto stosuje siÄ™ kryzy pomiarowe. W wielu przypadkach za podstawowy element pomiarowy przyjmuje siÄ™ kryzÄ™ standar-

-

40 T

= -) $ -

O$%,$+%-. $ +,$%.$+%-. $ !! " #$%

dową (normalną). Gdy nie moşna spełnić warunków przepływowych cieczy, które są objęte normą ISO 5167-1, to istnieje moşliwość zastosowania kryz niestandardowych takich jak: kwadrantowa (wykorzystywana zwłaszcza dla małych liczb Reynoldsa), segmentowa (dla cieczy zanieczyszczonych), czy opisana w niniejszym opracowaniu kryza mimośrodowa [2, 6]. Stosowanie kryz mimośrodowych, przy zachowaniu prostoty wykonania i instalowania jest zalecane zwłaszcza wówczas, gdy medium jest na tyle zanieczyszczone, şe stosowanie kryz centrycznych (normalnych) moşe prowadzić do ich znacznego przewęşenia, a co za tym idzie uzyskanie wiarygodnych wyników pomiaru będzie niemoşliwe. Podobnie jak w przypadku kryz segmentowych, w celu zapobiegania osadzania się zanieczyszczeń przed zwęşką, korzystne jest umieszczanie otworu kryzy mimośrodowej w dolnej części zwęşki. W znacznym stopniu uniezaleşni to niepewność pomiaru strumienia od faktu moşliwości występowania w nim osadów. Dla wszystkich rodzajów kryz obowiązują takie same wymagania dotyczące ich wykonania. Do obliczenia strumienia przepływu stosuje się zaleşności takie same jak dla kryzy normalnej jednak naleşy znać wartość współczynnika przepływu zaleşnego od średnicy otworu zwęşki jak i wartości przewęşenia. Literatura przedmiotu zaleca, aby przewęşenie kryzy (stosunek średnic b = d/D) zawierało się w przedziale 0,3 – 0,8 przy liczbie Reynoldsa nie mniejszej niş 10 000 [8].

25

$, @ c ,

# `

c ` #

# 1

Rys. 1. Schemat stanowiska hydraulicznego do badania kryzy mimośrodowej Fig. 1. Diagram of the hydraulic stand for studying the eccentric orifice

Rys. 2. Schemat badanej kryzy mimośrodowej Fig. 2. Diagram of the studied eccentric orifice

2. Przeprowadzenie pomiarĂłw

typu APR-2000/ALW (5) o zakresie pomiarowym – 0,5...7 kPa. ZawĂłr odcinajÄ…cy (3) z wymiennymi staĹ‚ymi dĹ‚awikami (2) sĹ‚uĹźy do skokowej regulacji przepĹ‚ywu strumienia wody poprzez upust boczny. Badania eksperymentalne przeprowadzono dla 5 kryz mimoĹ›rodowych, róşniÄ…cych siÄ™ Ĺ›rednicÄ… otworu przepĹ‚ywowego d (rys. 2), a co za tym idzie przewęşeniem kryzy b = d/D – tabela 1. Badania doĹ›wiadczalne kryz mimoĹ›rodowych w zakresie maĹ‚ych liczb Reynoldsa (ReD = 3000...10 000) wykonano w rurociÄ…gu przy przepĹ‚ywie wody. Pomiary wykonano w temperaturze t = 21 °C Âą1 °C. RĂłwnanie charakterystyki badanych doĹ›wiadczalnie przepĹ‚ywomierzy spiÄ™trzajÄ…cych zbudowanych na podstawie typoszeregu kryz mimoĹ›rodowych (tabela 1), przedstawiono zaleĹźnoĹ›ciÄ… (1):

Badania przeprowadzono na zbudowanym autorskim stanowisku laboratoryjnym (rys. 1), w ktĂłrym przepĹ‚yw w instalacji hydraulicznej wymuszano pompÄ… wirowÄ… (1) w obiegu zamkniÄ™tym. Do pomiaru przepĹ‚ywajÄ…cego strumienia wody przez badane kryzy mimoĹ›rodowe umieszczone w rurociÄ…gu (6) z stali nierdzewnej o Ĺ›rednicy wewnÄ™trznej D = 50 mm, jako przepĹ‚ywomierz odniesienia wykorzystano przepĹ‚ywomierz elektromagnetyczny typu PROMAG 30AT15 (4) o bĹ‚Ä™dzie granicznym Δqv = 0,0092 dm3/s w badanym zakresie pomiarowym. PowstajÄ…ce na kryzie ciĹ›nienie spiÄ™trzenia róşnicowego Δp mierzono w sposĂłb przytarczowy punktowy inteligentnym przetwornikiem róşnicy ciĹ›nieĹ„

(1)

Tabela 1. Parametry geometryczne badanych kryz mimośrodowych Table 1. Geometrical parameters of the studied eccentric orifice

Kryza mimośrodowa

d [mm]

b[ – ]

KM-1

15,0

0,3

KM-2

20,0

0,4

KM-3

25,0

0,5

KM-4

30,0

0,6

KM-5

35,0

0,7

gdzie: Dp – róşnica ciĹ›nieĹ„ przed i za zwęşkÄ… [Pa], C * – staĹ‚a przepĹ‚ywu badanego przepĹ‚ywomierza spiÄ™trzajÄ…cego C * = f {C, b, e, D, r}. Na rys. 3 przedstawiono przykĹ‚adowe wyniki uzyskanych doĹ›wiadczalnie pomiarĂłw strumienia objÄ™toĹ›ci q = f (Δp) dla wybranej kryzy mimoĹ›rodowej KM - 2. Na rys. 4 przedstawiono uzyskane w trakcie badaĹ„ eksperymentalnych wyniki staĹ‚ej przepĹ‚ywu C* dla badanych kryz mimoĹ›rodowych w zaleĹźnoĹ›ci od liczby Reynoldsa (3000 < ReD < 10 000). Na rys. 5 przedstawiono uzyskane w trakcie badaĹ„ i obliczeĹ„ wartoĹ›ci współczynnika przepĹ‚ywu C wg zaleĹźnoĹ›ci (2), dla przebadanych doĹ›wiadczalnie kryz mimoĹ›rodowych w zaleĹźnoĹ›ci od liczby Reynoldsa (3000 < ReD < 10 000).

Rys. 4. Wyznaczone eksperymentalnie stałe przepływu C* = f (ReD) Fig. 4. Experimentally determined flow constant C* = f (ReD)

Rys. 3. Eksperymentalne wyniki pomiaru strumienia objętości qv = f(Dp) Fig. 3. Experimental results of the flow rate qv = f(Dp)

26

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

+ # " , *

Na rys. 7 przedstawiono wyznaczony numerycznie rozkĹ‚ad pola prÄ™dkoĹ›ci w postaci wektorĂłw przy przepĹ‚ywie wody (ReD = 10 000) przez kryzÄ™ mimoĹ›rodowÄ… w przekroju osiowym w pĹ‚aszczyĹşnie przekroju wzdĹ‚uĹźnego. Na podstawie przeprowadzonej symulacji dla kryzy mimoĹ›rodowej KM-2 obliczono współczynnik przepĹ‚ywu C = 0,577. Z porĂłwnania wynikĂłw badaĹ„ doĹ›wiadczalnych oraz przeprowadzonych symulacji, dla modelu 3D k-e, oszacowano wzglÄ™dny bĹ‚Ä…d symulacji spiÄ™trzenia ciĹ›nienia na kryzie mimoĹ›rodowej (KM-2) dla strumienia masy qm = 0,3955 kg/s, róşnica ta nie przekracza 11,9%. Rys. 5. Obliczone wartoĹ›ci współczynnika przepĹ‚ywu C = f (ReD) Fig. 5. Calkulated value of flow constant C = f (ReD)

V= ' 4

Przeprowadzono równieş symulacje numeryczne badanego procesu przepływowego dla modelu 3D k-e, wybranej kryzy mimośrodowej (KM-2) [9]. Do jego realizacji wykorzystano program FLUENT [3], przyjmując jako parametr wejściowy strumień masy qm = 0,3955 kg/s.

X= : ;

W artykule omówiono wyniki podjętej próby sprawdzenia moşliwości pomiaru strumienia objętości przy małych liczbach Reynoldsa za pomocą kryzy mimośrodowej w warunkach przemysłowych. Bardzo istotnym jest to, şe dla kryzy mimośrodowej o przewęşeniu b = 0,3 (KM-1) uzyskano w zakresie liczby ReD = 6000...10 000 praktycznie stałą wartość współczynnika przepływu C = 0,631 ¹0,005 o charakterystyce zblişonej do linii prostej. Dla większych wartości liczby Reynoldsa norma PN-M-42377 [10] podaje wartość współczynnika przepływu C = 0,628 ¹0,001 przy przewęşeniu b = 0,45...0,7. Stałe wartości współczynnika przepływu uzyskano dla kryzy KM-2 przy liczbie ReD = 7500...10 000, a dla kryzy KM-3 przy liczbie ReD = 9000...10 000. Kryzy KM-4 i KM-5 nie nadają się do zastosowania w badanym zakresie liczby Reynoldsa. Z analizy przedstawionych rezultatów badań wynika, şe stosowanie w warunkach przemysłowych kryz mimośrodowych dla małych liczb Reynoldsa (ReD < 10 000) kaşdorazowo wymaga przeprowadzania kalibracji.

( 1 !

Rys. 6. Rozkład ciśnienia statycznego dla modelu 3D k–ξ (dla kryzy mimośrodowej KM-2 przy liczbie ReD = 10 000) Fig. 6. Distribution of static pressure for the model 3D k–e (for eccentric orifice KM-2 for ReD = 10 000)

Na rys. 6 przedstawiono wyznaczony numerycznie rozkład ciśnienia statycznego przy przepływie wody (ReD = 10 000) przez kryzę mimośrodową w przekroju osiowym w płaszczyźnie przekroju wzdłuşnego.

Rys. 7. Rozkład pola prędkości w postaci wektorowej dla modelu 3D k–ξ (dla kryzy mimośrodowej KM – 2, ReD = 10 000) Fig. 7. Distribution of the velocity field in the vector form for the model 3D k–ξ (for eccentric orifice KM-2 for ReD = 10 000)

1. Bonfig K.W., Technische Durchflussmessung, Vulkan-Verlag, Essen 1977. 2. Crabtree M.A., Industrial Flow Measurement, Master Thesis, University of Huddersfield, 2009. 3. Fluent 6.1 User’s Guide, Fluent Inc., 2003. 4. Goldstein R.J., Fluid Mechanics Measurements, Hemisphere Publishing Corp., 1983. 5. Kabza Z., Pomiary strumieni płynów (przewodnik), Oficyna Wydawnicza Politechniki Opolskiej, Studia i monografie, Z. 90, Opole 1996. 6. Kabza Z., Kostyrko K., Zator S., Šobozowski A., Szkolnikowski W., Regulacja mikroklimatu pomieszczenia, Agenda Wydawnicza PAK, Warszawa 2005. 7. Kremlewski P.P., Raschodimiery i scetciki kolicestva vescestv, Izd. Politechnika, Sankt Petersburg 2002. 8. Liptak B.G., Flow Measurement, Chilton Book Company, Radnor, Pennsylvania 1993, 85–86. 9. Mrowiec A., Analiza numeryczno-doświadczalna rozkładu parametrów przepływu w kolanie pomiarowym, XIII Krajowa i IV Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna „Metrologia w Technikach Wytwarzania, Poznań-ŝerków, 2009, 305–308. 10. PN-M-42377. Pomiary strumienia płynu za pomocą zwęşek pomiarowych. Wytyczne doboru dysz i kryz nie objętych ISO 5167-1.

27

$, @ c ,

# `

c ` #

# 1

' < ( < F ! & C ] < B F ! < ! ? S !( Abstract: The energy industry in Poland is mostly based on coal as an energy resource. Until the half of the previous century studies and attempts were made at burning coal dust-based suspensoids in gas oil and furnace oil, with positive results. For economic reasons, studies and attempts were made at using coal and water-based CWL (Coal-Water Liquid) suspensoids as fuel in the heating industry. Using this fuel leads to a reduction in NOx and SOx percentage without the need for an expensive desulphurization and dust extraction installation, which is a huge economic and ecological advantage. For technological reasons required are systems for measuring the flow of the injected fuel that are cheap in use, reliable and residue-resistant. These requirements can be met by segmental and eccentric orifices. In the article, presented was a research and measurement station which enables its users to conduct introductory flow measurements for eccentric orifices with point reception of differential pressure for small Reynolds numbers. The results of the flow characteristic measurements as well as of numerical simulations were presented in the form of tables and charts. For the selected eccentric orifice the C flow parameter in the Reynolds number function was determined. The analysis of the study results presented in the article refers to the flow of water. The next planned stage of the research will involve flow studies and measurements with the use of hydraulic oil as the medium. KeywordsT ] ? !( _ < `

+ ' # 0 )

+ 2

-) $

$! ) $ $

= F ; I F @ J; = $ @ & ! @ ' ! 8 @ ; -MK# $ C -MM: $ ; $ C( T ! ! 0 0 ! / ( 0 ! A; < J ! 0 $

= F ; I F @ J; = $ @ I F ; -M:M $ U ( ! 0( 8 0 ' ; ! ! C @ ; !$ @ +%-# $ @ F ! C ; $ C( T ! 0 ! ! ! / $

28

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Pomiary Automatyka Robotyka, R. 20, Nr 2/2016, 29–34, DOI: 10.14313/PAR_220/29

" S ( A ! ! / A & '8 2 ); 0 = O ) ; 0 0 ) ; ) " F = E B $ > A , K:;-%% 8

) 0< ) ! E ' ! ! 0 E' @ C I ;? " A S 0 8 $ < I / -%: K:;-%% 8

L W artykule przedstawiono ukĹ‚ad sterowania numerycznego maszyn zbudowany na bazie komputera PC, komunikujÄ…cy siÄ™ z serwonapÄ™dami i ukĹ‚adami wejĹ›cia/wyjĹ›cia sterujÄ…cymi wyposaĹźeniem maszyny poprzez magistralÄ™ komunikacyjnÄ… EtherCAT. W komputerze zaimplementowano system operacyjny czasu rzeczywistego Linux RTAI wraz ze zmodyfikowanym oprogramowaniem sterujÄ…cym LinuxCNC. Opracowano programowy moduĹ‚ komunikacyjny magistrali EtherCAT i zintegrowano go z oprogramowaniem LinuxCNC. Opracowany moduĹ‚ EtherCAT umoĹźliwia komunikacjÄ™ z serwonapÄ™dami zgodnie ze standardem CiA 402 oraz moduĹ‚ami wejść/wyjść zgodnie ze standardem CiA 401. Opracowany ukĹ‚ad sterowania cechuje siÄ™ prostÄ… budowÄ… i Ĺ‚atwym montaĹźem. Pozwala na bardzo szybkÄ… dwukierunkowÄ… komunikacjÄ™ z napÄ™dami i ukĹ‚adami wejĹ›cia/ wyjĹ›cia. Jest ukĹ‚adem elastycznym, ktĂłry moĹźna Ĺ‚atwo zaimplementować do sterowania maszynami wieloosiowymi o róşnej konfiguracji. ' T S ! / U W ?8'E U W S & '8

1. Wprowadzenie UkĹ‚ady sterowania maszyn CNC moĹźna podzielić na zamkniÄ™te – uniemoĹźliwiajÄ…ce wprowadzanie modyfikacji przez uĹźytkownika oraz otwarte – najczęściej bazujÄ…ce na komputerach przemysĹ‚owych IPC (ang. Industrial Personal Computer) z zaimplementowanym oprogramowaniem CNC, ktĂłre moĹźna swobodnie modyfikować. UkĹ‚ady zamkniÄ™te [1, 2] produkowane sÄ… przez wielu znanych producentĂłw ukĹ‚adĂłw sterowania, miÄ™dzy innymi Siemens, Heidenhain, Fanuc, Cincinnati itd. Wiele firm jest jednoczeĹ›nie producentem maszyn i dedykowanych do nich ukĹ‚adĂłw sterowania. W ukĹ‚adach sterowania otwartego istnieje moĹźliwość zaadaptowania ich do sterowania maszynami o róşnych konfiguracjach [5]. MajÄ… one bardzo róşne struktury. Jednym z rozwiÄ…zaĹ„ jest budowa ukĹ‚adĂłw sterowania wykorzystujÄ…cego komputery PC tzw. PC BA (ang. PC Based Automation). UkĹ‚ady te sÄ… coraz bardziej popularne i sÄ… stosowane do sterowania wieloma maszynami. W ukĹ‚adach tych, w zaleĹźnoĹ›ci od producenta, stosowane sÄ… róşne magistrale komunikacyjne. CzÄ™sto stosowane sÄ… jednokierunkowe magi-

-

40 T F ! $ )< $ ! $ -

-,$%O$+%-. $ +%$%,$+%-. $ !! " #$%

strale komunikacyjne, np. do sterowania napędami skokowymi, wysyłające sygnały CLK, DIR, ENABLE. Bardzo zaawansowane układy sterowania numerycznego maszyn bazujące na komputerach IPC produkuje firma Beckhoff Automation GmbH. Układy te sterowane są z wbudowanego sterownika PC z zintegrowanymi wejściami i wyjściami (ang. Embedded PCs) lub przemysłowego wielordzeniowego komputera PC. Jako program sterujący stosowany jest TwinCAT CNC (do 32 osi sterowanych numerycznie). Komunikacja między komputerem IPC stanowiącym sterownik CNC a serwonapędami i układami wejścia/wyjścia, zarówno dyskretnymi jak i analogowymi, realizowana jest przez magistralę EtherCAT [3]. Firma Beckhoff jest twórcą tej magistrali. Magistralę tę definiuje norma IEC 61158 [8]. Warstwa fizyczna i liniowa jest zgodna ze standardem typowej ramki Ethernet IEEE 802.3 [9]. Umoşliwia to podłączenie serwonapędów i układów wejścia/wyjścia za pośrednictwem typowych przewodów ethernetowych do portu komputera PC. W warstwie aplikacyjnej stosu tej magistrali zastosowano protokół komunikacyjny CANopen. Na rynku dostępnych jest wiele serwonapędów wyposaşonych w porty ethernetowe z protokołem CANopen. Magistrala EtherCAT doskonale nadaje się do komunikacji w czasie rzeczywistym komputera z napędami. Obsługa wszystkich serwonapędów, tj. wysyłanie danych i odczyt danych z serwonapędów i układów wejścia/wyjścia, moşe odbywać się cyklicznie w jednej przesyłanej ramce ethernetowej. Jednym z rozwiązań układów sterowania numerycznego maszyn są układy sterowania budowane na komputerach IPC z oprogramowaniem LinuxCNC [6], pracującym w środowisku

29

[ H0H #*` ,# H ! ` H G

Rys. 1. Budowa układu sterowania Fig. 1. Control system structure

Linuxa czasu rzeczywistego i magistrala komunikacyjna EtherCAT. Jest to rozwiÄ…zanie tanie o duĹźych moĹźliwoĹ›ciach adaptacji do sterowania maszynami o róşnej konfiguracji. Budowa ukĹ‚adĂłw sterowania opartych na komputerach IPC oraz magistrali EtherCAT, z uwagi na niski koszt ukĹ‚adĂłw sterowania oraz duĹźe moĹźliwoĹ›ci w zakresie oprogramowania, jest dobrÄ… alternatywÄ… dla ukĹ‚adĂłw zamkniÄ™tych.

Jako moduły układów wejścia/wyjścia dyskretnego i analogowego, jak równieş moduły do obsługi liniałów pomiarowych (przetworników obrotowo-impulsowych) stosowane są moduły firmy Beckhoff. Ramki komunikacji EtherCAT przesyłane są w czasie rzeczywistym cyklicznie co 1 ms.

U= -

Oprogramowanie sterujÄ…ce LinuxCNC zaimplementowano na komputerze PC peĹ‚niÄ…cym rolÄ™ nadrzÄ™dnego sterownika CNC. Program ten pracuje w Ĺ›rodowisku Linux RTAI. UmoĹźliwia realizacjÄ™ zadaĹ„ czasowo krytycznych w czasie rzeczywistym. Linux RTAI zawiera standardowe jÄ…dro systemu operacyjnego Linux oraz mikrojÄ…dro czasu rzeczywistego. MikrojÄ…dro czasu rzeczywistego realizuje niewielkÄ… liczbÄ™ zadaĹ„ deterministycznych programu CNC i ma bezpoĹ›redni dostÄ™p do przerwaĹ„ sprzÄ™towych i zegarowych. JÄ…dro Linux realizuje pozostaĹ‚e zadania niekrytyczne czasowo, gdy Ĺźadne z zadaĹ„ czasu rzeczywistego nie ubiega siÄ™ o dostÄ™p do procesora. Zadania czasu rzeczywistego majÄ… najwyĹźszy priorytet realizacji. Na rys. 2 przedstawiono strukturÄ™ programu LinuxCNC. Wyróşniono tu moduĹ‚y programu LinuxCNC, ktĂłrych realizacja nie jest krytyczna czasowo oraz deterministyczne – realizowane cyklicznie w Ĺ›cisĹ‚e okreĹ›lonych odcinkach czasu. Program LinuxCNC skĹ‚ada siÄ™ z komponentĂłw pracujÄ…cych w przestrzeni uĹźytkownika oraz komponentĂłw pracujÄ…cych w przestrzeni jÄ…dra w reĹźimie czasu rzeczywistego HAL (ang. Hardware Abstraction Layer). Część aplikacyjna obejmuje nadrzÄ™dny program Ĺ‚adujÄ…cy moduĹ‚y skĹ‚adowe programu CNC wraz z plikami konfiguracyjnymi, graficzny interfejs uĹźytkownika GUI (ang. Graphical User Interface), interpreter G-kodĂłw programu

V=

40 %3%

Przedstawiony ukĹ‚ad sterowania (rys. 1) zĹ‚oĹźony jest z komputera PC z systemem operacyjnym Linux RTAI (ang. Real Time Application Interface) [7] i programem sterujÄ…cym LinuxCNC, z zaimplementowanym stosem komunikacyjnym EtherCAT, ukĹ‚adĂłw wejść/wyjść dyskretnych i analogowych sterujÄ…cych wyposaĹźeniem maszyny oraz serwonapÄ™dĂłw i innych napÄ™dĂłw, np. przemienniki czÄ™stotliwoĹ›ci skalarne i wektorowe. Wszystkie podzespoĹ‚y ukĹ‚adu sterowania komunikujÄ… siÄ™ poprzez magistralÄ™ EtherCAT z warstwÄ… aplikacyjnÄ… CANopen. RolÄ™ komputera sterujÄ…cego moĹźe peĹ‚nić standardowy PC z portem Ethernet (procesor min. 2-rdzeniowy) lub IPC o zbliĹźonych parametrach. Oprogramowanie umoĹźliwia sterowanie 9 osiami interpolowanymi (6 liniowych i 3 obrotowe). Przy zastosowaniu transformacji kinematycznÄ… liczba obsĹ‚ugiwanych serwonapÄ™dĂłw moĹźe być wiÄ™ksza niĹź liczba osi programowych. Liczba wejść i wyjść moĹźe być duşą (kilkaset). W jednej ramce EtherCAT przesyĹ‚anych jest do 1500 bajtĂłw informacji, ktĂłre sĹ‚uşą do obsĹ‚ugi serwonapÄ™dĂłw, ukĹ‚adĂłw wejĹ›cia/ wyjĹ›cia i innych napÄ™dĂłw. SerwonapÄ™dy osi mogÄ… pochodzić od róşnych producentĂłw. Jedynym wymogiem jest posiadanie portu EtherCAT z protokoĹ‚em komunikacyjnym CANopen.

30

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

* . " / "

" , "

komercyjnymi napędami i urządzeniami automatyki. W warstwie HAL mogą być implementowane własne opcjonalne moduły czasu rzeczywistego. Autorzy zintegrowali z programem LinuxCNC stos magistrali EtherCAT z warstwą aplikacyjną CANopen. Opracowano i zintegrowano z programem moduły sterowania serwonapędami firmy Delta oraz wejściami i wyjściami cyfrowymi, zgodnie z profilami sprzętowymi CANopen CiA 402 i CiA 401 [10]. Program LinuxCNC realizuje bardzo rozbudowany zestaw G-kodów słuşących do programowania wieloosiowych maszyn CNC. Generator trajektorii ruchu zaimplementowany w programie realizuje trapezoidalne profilowanie prędkości. Oprogramowanie umoşliwia równieş realizację funkcji Look Ahead wygładzającą trajektorię złoşoną z wielu segmentów liniowych (kod G64). Skutkuje to poprawą jakości obróbki.

X= " )

%- v ! 4 v %-3

Rys. 2. Struktura programu LinuxCNC Fig. 2. Structure of the LinuxCNC software

uşytkownika i moduł sterowania wejściami i wyjściami pomocniczymi maszyny. Istnieje moşliwość implementacji własnych opcjonalnych modułów sterujących elementami maszyny. Uşytkownik moşe tworzyć własne interfejsy uşytkownika GUI lub wybrać z kilku dostępnych w ramach programu LinuxCNC. W ramach interfejsu uşytkownika GUI istnieje moşliwość wyświetlania wybranych wyników pomiarów lub skorzystania z wirtualnego oscyloskopu. Część aplikacyjna programu nie jest krytyczna czasowo. Warstwa sprzętowa HAL jest krytyczna czasowo i jest ściśle związana z mikrojądrem czasu rzeczywistego Linux RTAI. Warstwa ta zawiera standardowe moduły LinuxCNC oraz moduły opracowane przez autorów w LinuxCNC (kolor czerwony na rys. 2). Standardowe moduły warstwy HAL obejmują moduły generatora trajektorii ruchu, interpolatora oraz transformacji kinematycznej wyznaczającej zadane połoşenia osi dla wybranego układu współrzędnych maszyny. Oprogramowanie LinuxCNC nie zawiera şadnego stosu komunikacyjnego obsługującego przemysłowy standard transmisji szeregowej. Ogranicza to istotnie moşliwość sterowania

Standardowy protokół komunikacyjny Ethernet TCP/IP wykorzystuje protokół wielodostÄ™pu CSMA/CD (ang. Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) [11]. Transmisja z wykorzystaniem Ethernet TCP/IP uniemoĹźliwia uzyskanie wystarczajÄ…cego determinizmu, pozwalajÄ…cego na synchroniczne sterowanie serwonapÄ™dami w maszynach wieloosiowych CNC. Magistrala EtherCAT w przeciwieĹ„stwie do magistrali Ethernet TCP/IP zapewnia transmisjÄ™ izochronicznÄ… – niezbÄ™dnÄ… w aplikacjach sterowania ruchem. Warstwa fizyczna, tj. warstwa pierwsza modelu OSI (ang. Open Systems Interconnection) [12] protokoĹ‚u EtherCAT, jest identyczna z tÄ… samÄ… warstwÄ… protokoĹ‚u Ethernet TCP/IP. UmoĹźliwia to stosowanie standardowych interfejsĂłw kart sieciowych dostÄ™pnych w komputerach PC. Warstwa Ĺ‚Ä…cza danych, tj. warstwa druga modelu OSI, jest częściowo zgodna z Ethernet TCP/IP. Warstwa ta zostaĹ‚a rozszerzona o mechanizm obsĹ‚ugi zadaĹ„ w trybie czasu rzeczywistego. OstatniÄ… warstwÄ… protokoĹ‚u EtherCAT jest warstwa aplikacyjna, tj. warstwa siĂłdma modelu OSI. Warstwy 3–6 modelu OSI w stosie EtherCAT nie sÄ… wykorzystywane. W standardowej sieci EtherCAT znajduje siÄ™ jedno urzÄ…dzenie nadzorcze oraz wiele urzÄ…dzeĹ„ podrzÄ™dnych (maksymalnie 65 535 adresĂłw). Sieć ma budowÄ™ logicznego pierĹ›cienia. W ukĹ‚adzie sterowania CNC ramka EtherCAT wysyĹ‚ana jest przez urzÄ…dzenie nadrzÄ™dne, tj. komputer PC, i zawiera dane przeznaczone dla kaĹźdego z urzÄ…dzeĹ„ podrzÄ™dnych w sieci. Ramka przekazywana jest kolejno przez kaĹźdy nastÄ™pny wÄ™zeĹ‚ sieci, po czym wraca do komputera PC. Po odebraniu ramki urzÄ…dzenie podrzÄ™dne odczytuje dane dla niego przeznaczone, zapisuje dane zwrotne, a nastÄ™pnie przekazuje ramkÄ™ do nastÄ™pnego urzÄ…dzenia w sieci. Opóźnienia propagacji ramki sÄ… minimalne (od 230 ns do 1 Îźs dla kaĹźdego wÄ™zĹ‚a sieci) [4], poniewaĹź przetwarzanie danych realizowane jest sprzÄ™towo. Odpowiada za to w kaĹźdej jednostce podrzÄ™dnej ukĹ‚ad FMMU (ang. Fieldbus Memory Management Unit). PrzykĹ‚adowy schemat przepĹ‚ywu informacji w magistrali EtherCAT przedstawiono na rys. 3. W węźle sieci dokonywane jest sprawdzenie, czy

Węzeł typu master

Napęd 1

Napęd n

Moduł we/wy analogowych

Moduł we/wy cyfrowych

Rys. 3. Schemat przepływu informacji w magistrali EtherCAT Fig. 3. Dataflow in the EtherCAT bus

31

[ H0H #*` ,# H ! ` H G

w aktualnej ramce znajdują się dane przeznaczone dla tego węzła. Odczyt, modyfikacja czy zapis danych do ramki w węźle poswoduje zmianę sumy kontrolnej (CRC) ramki. Umoşliwia ona ocenę przez urządzenie nadzorcze czy operacja transmisji ramki jest poprawna. Ostatni węzeł w sieci przesyła ramkę do urządzenia nadrzędnego. Format ramki EtherCAT określa standard IEEE.802.3. Budowę ramki EtherCAT przedstawiono na rys. 4. Ramka protokołu EtherCAT jest enkapsulowana w ramce Ethernet. Podstawowym nośnikiem informacji w ramce EtherCAT jest telegram, zbudowany z datagramów PDU (ang. Protocol Data Unit). Liczba datagramów odpowiada liczbie węzłów podrzędnych. Kaşdy PDU zawiera informacje przeznaczone dla węzłów podrzędnych i moşe zawierać od 64 do 1500 bajtów. Warstwa aplikacji stosu EtherCAT bazuje na protokole komunikacyjnym CANopen, który zawiera bibliotekę obiektów OBD (CiA 301) (ang. Object Dictionary). W strukturze biblioteki obiektów OBD zawarte są dane o wszystkich parametrach, odnoszących się do stosu komunikacyjnego EtherCAT (np. liczba węzłów), a takşe zmienne procesowe przesyłane z urządzenia nadzorczego do urządzeń podrzędnych. Kaşda zmienna (obiekt) ma w bibliotece OBD swój własny szesnastkowy identyfikator (indeks). Obiekty wysyłane i odbierane w fazie izochronicznej są przyporządkowane (mapowane) do struktury PDO (ang. Process Data Object), natomiast obiekty przesyłane w fazie asynchronicznej do struktury SDO (ang. Service Data Object). Obiekty mapowane do PDO dotyczą danych procesowych (krytycznych czasowo), obiekty mapowane do SDO są przewaşnie związane z danymi konfiguracyjnymi węzłów. Standard EtherCAT alternatywnie umoşliwia wysyłanie obiektów mapowanych w SDO za pomocą protokołu TCP/IP z pominięciem stosu EtherCAT. Kaşde urządzenie w sieci EtherCAT ma własną bibliotekę OBD z odpowiednio mapowanymi obiektami w PDO i SDO.

Oprócz standardowych obiektów, zdefiniowanych przez standard EtherCAT, istnieje przestrzeń indeksów (sekcja) w OBD, w której moşliwe jest definiowanie własnych obiektów uşytkownika. Sekcje te są zdefiniowane w odrębnych normach, w zaleşności od typu węzła podrzędnego. Standardy te znane są jako profile komunikacyjne urządzeń (ang. device profiles). Określają one zestaw obiektów zawierających konfigurację zmiennych procesu, typowych dla danego typu węzła. Profil komunikacyjny układów wejść i wyjść jest zdefiniowany w standardzie CiA 401, zaś serwonapędów w standardzie CiA 402. Kaşdy serwonapęd obsługujący protokół EtherCAT, musi mieć zaimplementowana bibliotekę OBD w standardzie CiA 402. Obiektami zdefiniowanymi przez CiA 402 mogą być dane dotyczące pozycji zadanej, pozycji rzeczywistej, wartości prędkości, wartości prądu, stanu logicznego cyfrowych wejść/wyjść, wartości współczynników wzmocnienia regulatorów typu PID, Feedforward, konfiguracji trybu pracy serwonapędu (praca w trybie momentowym, zadanej prędkości lub połoşenia) i wiele innych. Opracowany sterownik CNC w pełni wspiera standard CiA402, struktura zdefiniowana w CiA 402 jest w pełni obsługiwana. Wszystkie parametry komunikacyjne, konfiguracyjne i procesowe urządzeń pracujących w sieci EtherCAT są zdefiniowane w OBD. Kaşdy obiekt (parametr) jest jednoznacznie identyfikowany przez indeks i subindeks.

X=

Badany układ sterowania (rys. 5) złoşony był z komputera PC z procesorem Intel Core i3, karty sieciowej z portem Ethernet typu Realtek 8111/8168B, czterech osi numerycznych z serwonapędami ASDA-A2-0721-E firmy Delta o mocy 750 W i momencie 2,4 Nm, modułu sprzęgającego wejścia i wyjścia z portem Ethernet EK1828, układów wejść dyskretnych EL1008, wyjść dyskretnych EL2008 i modułu umoşli-

Ramka ethernetowa DA

SA

Typ Ether

Datagram

.AG‘ÙWEK

Datagram

‌

Datagram

PAD

CRC

Datagram

PAD

CRC

Telegram EtherCAT .AG‘ÙWEK %THERNET

IP

UDP

Datagram

.AG‘ÙWEK

Datagram

‌

Licznik

Dane

.AG‘ÙWEK

PDU

Rys. 4. Budowa ramki EtherCAT Fig. 4. EtherCAT frame structure

Rys. 6. Stanowisko badawcze – jednostka ruchu liniowego Fig. 6. Test setup – linear motion unit

Rys. 5. Stanowisko badawcze – widok układu sterowania Fig. 5. Test setup – control system

32

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

* . " / "

" , "

Tabela 1. Układ sterowania CNC z napędami ASDA-A2-0721-E Table 1. CNC control system with ASDA-A2-0721-E servo drives Lp.

Opis badania

Parametry

Uwagi

1.

Fluktuacje odczytanego połoşenia z przetwornika pomiarowego Hiperface silnika dla układu niewykonującego ruchu. Odczyt połoşenia z przetwornika obrotowo-impulsowego o rozdzielczości 144 000 imp./obr. umieszczonego na śrubie tocznej nie zmieniał się.

Âą2 Ă— 2 /1 280 000 rad

Rzeczywiste połoşenie równe zadanemu połoşeniu wału silnika – suport nie wykonywał przemieszczenia.

2.

Realizowany minimalny ruch obrotowy śruby tocznej (zadane połoşenie 1 × 2 /144 000 rad, tj. 1 inkrement przetwornika obrotowo-impulsowego).

Wykonano zadane przemieszczenie 1 Ă— 2 /144 000 rad

Ruch był powtarzalny w obu kierunkach. Odpowiada przemieszczeniu 0,03472 Οm

3.

Realizowany minimalny ruch obrotowy śruby tocznej (zadane połoşenie 1 × 2 /144 000 rad, tj. 1 inkrement przetwornika obrotowo-impulsowego). Wał silnika obciąşony momentem 1,8 Nm.

Wykonano zadane przemieszczenie 1 Ă— 2 /144 000 rad

Ruch był zadawany w obu kierunkach. Odpowiada przemieszczeniu suportu 0,03472 Οm

4.

Chwilowy maksymalny uchyb pozycji przy skokowej zmianie momentu obciąşenia silnika (zadane połoşenie nie zmieniło się). Moment obciąşenia na wale silnika 1,8 Nm

103 Ă— 2 /144 000 rad

wiającego podłączenie przetwornika obrotowo-impulsowego przyrostowego EL5101-0010 firmy Beckhoff. Badania przeprowadzono na jednostce ruchu liniowego (rys. 6), wyposaşonej w liniał pomiarowy o rozdzielczości 0,1 Οm i przetwornik obrotowo-impulsowy przyrostowy o rozdzielczości 144 000 inkrementów/obr. (firmy Kubler) umieszczony na przekładni śrubowej tocznej. Skok przekładni śrubowej tocznej wynosił 5 mm/obr. Dla maksymalnej prędkości silnika wynoszącej 3000 obr./min przekłada się to na maksymalną prędkość liniową suportu 15 m/min. Układ pomiarowy napędu ASDA-A2-0721-E (przetwornik pomiarowy umieszczony w silniku) miał rozdzielczość 1 280 000 inkr./obr. wału silnika. Osiągnięte podstawowe parametry przedstawiono w tabeli 1. Uzyskane wyniki świadczą o duşej dokładności pozycjonowania, moşliwości realizacji przemieszczeń stanowiących ułamek mikrometra, zarówno z obciąşeniem jak i bez obciąşenia. Układ sterowania charakteryzuje się duşą sztywnością – niewielkie chwilowe zmiany pozycji rzeczywistej przy skokowej zmianie obciąşenia.

6. Podsumowanie UkĹ‚ad sterowania cechuje siÄ™ prostÄ… budowÄ…, elementy skĹ‚adowe do budowy ukĹ‚adu sÄ… tanie i Ĺ‚atwo dostÄ™pne. Oprogramowanie ukĹ‚adu umoĹźliwia pisanie wyrafinowanych programĂłw uĹźytkowych w G-kodach, jak rĂłwnieĹź opisywać trajektoriÄ™ ruchu w postaci krzywych NURBS. UkĹ‚ad sterowania jest Ĺ‚atwy do adaptacji do sterowania maszynami o róşnej konfiguracji. Komunikacja przez magistrale EtherCAT jest deterministyczna z maĹ‚ymi rozrzutami w cyklicznym przesyĹ‚aniu i odczytywaniu danych z serwonapÄ™dĂłw i ukĹ‚adĂłw wejĹ›cia i wyjĹ›cia. Jedna przesyĹ‚ana ramka obsĹ‚uguje wszystkie serwonapÄ™dy, opóźnienie ramki przy przesyĹ‚aniu przez serwonapÄ™dy jest bardzo maĹ‚e i kompensowane w serwonapÄ™dach. UkĹ‚ad sterowania z zastosowanymi napÄ™dami cechowaĹ‚ siÄ™ bardzo duşą rozdzielczoĹ›ciÄ…, uzyskiwano realizacje przemieszczeĹ„ poniĹźej 1 Îźm. Opracowany ukĹ‚ad sterowania jest dobra alternatywa w stosunku do istniejÄ…-

Przed obciąşeniem rzeczywiste połoşenie było równe zadanemu połoşeniu wału silnika.

cych na rynku rozwiązań układów sterowania CNC maszyn, a zwłaszcza drogich układów sterowania zamkniętego.

( 1 ! 1.

Broel-Plater B., Dworak P., MikoĹ‚ajczak M., Mobile HMI system for the micromachine tool, „Pomiary Automatyka Robotykaâ€?, Vol. 16, Nr 12, 2012, 70–75. 2. KobyĹ‚kiewicz A., Pajdzik R., Waszczuk P., Fractional order PID controller in velocity control loop of CNC machine feed-drive module with permanent magnet synchronous motor, „Pomiary Automatyka Robotykaâ€?, Vol. 16, Nr 12, 2012, 144–150. 3. Knapp E.D., Langill J.T., Industrial Network Security: Securing critical infrastructure networks for smart grid, SCADA, and other Industrial Control Systems., Syngress 2014. 4. Chen, X., Li, D., Wan, J., Zhou, N., A clock synchronization method for EtherCAT master, Microprocessors and Microsystems 2016. 5. Grigoriev S.N., Martinov G.M., The Control Platform for Decomposition and Synthesis of Specialized CNC Systems, “Procedia CIRPâ€?, Vol. 41, 2016, 858–863, DOI: 10.1016/j. procir.2015.08.031. 6. The LinuxCNC Team: „LinuxCNC User Manualâ€?, http:// linuxcnc.org/docs/2.6/pdf/LinuxCNC_User_Manual.pdf. 7. RTAI – Real Time Application Interface Official Website, https://www.rtai.org/. 8. IEC 61158 Standard. 9. IEEE 802.3 Standard, http://standards.ieee.org/about/ get/#get802. 10. CANopen Product Guide, http://www.cia-productguides. org/canopen/profiles. 11. IEEE 802.3 Standard, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications. 12. ISO/IEC 7498-1:1994, Information technology—Open Systems Interconnection—Basic Reference Model: The Basic Model.

33

[ H0H #*` ,# H ! ` H G

( S ! & '8 ] ( L This article presents a PC-based numerical machine control system communicating via EtherCAT with servo drives and input/output devices controlling machine equipment. Linux RTAI real time operating system and LinuxCNC machine control software modified by the authors was implemented on the PC computer. A software EtherCAT communication module was developed and integrated with LinuxCNC. The developed module enabled communication with servo drives according to the CiA 402 standard and with input/output modules according to the CiA 401 standard. The developed control system has simple construction. It allows for very fast fullduplex communication with servo drives and input-output modules. The control system is flexible and easily implemented to controlling machines of different configurations. KeywordsT S ! ! ! / ! U W ?8'E U W S & '8

+ 2 )

+ 0 = O )

)< $ ! $

$ )< $ ! $

@ -MK. $ ; '>L = A ! / J $ \ / ( ; ( ( ! ! 0 / ; ! ! ; / ! $

C ! ! / J ; < @ B "F= 8 +%%K $ @ +%-O ; ! ( @ & ! @ $ \ / ( ( ! A S ! /0 ; / ! / ! ; ! $

+ )

+ 0 0 )

! $ )< $ ! $

)< $ ! $

C ! ! / J ; < @ B "F= 8 +%%. $ @ +%-. $ ; ! ( @ & ! @ $ \ / ( ! A ; S ! /0 / ; ! ! ! ( 0 A ! / $

= ! = J ! ' ! 8 ; ;? I / -M:% $ @ -M:, $ ! / ; < " !$ ' ! F $ @ -MK+ $ ; @ $ \ / ( ( ! A S ! ! ; 0 / ! $

+ ) 0< ) !$ ) ( $ " @ & 8 ! E < ! > -MK- $ ' ( ( ! A S ! ! ' b 'F ! ; 0 / $ C( C I ;? ; ! " 0 S 0 E' 8 $

34

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Pomiary Automatyka Robotyka, R. 20, Nr 2/2016, 35–40, DOI: 10.14313/PAR_220/35

! 0 I / / / Damian Wierzbicki @ ' ! 8 @ E J UA > B / ! 8 $ > $ $ = / + %%;M%K @

Kamil Krasuski ? @ > = / < = S ! $ @ 0 / -% %K;,%% ?

Streszczenie: W pracy przedstawiono rezultaty wyznaczenia współrzędnych Bezzałogowego Statku Powietrznego za pomocą metody średniej ruchomej i modelu Browna. Eksperyment badawczy przeprowadzono wykorzystując dane GPS pozyskane z urządzenia Trimble UX-5. W artykule równieş przedstawiono pełny algorytm dla modelu Browna i metody średniej ruchomej. ' T > I ! ! ! I

1. Wprowadzenie Wyznaczenie wiarygodnej pozycji Bezzałogowego Statku Powietrznego (BSP) w obszarze nawigacji lotniczej odbywa się z uşyciem sensora GPS, sensora INS lub integracji sensorów GPS/INS [7]. Sensor GPS umoşliwia wyznaczenie współrzędnych BSP dla kaşdej sekundy lotu w układzie globalnym ECEF, w postaci współrzędnych geocentrycznych XYZ lub współrzędnych elipsoidalnych BLh. Sensor INS umoşliwia określenie pozycji względnej statku powietrznego, tj. z epoki na epokę, przy wykorzystaniu danych z przyspieszeniomierzy oraz şyroskopów laserowych [2]. Wadą sensora INS jest stosunkowa niska dokładność wyznaczenia pozycji BSP wraz z upływem czasu dla długich tras przelotowych. Dlatego zaleca się, aby pozycja BSP była stale poprawiana o odczyty z sensora GPS [5]. Zarejestrowane surowe rezultaty współrzędnych BSP powinny zostać poddane dodatkowej korekcji w celu wyeliminowania pomiarów odstających z szeregu uzyskanych wyników oraz ich wygładzenia. Zazwyczaj w takiej sytuacji, surowe odczyty z sensora GPS są poddawane filtracji Kalmana, w postaci modelu dynamiki pojazdu PV (position, velocity) lub PVA (position, velocity, acceleration) [1, 4]. Model filtracji Kalmana stanowi integralną część algorytmu obliczeniowego dla mechanizmu sterującego lotem BSP. Ponadto filtracji Kalmana mogą zostać równieş poddane parametry kątów obrotu i przyspieszenia, pozyskane z sensora INS. Mechanizm zastosowania filtracji Kalmana zaleşy w głównej mierze od producenta

-

40 T

! @ ( ! $ ( ) $ $ -

-+$%O$+%-. $ +%$%,$+%-. $ !! " #$%

danego urządzenia BSP oraz powinien być wkomponowany w panel zarządzania i sterowania ruchem statku powietrznego. Docelowo skorygowane współrzędne BSP mogą być zastosowane w aerotriangulacji cyfrowej w celu wyznaczenia elementów orientacji zewnętrznej [8]. W przypadku wyznaczenia współrzędnych BSP bardzo waşną kwestię stanowi zastosowanie odpowiedniego modelu predykcji do określenia pozycji BSP na epokę pomiarową t + 1 (gdzie t – epoka bieşąca). Aspekt predykcji pozycji BSP jest istotny z punktu bezpieczeństwa wykonywania operacji oraz w przypadku braku łączności z urządzeniem latającym. Predykowana pozycja BSP moşe być wówczas wyznaczana na podstawie równań prognozy, uwzględniających modele statystyczne na bazie danych współrzędnych z zarejestrowanych poprzednich epok pomiarowych. Celem niniejszej pracy jest określenie charakteru wpływu modeli predykcyjnych na wyznaczenie współrzędnych BSP. Eksperyment badawczy został przeprowadzony na źródłowym zbiorze współrzędnych XYZ dla urządzenia pomiarowego Trimble UX-5. Obliczenia numeryczne zostały wykonane w środowisku programistycznym Scilab 5.4.1. Otrzymane rezultaty z przeprowadzonych badań zostały zaprezentowane w artykule w formie graficznej i tabelarycznej. Całość artykułu podzielono na 5 części: wstęp, metodologia badań, opis eksperymentu badawczego, rezultaty i dyskusja, wnioski końcowe.

U= " 1 ; W metodyce badań zaproponowano zastosowanie dwóch formuł matematycznych opisujących model średniej ruchomej oraz model Browna [3]. Model średniej ruchomej moşna zapisać w następujący sposób [10]: Ft*+ 1 =

1 n

n

∑ Ft

(1)

t =1

35

J , * c # ,Q F ' ! ! $ # !

Rys. 1. Trajektoria pozioma BSP Fig. 1. The horizontal trajectory of UAV

Rys. 2. Trajektoria pionowa BSP Fig. 2. The vertical trajectory of UAV

gdzie: Ft*+1 – prognoza danej zmiennej (czytaj współrzędnej X lub Y lub Z) na epokę t + 1, n – liczba obserwacji zastosowana w prognozie, Ft – wartości danej zmiennej (czytaj współrzędnej X lub Y lub Z) na epokę t. Model średniej ruchomej jest algorytmem sekwencyjnym, bazującym na zbiorze danych dla poszczególnej zmiennej z poprzednich epok pomiarowych. Prosty model Browna jest modelem wykładniczym o następującej postaci matematycznej [10]:

WspółrzÄ™dne elipsoidalne BLh zostaĹ‚y przetransformowane do ukĹ‚adu geocentrycznego XYZ, w ktĂłrym wykonano dalsze obliczenia numeryczne na potrzeby eksperymentu badawczego. Eksperyment zostaĹ‚ przeprowadzony dla wybranych 85 epok pomiarowych. W trakcie przeprowadzanych obliczeĹ„ ustalono, iĹź weryfikacja modelu Ĺ›redniej ruchomej zostanie sprawdzona dla zbioru 3- oraz 10-elementowego. FormuĹ‚a matematyczna prognozy w modelu Ĺ›redniej ruchomej dla: − zbioru 3-elementowego

Gt*+1 = Îą â‹… Gt + (1 − Îą ) â‹… Gt*

(2) Ft*+ 1 =

gdzie: Gt*+1 – prognoza danej zmiennej (współrzędnej X lub Y lub Z) na epokę t + 1, a – waga pomiarowa, Gt* – prognoza danej zmiennej (współrzędnej X lub Y lub Z) na epokę t, Gt – wielkość pomiarowa danej zmiennej (współrzędnej X lub Y lub Z) na epokę t. W modelu Browna parametr a przyjmuje wartości z zakresu od 0 do 1, zaś początkowa wartość parametru Gt na epokę t = 1 jest oszacowana na podstawie średniej arytmetycznej z kilku pierwszych epok pomiarowych.

(4)

Natomiast w przypadku modelu Browna zaproponowano, aby początkowa wartość parametru Gt na epokę t = 1 była wyznaczona jako średnia arytmetyczna z trzech pierwszych epok pomiarowych. Ponadto w modelu Browna wykonano obliczenia przy załoşeniu, iş współczynnik ι wynosi odpowiednio 0,1 oraz 0,9.

W ramach eksperymentu badawczego wykonano obliczenia mające na celu określenie wpływu modeli prognozy na wyznaczenie pozycji BSP w czasie wykonywania lotu testowego. Śródłowe odczyty współrzędnych BSP pochodzą z urządzenia Trimble UX-5 („minibezzałogowiec�), którego masa nie przekracza 2,5 kg, a rozpiętość skrzydeł wynosi do 1 m. Urządzenie Trimble UX-5 ma wbudowany jednoczęstotliwościowy odbiornik firmy Trimble, który rejestruje dane GPS z częstotliwością do 10 Hz [9]. Współrzędne GPS określające pozycję BSP są zapisywane w pliku tekstowym (tzw. „log�), w którym ponadto zawarte są wartości kątów orientacji HPR (Heading, Pitch i Roll) [6]. Na rys. 1 zaprezentowano trajektorię lotu BSP w płaszczyźnie horyzontalnej. Ponadto na rys. 2 zaprezentowano wysokość lotu BSP podczas eksperymentu. Średnia wysokość lotu wyniosła 229,7 m, z rozpiętością od 222,1 m do 235,9 m. Urządzenie Trimble UX-5 zapisuje odczyty wysokości elipsoidalnej podczas wykonywania zdjęć na ustalonym pułapie wysokości. W pliku „log� brak jest danych wysokościowych dotyczących początkowej fazy startu BSP z powierzchni podłoşa.

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

(3)

− zbioru 10-elementowego

V= @

1

36

1 3 ∑ Ft 3 t =1

X= : 1 ; 4 Na rys. 3 przedstawiono róşnicÄ™ otrzymanej prognozy współrzÄ™dnych BSP z danymi ĹşrĂłdĹ‚owymi z urzÄ…dzenia Trimble UX-5. WartoĹ›ci prognozy współrzÄ™dnych BSP zostaĹ‚y wyznaczone w oparciu o Ĺ›redniÄ… ruchomÄ… 10-elementowÄ… (4) dla 75 epok pomiarowych. Dla analizy porĂłwnawczej wykorzystano rzeczywiste współrzÄ™dne BSP od epoki 11 do 85. Parametry poszczegĂłlnych róşnic współrzÄ™dnych BSP zostaĹ‚y wyznaczane na podstawie zaleĹźnoĹ›ci:

(5)

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

+

. "

" #

Rys. 3. Róşnica współrzÄ™dnych BSP dla modelu Ĺ›redniej ruchomej 10-elementowej Fig. 3. The difference of UAV coordinates for moving average model of 10 elements

gdzie: (DXMA10, DYMA10, DZMA10) – wartoĹ›ci róşnic współrzÄ™dnych BSP dla Ĺ›redniej ruchowej 10-elementowej, (X[11:85], Y[11:85], Z[11:85]) – ĹşrĂłdĹ‚owe odczyty z urzÄ…dzenia Trimble UX-5 od epoki 11 do 85, (XMA10, YMA10, ZMA10) – wartoĹ›ci prognozy dla Ĺ›redniej ruchomej 10-elementowej. Ĺšrednia wartość parametru XMA10 wynosi –82,4 m, przy rozrzucie wynikĂłw od –87,4 m do –77,1 m. Ĺšrednia wartość parametru YMA10 wynosi –40,1 m, przy rozrzucie wynikĂłw od –44,1 m do –35,9 m. W przypadku parametru ZMA10, Ĺ›rednia wartość wynosi 69,6 m, przy dyspersji wynikĂłw od 62,3 m do 78,2 m. Na rys. 4 przedstawiono wartoĹ›ci róşnicy miÄ™dzy wartoĹ›ciami prognozy dla modelu Ĺ›redniej ruchomej 3-elementowej oraz ĹşrĂłdĹ‚owymi odczytami z urzÄ…dzenia Trimble UX-5. Analiza wynikĂłw zostaĹ‚a przeprowadzona na prĂłbce danych od epoki 4 do 85. Parametry poszczegĂłlnych róşnic współrzÄ™dnych BSP zostaĹ‚y wyznaczane na podstawie zaleĹźnoĹ›ci:

Rys. 4. Róşnica współrzÄ™dnych BSP dla modelu Ĺ›redniej ruchomej 3-elementowej Fig. 4. The difference of UAV coordinates for moving average model of 3 elements

Rys. 5. Róşnica współrzÄ™dnych BSP wzdĹ‚uĹź osi X dla modelu Browna Fig. 5. The difference of UAV coordinates for X axis using Brown model

(6)

metry róşnicy współrzÄ™dnych BSP wzdĹ‚uĹź osi X w modelu Browna zostaĹ‚y wyznaczone jak poniĹźej:

gdzie: (DXMA3, DYMA3, DZMA3) – wartoĹ›ci róşnic współrzÄ™dnych BSP dla Ĺ›redniej ruchowej 3-elementowej, (X[4:85], Y[4:85], Z[4:85]) – ĹşrĂłdĹ‚owe odczyty z urzÄ…dzenia Trimble UX-5 od epoki 4 do 85, (XMA3, YMA3, ZMA3) – wartoĹ›ci prognozy dla Ĺ›redniej ruchomej 3-elementowej. Ĺšrednia wartość parametru XMA3 wynosi –29,9 m, przy rozrzucie wynikĂłw od –34,3 m do –25,6 m. Ĺšrednia wartość parametru YMA3 wynosi –14,6 m, przy rozrzucie wynikĂłw od –18,2 m do –11,6 m. W przypadku parametru ZMA3, Ĺ›rednia wartość wynosi 25,4 m, przy dyspersji wynikĂłw od 18,6 m do 31,6 m. PorĂłwnujÄ…c uzyskane rezultaty z wykresu 3 oraz 4 moĹźna wywnioskować, iĹź ograniczenie zbioru liczbowego danych wejĹ›ciowych dla modelu Ĺ›redniej ruchomej, powoduje zmniejszenie siÄ™ róşnicy wartoĹ›ci współrzÄ™dnych BSP z prognozy i odczytĂłw ĹşrĂłdĹ‚owych z sensora GPS. Na rys. 5 zaprezentowano wartoĹ›ci róşnicy współrzÄ™dnych BSP wzdĹ‚uĹź osi X miÄ™dzy prognozÄ… z modelu Browna a ĹşrĂłdĹ‚owymi danymi z sensora GPS. Prognoza w modelu Browna zostaĹ‚ wykonana przy zaĹ‚oĹźeniu, iĹź parametr wagowy a wynosi odpowiednio 0,1 oraz 0,9. Ponadto wartość poczÄ…tkowa prognozy dla współrzÄ™dnej X na epokÄ™ t = 1 jest obliczana jako Ĺ›rednia arytmetyczna z pierwszych 3 obserwacji (n = 3). Para-

(7)

gdzie: (DXa=0,1, n=3, DXa=0,9, n=3) – wartoĹ›ci róşnicy współrzÄ™dnej X w modelu Browna, przy zaĹ‚oĹźeniu iĹź a wynosi 0,1 lub 0,9 oraz n = 3, X[2:85] – ĹşrĂłdĹ‚owe odczyty z urzÄ…dzenia Trimble UX-5 dla współrzÄ™dnej X od epoki 2 do 85, (Xa=0,1, n=3, Xa=0,9, n=3) – wartoĹ›ci prognozy dla współrzÄ™dnej X w modelu Browna. Ĺšrednia wartość parametru XÎą=0,1, n=3 wynosi –131,9 m, przy rozrzucie wynikĂłw od –153,8 m do +0,1 m. Ponadto odchylenie standardowe dla przeciÄ™tnej wartoĹ›ci parametru XÎą=0,1, n=3 wynosi 33,4 m. W przypadku parametru XÎą=0,9, n=3, Ĺ›rednia wartość wynosi –16,6 m, przy dyspersji wynikĂłw od –22,6 m do –10,7 m. Wartość odchylenia standardowego dla przeciÄ™tnej wartoĹ›ci parametru XÎą=0,9, n=3 wynosi 2,4 m. Warto zwrĂłcić uwagÄ™, iĹź parametry mediany odpowiednio dla parametrĂłw XÎą=0,1, n=3 oraz XÎą=0,9, n=3 sÄ… rĂłwne –146,2 m oraz –16,5 m. Na rys. 6 zaprezentowano wartoĹ›ci róşnicy współrzÄ™dnych BSP wzdĹ‚uĹź osi Y miÄ™dzy prognozÄ… z modelu Browna a ĹşrĂłdĹ‚owymi danymi z sensora GPS. Prognoza w modelu Browna zostaĹ‚ wykonana przy zaĹ‚oĹźeniu, iĹź parametr wagowy Îą wynosi odpowiednio 0,1 oraz 0,9. Ponadto wartość poczÄ…tkowa pro-

37

J , * c # ,Q F ' ! ! $ # !

Rys. 6. Róşnica współrzÄ™dnych BSP wzdĹ‚uĹź osi Y dla modelu Browna Fig. 6. The difference of UAV coordinates for Y axis using Brown model

Rys. 7. Róşnica współrzÄ™dnych BSP wzdĹ‚uĹź osi Z dla modelu Browna Fig. 7. The difference of UAV coordinates for Z axis using Brown model

gnozy dla współrzÄ™dnej Y na epokÄ™ t = 1 jest obliczana jako Ĺ›rednia arytmetyczna z pierwszych 3 obserwacji (n = 3). Parametry róşnicy współrzÄ™dnych BSP wzdĹ‚uĹź osi Y w modelu Browna zostaĹ‚y wyznaczone jak poniĹźej:

19,4 m. Wartość odchylenia standardowego dla przeciętnej wartości parametru Zι=0,9, n=3 wynosi 2,4 m. Parametry mediany odpowiednio dla parametrów Zι=0,1, n=3 oraz Zι=0,9, n=3 są równe 123,1 m oraz 13,9 m. Porównując wartości rezultatów na wykresach 5, 6 oraz 7 moşna wywnioskować, iş zastosowanie wagi zblişonej do wartości 0 powoduje duşe rozrzuty wyników podczas predykcji współrzędnych BSP. Szczególne duşe rezultaty dyspersji wyników są zauwaşalne w miarę oddalania się od punktu początkowego na epokę t = 1. Natomiast przy załoşeniu, iş waga obserwacji jest zblişona do wartości 1, rozrzut wyników w prognozie dla modelu Browna jest znacznie mniejszy. Moşna stwierdzić, iş wartości współrzędnych BSP z procesu predykcji w modelu Browna, dla których parametr a dąşy do 1, są zblişone do współrzędnych rzeczywistych, zarejestrowanych przez sensor GPS.

(8)

gdzie: (DYÎą=0,1, n=3, DYÎą=0,9, n=3) – wartoĹ›ci róşnicy współrzÄ™dnej Y w modelu Browna, przy zaĹ‚oĹźeniu iĹź a wynosi 0,1 lub 0,9 oraz n = 3, Y[2:85] – ĹşrĂłdĹ‚owe odczyty z urzÄ…dzenia Trimble UX-5 dla współrzÄ™dnej Y od epoki 2 do 85, (YÎą=0,1, n=3, YÎą=0,9, n=3) – wartoĹ›ci prognozy dla współrzÄ™dnej Y w modelu Browna. Ĺšrednia wartość parametru YÎą=0,1, n=3 wynosi –64,6 m, przy rozrzucie wynikĂłw od –76,1 m do –0,1 m. Ponadto odchylenie standardowe dla przeciÄ™tnej wartoĹ›ci parametru YÎą=0,1, n=3 wynosi 15,4 m. W przypadku parametru YÎą=0,9, n=3, Ĺ›rednia wartość wynosi –8,1 m, przy dyspersji wynikĂłw od –11,3 m do –5,1 m. Wartość odchylenia standardowego dla przeciÄ™tnej wartoĹ›ci parametru YÎą=0,9, n=3 wynosi 1,4 m. Wielkość mediany odpowiednio dla parametrĂłw YÎą=0,1, n=3 oraz YÎą=0,9, n=3 sÄ… rĂłwne –70,5 m oraz –8,1 m. Na rys. 7 przedstawiono wartoĹ›ci róşnicy współrzÄ™dnych BSP wzdĹ‚uĹź osi Z miÄ™dzy prognozÄ… z modelu Browna a ĹşrĂłdĹ‚owymi danymi z sensora GPS. Prognoza w modelu Browna zostaĹ‚a wykonana przy zaĹ‚oĹźeniu, iĹź parametr wagowy a wynosi odpowiednio 0,1 oraz 0,9. Ponadto wartość poczÄ…tkowa prognozy dla współrzÄ™dnej Z na epokÄ™ t = 1 jest obliczana jako Ĺ›rednia arytmetyczna z pierwszych 3 obserwacji (n = 3). WartoĹ›ci róşnicy współrzÄ™dnych BSP wzdĹ‚uĹź osi Z w modelu Browna zostaĹ‚y wyznaczone:

5. Wnioski W artykule omĂłwiono i zaprezentowano rezultaty zastosowania modeli predykcji do okreĹ›lenia współrzÄ™dnych BSP. W obliczeniach wykorzystano surowe odczyty z sensora GPS zamontowanego na urzÄ…dzeniu Trimble UX-5. W ramach obliczeĹ„ wykonano eksperyment badawczy majÄ…cy na celu okreĹ›lenie zbieĹźnoĹ›ci wyznaczonych współrzÄ™dnych BSP modeli predykcyjnych oraz rzeczywistych danych z sensora GPS. W trakcie eksperymentu badawczego wykorzystano model Ĺ›redniej ruchomej oraz model wygĹ‚adzania wykĹ‚adniczego Browna. W obydwu modelach prognostycznych zastosowano róşne parametry brzegowe oraz wartoĹ›ci poczÄ…tkowe zbioru danych wejĹ›ciowych. W trakcie przeprowadzonych obliczeĹ„ i badaĹ„ wyciÄ…gniÄ™to nastÄ™pujÄ…ce wnioski: − zastosowanie modelu Ĺ›redniej ruchomej 3-elementowej umoĹźliwia lepsze dopasowanie uzyskanych współrzÄ™dnych BSP wzglÄ™dem rzeczywistych wartoĹ›ci pozycji BSP; − zastosowanie modelu Ĺ›redniej ruchomej 10-elementowej powoduje, iĹź róşnica co do wartoĹ›ci bezwzglÄ™dnej miÄ™dzy współrzÄ™dnymi wyznaczanymi z predykcji a rzeczywistymi odczytami z sensora GPS dochodzi nawet do 90 m; − zastosowanie wartoĹ›ci parametru Îą bliskiej 0 w modelu Browna powoduje, iĹź dyspersja wynikĂłw miÄ™dzy uzyskanymi współrzÄ™dnymi z predykcji oraz rzeczywistymi danymi z GPS znaczÄ…cÄ… wzrasta; − przy zaĹ‚oĹźeniu iĹź parametr Îą jest bliski 1, wtedy róşnica miÄ™dzy wyznaczanymi współrzÄ™dnymi z predykcji oraz rzeczywistymi danymi z GPS jest mniejsza co do wartoĹ›ci bezwzglÄ™dnej niĹź 20 m;

(9)

gdzie: (DZÎą=0,1, n=3, DZÎą=0,9, n=3) – wartoĹ›ci róşnicy współrzÄ™dnej Z w modelu Browna, przy zaĹ‚oĹźeniu iĹź Îą wynosi 0,1 lub 0,9 oraz n = 3, Z[2:85] – ĹşrĂłdĹ‚owe odczyty z urzÄ…dzenia Trimble UX-5 dla współrzÄ™dnej Z od epoki 2 do 85, (ZÎą=0,1, n=3, ZÎą=0,9, n=3) – wartoĹ›ci prognozy dla współrzÄ™dnej Z w modelu Browna. Ĺšrednia wartość parametru ZÎą=0,1, n=3 wynosi 112,3 m, przy rozrzucie wynikĂłw od –0,8 m do 134,1 m. Ponadto odchylenie standardowe dla przeciÄ™tnej wartoĹ›ci parametru ZÎą=0,1, n=3 wynosi 27,1 m. W przypadku parametru ZÎą=0,9, n=3, Ĺ›rednia wartość wynosi 14,1 m, przy dyspersji wynikĂłw od 9,7 m do

38

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

+

. "

" #

− na bazie przeprowadzonych testĂłw numerycznych stwierdzono, iĹź najlepsze rozwiÄ…zania dla metody predykcji poĹ‚oĹźenia BSP otrzymano dla modelu Browna, przy warunkach poczÄ…tkowych a = 0,9 oraz n = 0,39.

( 1 ! 1. BezruÄ?ka J., The use of Kalman filter in Geodesy and Navigation, “Slovak Journal of Civil Engineeringâ€?, Vol. XIX, No. 2, 2011, 8–15. 2. Grygiel R., Bieda R., Wojciechowski K., Metody wyznaczania kÄ…tĂłw z ĹźyroskopĂłw dla filtru komplementarnego na potrzeby okreĹ›lania orientacji IMU, „PrzeglÄ…d Elektrotechnicznyâ€?, R. 90, Nr 9, 2014, 217–224. 3. Grzesica D., WiÄ™cek P., Wykorzystanie modeli autore-

gresji i średniej ruchomej w prognozowaniu wielkości popytu niezaleşnego, „Logistyka�, 4/2014, 3908–3913. 4. Kaniewski P., Adaptacyjny filtr Kalmana odbiornika GNSS, „Logistyka�, 6/2011, 1569–1578. 5. Kędzierski M., Fryśkowska A., Wierzbicki D., Opracowania fotogrametryczne z niskiego pułapu, Wyd. Wojskowa

Akademia Techniczna, ISBN 978-83-7938-047-3, Warszawa 2014. 6. Krasuski K., Wierzbicki D., Wyznaczenie kursu bezzałogowego statku powietrznego na podstawie danych GPS i INS, „Pomiary Automatyka Robotyka�, R. 19, Nr 4, 2015, 63–68, DOI: 10.14313/PAR_218/63. 7. Kraszewski T., Kaniewski P., Kubicki I., Systemy nawigacyjne miniaturowych bezzałogowych statków powietrznych, „Biuletyn WAT�, Vol. LXII, Nr 4, 2013, 155–178. 8. Wierzbicki D., Aspekty aerotriangulacji zdjęć cyfrowych pozyskanych kamerą niemetryczną zamontowaną na pokładzie bezzałogowego statku latającego, „Biuletyn WAT�, Vol.

LXII, Nr 4, 2013, 113–128. 9. Wierzbicki D., Krasuski K., Estimation of rotation

angles based on GPS data from UX5 Platform, “Measurement Automation Monitoringâ€?, Vol. 61, No. 11, 2015, 516–520. 10. Ziółkowski K., Bujak A., Prognozowanie dziaĹ‚alnoĹ›ci logistycznej przy wykorzystaniu metod iloĹ›ciowych, „Logistykaâ€?, 3/2014, 7098–7108.

' F < ! < "'D Abstract: In paper, the results of determination UAV coordinates based on the Brown model and moving average method were presented. The research test was realized using raw GPS data from Trimble UX-5 platform. In paper, the full algorithm of Brown model and moving average method was also described. KeywordsT > "'D ! < ! / / I !

+ ' )

+ 0 0 # )

! $ ( ) $ $

c ( ) $

'( @ ' ! 8 ; @ $ C( ; T < ( 0 < / ! $

'( @ ' ! 8 ; @ $ ' / ! 8& 8 ( W -$%$% P ( -$,$%Q$ C( T / / / ; < / ! ! ! $ C +%-OT 0 8 $ C +%-,T ? N @ > = / < = S ; ! $

39

J , * c # ,Q F ' ! ! $ # !

40

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Pomiary Automatyka Robotyka, R. 20, Nr 2/2016, 41–48, DOI: 10.14313/PAR_220/41

/ ! ! 0 / 0 ( ! ! 0 U Jacek Dunaj, Dariusz Grabowski ! E ' ! ! 0 E' ' $ \ ! +%+ %+;OK. @

Streszczenie: Podczas uruchamiania stanowisk przemysłowych zawierających sterowniki PLC, roboty i komputery przemysłowe duşym ułatwieniem jest moşliwość podglądu stanu sygnałów obiektowych i zmiennych programów aplikacyjnych. Producenci urządzeń sterujących w swoim oprogramowaniu do tworzenia aplikacji często udostępniają dodatkowe narzędzia do realizacji takich funkcji. Ciekawym rozwiązaniem jest oprogramowanie MX Components firmy Mitsubishi Electric oferujące nie tylko moşliwość podglądu tego, co dzieje się w sterowniku, ale teş dostarczające narzędzi do tworzenia własnego programu diagnostycznego. W artykule przedstawiono moşliwości funkcjonalne programowalnego monitora stanów sygnałów obiektowych i zmiennych systemowych sterowników Mitsubishi, który uruchomiono w celu ułatwienia testowania i diagnostyki aplikacji przemysłowych wykonywanych w Instytucie. ' T U ! / ! / A / 0 ( ! ! 0

1. Wprowadzenie Podczas prac montaĹźowych, uruchamiania i testowania stanowisk przemysĹ‚owych, wyposaĹźonych w programowalne sterowniki PLC duĹźym uĹ‚atwieniem jest moĹźliwość podglÄ…du aktualnego stanu i rÄ™cznego wysterowywania róşnych sygnaĹ‚Ăłw obiektowych. Dodatkowym wyposaĹźeniem niektĂłrych sterownikĂłw sÄ… diody Ĺ›wiecÄ…ce sprzęşone z pojedynczymi wejĹ›ciami i wyjĹ›ciami. Innym sposobem przekazywania informacji o sygnaĹ‚ach obiektowych jest oprogramowanie umoĹźliwiajÄ…ce monitorowanie ich stanu za pomocÄ… standardowego interfejsu. Diody przekazujÄ… informacjÄ™ szybciej, ale specjalizowane oprogramowanie oferuje znacznie wiÄ™ksze moĹźliwoĹ›ci. Aplikacja sterownika PLC najczęściej jest tworzona na zewnÄ™trznym komputerze PC za pomocÄ… dedykowanego oprogramowania. Oprogramowanie takie zawiera funkcje tworzenia i edycji programu aplikacyjnego oraz zapewnia peĹ‚nÄ… obsĹ‚ugÄ™ samego sterownika – zapis i odczyt aplikacji do/z pamiÄ™ci, uruchamianie, zatrzymywanie i debugging programu, podglÄ…d stanu wejść, ustawianie zmiennych systemowych odnoszÄ…cych siÄ™ np. do nastaw zegara i kalendarza, adresacji i parametryza-

-

40 T \ ) $ -

%M$%,$+%-. $ +,$%,$+%-. $ !! " #$%

cji portów transmisyjnych. W zaleşnosci od sprzętowego wyposaşenia sterownika, wszystkie te czynności są wykonywane za pośrednictwem standardowych interfejsów komunikacyjnych (RS-232, Ethernet, USB, IEEE 1394). Równieş oprogramowanie systemowe sterownika powinno realizować funkcje umoşliwiające współpracę z odpowiednim programem komputera PC. Za wykonywanie programu aplikacyjnego odpowiada oprogramowanie systemowe sterownika. System odczytuje stany wszystkich wejść sterownika i zapamiętuje je w odpowiednich rejestrach pamięci, następnie wykonuje cały program aplikacyjny. Jeśli kolejne instrukcje programu zawierają odwołania do stanu wejść, ich wartości są pobierane z rejestrów pamięci. Jeśli efektem działania aplikacji ma być zmiana stanu wyjść, to informacja o tym jest zapamiętywana w rejestrach sterownika, a właściwe wysterowanie ma miejsce dopiero po wykonaniu całego programu aplikacyjnego. Specyfika programu aplikacyjnego sterownika PLC wymaga ograniczonego czasu wykonania, więc program nie moşe zostać „zapętlony� w oczekiwaniu na spełnienie warunku umoşliwiającego wyjście z pętli. Po wykonaniu aplikacji i wysterowaniu wyjść, cały cykl jest powtarzany. Jeśli programu aplikacyjnego nie wprowadzono do pamięci sterownika lub po wczytaniu nie został uruchomiony, oprogramowanie systemowe cały czas cyklicznie realizuje wymianę informacji między wejściami i wyjściami a przypisanymi im rejestrami pamięci. Przez cały czas prowadzony jest teş nasłuch kanału transmisyjnego wykorzystywanego do komunikacji z oprogramowaniem komputera PC przeznaczonym do obsługi sterownika. W przypadku, gdy sterownik ma dwa kanały (np. do sterownika Mitsubishi z jednostką centralną Q02HCPU wbudowano port RS-232 i port USB) to nasłuch prowadzony jest w obu kanałach. Nasłuch nie wymaga

41

! Q ! Q

Q bH

2. Oprogramowanie MX Components

tworzenia dodatkowego kodu w programie aplikacyjnym, nie ma teş bezpośredniego wpływu na jego wykonywanie (poza komendami START i STOP), jest wykonywany przez oprogramowanie systemowe sterownika.

Funkcja monitorowania stanu sygnałów i zmiennych za pomocą pakietu GX Works2 jest bardzo przydatna, jednak brak znajomości tego narzędzia oraz struktury i wewnętrznych oznaczeń zmiennych aplikacji uniemoşliwia praktyczne jej wykorzystanie. Potrzebne jest rozwiązanie, które upraszcza sposób odczytu informacji bezpośrednio ze sterownika i umoşliwia dowolnej aplikacji komputera PC komunikację z oprogramowaniem systemowym sterownika tak jak GX Works2. Pakiet MX Components firmy Mitsubishi oferuje moşliwość znacznie prostszego podglądu stanu nie tylko sygnałów obiektowych (wejść, wyjść), ale takşe zmiennych systemowych (m.in. timery, liczniki, markery, rejestry danych). Dostarcza równieş moduły, które umoşliwiają zbudowanie aplikacji komputera PC do bezpośredniej komunikacji z oprogramowaniem systemowym sterownika PLC.

U={= % ' , Aplikacja umoşliwia definiowanie kanału transmisyjnego między komputerem PC i sterownikiem Mitsubishi. Definiowanie kanału polega na nadaniu numeru (0–1023), określeniu rodzaju interfejsu do jego obsługi (RS-232, USB, Ethernet) oraz określeniu parametrów transmisji, jeśli są wymagane. Jednym z dodatkowych parametrów jest typ jednostki centralnej sterownika, nie ma on jednak wpływu na połączenie ze sterownikiem, poniewaş kanał o wybranym numerze moşna wykorzystywać do połączenia z inną jednostką centralną niş zadeklarowano podczas definiowania kanału. Słuşy on do weryfikacji, czy wybrany moduł jednostki centralnej zawiera wybrany interfejs komunikacyjny. Po zdefiniowaniu kanału i fizycznym połączeniu komputera ze sterownikiem moşna wykonać test transmisji (Connection test) sprawdzający, czy wspólpraca komputera ze sterownikiem jest prawidłowa.

Rys. 1. Okno programu GX Works2 do podglądu stanów niektórych sygnałów obiektowych Fig. 1. GX Works2 window to preview the states of some signals of object

Sterowniki PLC firmy Mitsubishi sÄ… programowane za pomocÄ… oprogramowania GX Developer, GX IEC Developer lub GX Works2 pracujÄ…cego na komputerze PC pod kontrolÄ… systemu operacyjnego Windows. Wymienione programy współpracujÄ… z oprogramowaniem systemowym sterownikĂłw, umoĹźliwiajÄ… nie tylko tworzenie aplikacji, ale takĹźe realizujÄ… wymienione funkcje obsĹ‚ugi. Z punktu widzenia osoby montujÄ…cej stanowisko lub poszukujÄ…cej uszkodzenia w ukĹ‚adzie sterowania (niebÄ™dÄ…cej autorem programu aplikacyjnego), oprogramowanie to ma kilka wad: − wymaga zainstalowania na komputerze operatora i potwierdzenia praw licencyjnych, − operator musi umieć posĹ‚ugiwać siÄ™ programami narzÄ™dziowymi i znać specyfikÄ™ programowania sterownikĂłw PLC, − sprawdzenie dziaĹ‚anie elementĂłw stanowiska zwykle wymaga znajomoĹ›ci postaci ĹşrĂłdĹ‚owej programu, jego struktury, funkcji realizowanych przez róşne moduĹ‚y i ich wzajemne powiÄ…zania – w praktyce jest to zwykle utrudnione, − siÄ™ganie do ĹşrĂłdeĹ‚ aplikacji za pomocÄ… oprogramowania narzÄ™dziowego zwykle grozi nieumyĹ›lnym wprowadzeniem niepoşądanych modyfikacji. Na rys. 1 pokazano przykĹ‚adowe okno programu GX Works2 z otwartym podglÄ…dem fragmentu aplikacji sterownika Mitsubushi FX1S w trybie cyklicznego monitorowania stanu niektĂłrych sygnaĹ‚Ăłw i zmiennych programu. PrzyciskOtwierania_ZEW bÄ™dzie wypeĹ‚niony kolorem niebieskim, jeĹ›li operator wciĹ›nie przycisk doĹ‚Ä…czony do odpowiedniego wejĹ›cia dwustanowego, a kolorem biaĹ‚ym – jeĹ›li przycisk zostanie zwolniony. Aby informacja ta pojawiĹ‚a siÄ™ w oknie programu GX Works2 program wysyĹ‚a do sterownika odpowiednie zapytanie, a oprogramowanie systemowe sterownika PLC odsyĹ‚a odpowiedĹş. Treść odpowiedzi nie jest generowana na podstawie bezpoĹ›redniego odczytu wejĹ›cia dwustanowego, lecz informacji zapisanej w rejestrze pamiÄ™ci sterownika. Zawartość tego rejestru jest cyklicznie uaktualniana przez system sterownika.

42

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

Rys. 2. Okno dialogowe aplikacji Communication Setup Utility do definiowania kanału transmisyjnego do/z sterownika Fig. 2. A dialog window applications Communication Setup Utility to define the transmission channel to/from controller

Definiowanie kanału jest istotne dla innych elementów oprogramowania MX Components. Na jednym komputerze PC moşe być zdefiniowanych wiele kanałów transmisyjnych.

U=U= 9% " , Aplikacja umoşliwia podgląd i monitorowanie aktualnego stanu sygnałów obiektowych oraz zmiennych systemowych sterownika. Na rys. 3 przedstawiono przykład okna dialogowego z zaprogramowanym podglądem stanów następujących zmiennych: wejść X0 i X1, rejestru danych D0, wyjścia Y0,

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

) +# * + #

Rys. 3. Okno dialogowe aplikacji PLC Monitor Utility do podglądu stanu sygnałów obiektowych i zmiennych systemowych sterowników Fig. 3. A dialog window applications PLC Monitor Utility to view the status of object signals and system variables controllers

wewnętrznych znaczników binarnych M0 i S1, timera T1 oraz licznika C0. Listę monitorowanych urządzeń (sygnałów) ustala się za pomocą przycisków: Register device (dopisz urządzenie do listy), Delete device (usuń urządzenie z listy), Clear device (usuń wszystkie urządzenia z listy). Aplikację tę moşna stosować podczas prac montaşowych, uruchamiania i testowania stanowiska z programowalnym sterownikiem PLC.

U=V= A - $| Podczas instalacji pakietu MX Components zostajÄ… zainstalowane kontrolki Active X, ktĂłre w tym przypadku dostarczajÄ… komponentĂłw umoĹźliwiajÄ…cych zbudowanie aplikacji komputera PC do współpracy z oprogramowaniem systemowym dowolnego sterownika Mitsubishi. Współpraca ta odbywa siÄ™ za pomocÄ… kanaĹ‚u transmisyjnego, zdefiniowanego programem Communication Setup Utility. Od autora aplikacji komputera PC nie jest wymaga wiedza na temat ramki protokoĹ‚u ani sposobu jej wysyĹ‚ania i odbioru odpowiedzi, poniewaĹź dostÄ™pne sÄ… gotowe funkcje zawarte w bibliotekach do obsĹ‚ugi kontrolek. Do komunikacji z komputerem PC nie jest takĹźe potrzebna Ĺźadna dodatkowa modyfikacja programu uĹźytkowego sterownika PLC, co wiÄ™cej, sterownik nie musi zawierać takiego programu. Kontrolki te sÄ… narzÄ™dziem znacznie rozszerzajÄ…cym moĹźliwoĹ›ci funkcjonalne sterownika i caĹ‚ego stanowiska. JeĹ›li aplikacja komputera PC jest tworzona za pomocÄ… oprogramowania Microsoft Visual C++ .NET, to proces doĹ‚Ä…czania elementĂłw do współpracy ze sterownikiem Mitsubishi PLC wymaga wykonania czynnoĹ›ci: − do projektu naleĹźy doĹ‚Ä…czyć dwa predefiniowane pliki ActEasyIf.cpp i ActEasyIf.h, ktĂłre sÄ… fragmentami przykĹ‚adĂłw instalowanych wraz z pakietem MX Components – zawierajÄ… one deklaracjÄ™ i definicjÄ™ klasy CActEasyIf; – klikajÄ…c prawym przyciskiem myszy na projekt okna dialogowego aplikacji naleĹźy wybrać opcjÄ™ Insert Active X Control a nastÄ™pnie na liĹ›cie zainstalowanych kontrolek wskazać MITSUBISHI ActEasyIF Control – korzystajÄ…c z definicji klasy CActEasyIf zadeklarować zmienne: CActEasyIf m_ActEasyIF; long ErrorCode.; ZbiĂłr dostÄ™pnych funkcji opisano w [1, 3]. NajwaĹźniejsze z nich i najczęściej stosowane to: 1. Otwarcie kanaĹ‚u transmisyjnego. m_ActEasyIF.put_ActLogicalStationNumber (NumerKanaluTransmisyjnego); ErrorCode = m_ActEasyIF.Open(); gdzie: NumerKanaluTransmisyjnego – numer kanaĹ‚u zdefiniowany za pomocyÄ… aplikacji Communication Setup Utility.

2. Zamknięcie kanału transmisyjnego: ErrorCode = m_ActEasyIF.Close(); 3. Uruchomienie aplikacji sterownika PLC. ErrorCode = m_ActEasyIF.SetCpuStatus(0); 4. Zatrzymanie aplikacji sterownika PLC. ErrorCode = m_ActEasyIF.SetCpuStatus(1); 5. Odczyt wartości zmiennej systemowej sterownika: ErrorCode = m_ActEasyIF.GetDevice (DeviceName,&GetDeviceValue); gdzie: CString DeviceName określa, jakiej zmiennej systemowej sterownika dotyczy odczyt, np. X0, D0, Y0, M0, S1, TC1, CC0; long GetDeviceValue określa zmienną aplikacji komputera PC gdzie zostanie zapisana wartość odczytana ze sterownika. 6. Ustawienie (zapis) wartości zmiennej systemowej sterownika. ErrorCode = m_ActEasyIF.SetDevice (DeviceName,SetDeviceValue); gdzie: CString DeviceName określa, jakiej zmiennej systemowej sterownika dotyczy zapis, np. X0, D0; long SetDeviceValue określa zmienną aplikacji komputera PC której wartość będzie wpisana do wskazanej zmiennej systemowej sterownika PLC Kaşda z tych funkcji zwraca kod błędu (ErrorCode). Wartość 0x0000 oznacza, şe wykonanie funkcji zakończyło się sukcesem. Oprócz wymienionych funkcji odczytu/zapisu pojedynczych zmiennych, kontrolki Mitsubishi ActEasyIF Control dopuszczają odczyt/zapis całych bloków pamięci sterownika PLC. Zastosowanie kontrolek Mitsubishi ActEasyIF Control nie ogranicza się do wymiany informacji między aplikacją PC a zmiennymi systemowymi sterownika (X, Y, M, S, T, C). Kaşda aplikacja ma dostęp do tzw. rejestrów danych (oznaczanych D), które mogą być wykorzystane jako bufor wymiany danych między programami PLC a komputera PC. W Przemysłowym Instytucie Automatyki i Pomiarów PIAP zastosowano je we wdroşeniach przemysłowych, takich jak: urządzenie testujące mechanizmy spręşynowe [8], urządzenie testujące rozłączniki SN, wykonanych dla Zakładów ABB Sp. z o.o z Przasnysza. W obu przypadkach programy uşytkowe sterowników PLC, testując wybrane urządzenie, zapamiętywały kolejne punkty charakterystyki w rejestrach danych D. Po zakończeniu badania aplikacja PC kanałem RS-232 odczytywała zapamiętaną informację i wykonywała końcową ocenę wyrobu. Ze względu na stosowanie elementów MX Components bardziej zaawansowaną aplikacją było sterowanie dwoma robotami rehabilitacyjnymi Renus opracowanymi w PIAP [9, 10]. W tym przypadku oprogramowanie PC pełniło rolę panelu operatorskiego dla sterowników obu robotów, inicjując wykonywanie czynności oraz pośredniczenie w wymianie informacji między sterownikiem PLC a osadzoną na komputerze PC bazą danych trajektorii. Podczas definiowania trajektorii (uczenia robota) oraz podczas wykonywania ćwiczeń rehabilitacyjnych kanałem transmisyjnym wykorzystującym interfejs USB na bieşąco przekazywano odczyty połoşeń wałów trzech silników manipulatora i oddziaływujących na nie sił.

V= " 1 sterowników PLC Podczas uruchamiania i testowania stanowisk przemysłowych bardzo pomocny jest podgląd aktualnych wartości i modyfikacja zmiennych systemowych bez konieczności wnikania w strukturę aplikacji sterownika PLC. Ułatwia to aplikacja PLC Monitor Utility, ale w praktyce jego moşliwości funkcjonalne nie zawsze idą w parze z aktualnymi potrzebami. Dlatego

43

! Q ! Q

Q bH

przy okazji realizacji linii produkcyjnej matryc ciekłokrystalicznych urządzenia wykrywającego raka piersi, gdzie zastosowano sterownik firmy Mitsubishi, zdecydowano się opracować własny uniwersalny program diagnostyczny, wykorzystujący elementy oprogramowania MX Components. W załoşeniu program ten powinien umoşliwiać programowanie tego, co operator chce monitorować, łatwą zmianę aktualnego podglądu, być niezaleşnym od programu aplikacyjnego sterownika PLC oraz udostępniać funkcje podstawowe: „Uruchom program�, „Zatrzymaj program�, „Ustaw lub odczytaj zegar i kalendarz sterownika�, „Odczytaj typ jednostki centralnej�. Program napisano w języku C++ i uruchomiono w środowisku MS Visual Studuio .NET 2003. Nosi on nazwę Mitsubishi_IO_Test.exe i nie wymaga instalacji, lecz skopiowania do pamięci komputera.

Monitor sygnaĹ‚Ăłw wykorzystuje dwie listy monitorowanych sygnaĹ‚Ăłw obiektowych i zmiennych systemowych (urzÄ…dzeĹ„), umownie okreĹ›lanych jako lista wejĹ›ciowa i lista wyjĹ›ciowa. WartoĹ›ci sygnaĹ‚Ăłw z obu list sÄ… cyklicznie odczytywane za pomocÄ… funkcji m_ActEasyIF.GetDevice(), natomiast wartoĹ›ci sygnaĹ‚Ăłw z listy wyjĹ›ciowej mogÄ… być teĹź ustawiane funkcjÄ… m_ActEasyIF.SetDevice(). Obie listy sÄ… definiowane w pojedynczym pliku konfiguracyjnym za pomocÄ… czterech instrukcji: WED=DeviceName Komentarz WEH=DeviceName Komentarz WYD=DeviceName Komentarz WYH=DeviceName Komentarz gdzie: DeviceName – okreĹ›la monitorowanÄ… zmiennÄ…, Komentarz – to tekstowy opis sygnaĹ‚u wyĹ›wietlany obok jego aktualnej wartoĹ›ci. W nazwach instrukcji przed znakami „=â€? wystÄ™pujÄ… dodatkowe oznaczenia literowe D i H. OkreĹ›lajÄ… one czy wartość danej zmiennej systemowej ma być prezentowana w postaci liczby dziesiÄ™tnej (D) czy liczby szenastkowej (H, hexadecymalnej). Separatorem miÄ™dzy parametrami DeviceName i Komentarz jest pierwszy znak spacji lub znak tabulacji wystÄ™pujÄ…cy po znaku „=â€? (parametr DeviceName nie moĹźe zatem zawierać Ĺźadnego z tych znakĂłw). Kolejność, w jakiej aktualne wartoĹ›ci sygnaĹ‚Ăłw obiektowych bÄ™dÄ… prezentowane przez program monitora odpowiada kolejnoĹ›ci ich wystÄ™powania w pliku konfiguracyjnym. Interpreter tego pliku nie nakĹ‚ada Ĺźadnych ograniczeĹ„, co do obecnoĹ›ci tego samego sygnaĹ‚u na obu listach, ani jego kilkakrotnej obecnoĹ›ci na tej samej liĹ›cie. W zaĹ‚oĹźeniach ma to uĹ‚atwić wygodniejszÄ… prezentacjÄ™ informacji, np. gdy wartość sygnaĹ‚u ma być przedstawiana zarĂłwno w postaci dziesiÄ™tnej jak i szesnastkowej, oraz synchronizacjÄ™ podglÄ…du sygnaĹ‚Ăłw z obu list. PrzykĹ‚ady instrukcji: WEH=X00 wejĹ›cie dwustanowe (przycisk zielony) WYH=Y10 wyjĹ›cie dwustanowe (lampka czerwona) WYH=TN0 zawartość timera T0 zliczajÄ…cego opóźnienie WYH=TC0 timer T0 – cewka WYH=TS0 timer T0 – wyjĹ›cie (styk) WED=D0 rejestr danych D0 WEH=D0 rejestr danych D0 WYD=D0 rejestr danych D0 WEH=M0 rejestr wskaĹşnikĂłw M0 WEH=CN0 aktualna zawartość licznika C0 WEH=CN0 licznik C0 – cewka WEH=CS0 licznik C0 – wyjĹ›cie (styk)

V={= ! 4 1 PodstawÄ… dziaĹ‚ania programu monitora sygnaĹ‚Ăłw sÄ… tekstowe pliki konfiguracyjne, ktĂłre okreĹ›lajÄ… listy monitorowanych sygnaĹ‚Ăłw obiektowych i zmiennych systemowych (urzÄ…dzeĹ„), sposĂłb ich prezentacji oraz inne parametry modyfikujÄ…ce warunki pracy programu. KaĹźdy wiersz pliku konfiguracyjnego jest oddzielnie analizowany przez aplikacjÄ™. JeĹ›li wiersz nie zawiera znaku „=â€? jest traktowany jako komentarz. JeĹ›li jednak aplikacja wykryje w wierszu znak rĂłwnoĹ›ci, to wszystkie znaki wiersza poprzedzajÄ…ce znak „=â€? sÄ… traktowane jako nazwa zmiennej, a wszystkie znaki na prawo od tego znaku sÄ… traktowane jako wartość zmiennej. DĹ‚ugość kaĹźdego wiersza nie moĹźe przekraczać 825 znakĂłw. Podczas analizy pliku konfiguracyjnego aplikacja rozróşnia duĹźe i maĹ‚e litery.

3.1.1. Zmienne pliku konfiguracyjnego do ustalania 0 zmiennych systemowych sterownika W programie źródłowym monitora sygnałów do odczytu/ zapisu wartości pojedynczej zmiennej systemowej sterownika PLC wykorzystywane są dwie funkcje: ErrorCode = m_ActEasyIF.GetDevice (DeviceName,&GetDeviceValue); ErrorCode = m_ActEasyIF.SetDevice (DeviceName,SetDeviceValue); Obie funkcje jako parametru o mnemoniku „DeviceName� uşywają łańcucha znaków określającego daną zmienną. W ponişszej tabeli pokazano kilka przykładów ilustrujących prawidłową postać tego parametru: Parametr DeviceName

44

Parametr

Znaczenie

?MFMDM . 4/ ! 4/

Znaczenie

DeviceName

X00

wejście dwustanowe X0

D0

rejestr danych D0

Y10

wyjście dwustanowe Y10

M0

rejestr wskaĹşnikĂłw M0

TN0

timer T0 – aktualna wartość

CN0

licznik C0 – aktualna wartość

TC0

timer T0 – cewka

CN0

licznik C0 – cewka

TS0

timer T0 – wyjście (styk)

CS0

licznik C0 – wyjście (styk)

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

Grupa zmiennych, niezwiÄ…zanych z tworzeniem list monitorowanych sygnaĹ‚Ăłw pozwala ustalać niektĂłre warunki pracy programu monitora. JeĹ›li nazwa danej zmiennej nie zostanie umieszczona w pliku konfiguracyjnym, to aplikacja przyjmie jej wartość domyĹ›lnÄ…. % : A 5 ! 4 ~ − czas wyĹ›wietlania niektĂłrych komunikatĂłw informacyjnych wyraĹźony w sekundach. Wartość parametru „xxxxâ€? musi zawierać siÄ™ w granicach od 0 do 60, wartoĹ›ciÄ… domyĹ›lnÄ… jest 5. JeĹ›li za wartość parametru przyjÄ™to 0, to komunikat musi zostać potwierdzony przez operatora. % : A € ( ~ − czas wyĹ›wietlania komunikatĂłw o bĹ‚Ä™dach fatalnych wyraĹźony w sekundach. Wartość parametru „xxxxâ€? musi zawierać siÄ™ w granicach od 0 do 60, wartoĹ›ciÄ… domyĹ›lnÄ… jest 15. JeĹ›li

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

) +# * + #

Rys. 4. GĹ‚Ăłwne okno dialogowe programu monitora przy otwartym kanale transmisyjnym Fig. 4. The main dialog box of the monitor program with an open transmission channel

za wartość parametru przyjÄ™to 0, to komunikat musi zostać potwierdzony przez operatora. " 1 % ~ − zmienna wykorzystywana do weryfikacji typu jednostki centralnej sterownika Mitsubishi współpracujÄ…cej z programem monitora sygnaĹ‚Ăłw. Weryfikacja polega na odczytaniu ze sterownika typu CPU i porĂłwnaniu z wzorcem. Parametr „zzzzzzzzzzâ€?, bÄ™dÄ…cy ciÄ…giem znakowym o dĹ‚ugoĹ›ci nieprzekraczajÄ…cej 20 znakĂłw okreĹ›la wzorzec, wartoĹ›ciÄ… domyĹ›lnÄ… jest Q02HCPU. BĹ‚Ä™dny wynik weryfikacji nie ma wpĹ‚ywu na wykonywanie aplikacji, powoduje tylko wyĹ›wietlenie dodatkowego komunikatu, ktĂłry ma zwrĂłcić uwagÄ™ na niezgodność deklaracji ze stanem faktycznym i przyjrzenie siÄ™ innym parametrom wykorzystywanym w procedurach współpracy aplikacja–sterownik. 3

A 4 ~ − aby współpraca monitora sygnaĹ‚Ăłw z jednostkÄ… centralnÄ… sterownika PLC byĹ‚a moĹźliwa, naleĹźy zdefiniować kanaĹ‚ transmisyjny wykorzystujÄ…c aplikacjÄ™ Communication Setup Utility. Podczas definiowania kanaĹ‚u okreĹ›la siÄ™ m.in. jego numer. Z tak zdefinowanego kanaĹ‚u moĹźe korzystać dowolna aplikacja, ktĂłra odwoĹ‚ujÄ…c siÄ™ do tego kanaĹ‚u podaje tylko jego numer. Zmienna NumerKanaluTransmisyjnego pozwala na sparametryzowanie numeru kanaĹ‚u wykorzystywanego przez monitor sygnaĹ‚Ăłw. Parametr „xxâ€? moĹźe być liczbÄ… caĹ‚kowitÄ… z zakresu od 1 do 1023, wartoĹ›ciÄ… domyĹ›lnÄ… jest 1. Program monitora sygnaĹ‚Ăłw ma wbudowanÄ… funkcjÄ™ umoĹźliwiajÄ…cÄ… zmianÄ™ numeru kanaĹ‚u bez potrzeby modyfikacji pliku konfiguracyjnego.

?MFM?M 9 0 ! 4 4 4 .

Pliki konfiguracyjne mogą mieć dowolną nazwę i rozszerzenie, a wybór pliku następuje po wybraniu odpowiedniego przycisku w głównym polu dialogowym aplikacji. Dodatkowo, podczas restartu programu monitora przeglądana jest zawartość katalogu, w którym zapisano program w poszukiwaniu pliku noszącego tę samą nazwę co on sam, ale o rozszerzeniu .ini (tu

Rys. 5. Główne okno dialogowe programu monitora przy zamkniętym kanale transmisyjnym Fig. 5. The main dialog box of the monitor program with a closed transmission channel

Mitsubishi_IO_Test.ini). Jest to plik konfiguracyjny, którego zawartość jest automatycznie interpretowana. Jeśli we wskazanej lokalizacji brak jest takiego pliku, albo zawiera błędy, to aplikacja przyjmuje domyślne wartości niektórych parametrów, ale listy monitorowanych sygnałów nie będą zawierać şadnych elementów. Dotyczy to takşe plików ręcznie wskazanych przez operatora. Interpretacja zawartości pliku konfiguracyjnego prowadzona jest aş do ostatniego wiersza, ale w przypadku wykrycia błędu program kończy analizę na wierszu, w którym znaleziono błąd. W takim przypadku aplikacja wyświetla komunikat zawierający takşe numer wiersza.

V=U= @ 1

" 1 GĹ‚Ăłwne okno dialogowe monitora sygnaĹ‚Ăłw obiektowych i zmiennych systemowych pokazano na rys. 4 i rys. 5. W oknach tych moĹźna wyróşnić trzy części: − w dwĂłch skrajnych kolumnach znajdujÄ…cych siÄ™ w lewej, gĂłrnej części okna prezentowane sÄ… informacje dotyczÄ…ce sygnaĹ‚Ăłw i zmiennych systemowych (urzÄ…dzeĹ„) z listy wejĹ›ciowej. Lewa kolumna zawiera ich aktualne wartoĹ›ci odczytane ze sterownika, prawa kolumna – komentarze. − w kolejnych dwĂłch kolumnach w podobny sposĂłb aplikacja wyĹ›wietla informacje dotyczÄ…ce sygnaĹ‚Ăłw i zmiennych systemowych (urzÄ…dzeĹ„) z listy wyjĹ›ciowej. Po prawej stronie kolumny zawierajÄ…cej komentarze umieszczono szereg przyciskĂłw opisanych jako „<< zmianaâ€?. Ich funkcje zostanÄ… opisane w dalszej części tego artykuĹ‚u. − w dolnej części okna dialogowego znajduje siÄ™ dziesięć przyciskĂłw sĹ‚uşących do obsĹ‚ugi sterownika, a w lewym dolnym rogu umieszczono okienko, w ktĂłrym aplikacja wyĹ›wietla aktualny stan kanaĹ‚u transmisyjnego do sterownika Mitsubishi. KaĹźda lista moĹźe zawierać od 0 do 1000 elementĂłw, ale w polu dialogowym jest miejsce na wyĹ›wietlenie informacji dotyczÄ…cych tylko 16 elementĂłw z kaĹźdej listy. Listy niezaleĹźnie od siebie moĹźna przewijać za pomocÄ… dwĂłch grup przyciskĂłw, po 6 przyciskĂłw w grupie.

45

! Q ! Q

Q bH

Wymiana informacji ze sterownikiem jest moĹźliwa tylko wtedy, gdy otwarty jest kanaĹ‚ transmisyjny komputer–sterownik. Automatyczne otwarcie kanaĹ‚u ma miejsce podczas restartu programu monitora albo moĹźe zostać rÄ™cznie wymuszone przez operatora – po wybraniu stosownego przycisku w gĹ‚Ăłwnym oknie dialogowym aplikacji. RÄ™czna zmiana kanaĹ‚u lub wskazanie innego pliku konfiguracyjnego powoduje automatycznie zamkniÄ™cie otwartego kanaĹ‚u transmisyjnego. JeĹ›li kanaĹ‚ transmisyjny jest zamkniÄ™ty (rys. 5), to: − zawartoĹ›ci obu list nadal moĹźna przeglÄ…dać, ale zamiast aktualnych wartoĹ›ci sygnaĹ‚Ăłw i zmiennych program wyĹ›wietla parametry DeviceName tych elementĂłw obu list, ktĂłre mieszczÄ… siÄ™ w polu dialogowym. − zablokowane sÄ… funkcje zmiany wartoĹ›ci sygnaĹ‚Ăłw i zmiennych systemowych, a takĹźe wiÄ™kszość funkcji obsĹ‚ugi sterownika.

?MDMFM G 0 4 . 0 odczytanych ze sterownika

Rys. 6. Okienko dialogowe do wprowadzania parametru w postaci liczby szesnastkowej Fig. 6. A dialog box for entering a parameter in the form of a hexadecimal number

Odczyt sygnaĹ‚Ăłw obiektowych i zmiennych systemowych ze sterownikĂłw Mitsubishi program monitora realizuje cyklicznie, z przerwÄ… 10 ms miÄ™dzy kolejnymi cyklami odczytu. PoniewaĹź obie listy sygnaĹ‚Ăłw i zmiennych Ĺ‚Ä…cznie mogÄ… zawierać do 2000 elementĂłw, odczyt tylu wartoĹ›ci ze sterownika w trybie pytanie – odpowiedĹş powodowaĹ‚by, Ĺźe aktualizacja informacji postÄ™powaĹ‚aby bardzo wolno i byĹ‚a maĹ‚o przydatna. Dlatego kaĹźdy cykl odczytu dotyczy tylko tych elementĂłw z kaĹźdej listy, ktĂłre aktualnie sÄ… prezentowane w gĹ‚Ăłwnym oknie dialogowym aplikacji. WyĹ›wietlanie informacji o wartoĹ›ciach sygnaĹ‚Ăłw i zmiennych systemowych jest realizowane w dwĂłch kolumnach okien. W zaleĹźnoĹ›ci od ustawienia w pliku konfiguracyjnym kaĹźda wartość prezentowana jest jako liczba hexadecymalna z przedrostkiem „0xâ€? lub jako liczba dziesiÄ™tna. Ponadto jej komentarz takĹźe jest poprzedzony okreĹ›leniem „HEX:â€? lub „DEC:â€? (rys. 4 i 5). Dla uĹ‚atwienia podglÄ…du, jeĹ›li aktualna wartość sygnaĹ‚u lub zmiennej systemowej jest wiÄ™ksza od 0 to zostaje wyĹ›wietlona na şóĹ‚tym tle, w przeciwnym razie na tle biaĹ‚ym. Funkcja odczytu m_ActEasyIF.GetDevice() wykorzystywana w programie moĹźe zgĹ‚aszać bĹ‚Ä…d. NajczÄ™stszÄ… jego przyczynÄ… jest nieprawidĹ‚owa definicja parametru DeviceName instrukcji WED, WEH, WYD, WYH w pliku konfiguracyjnym albo parametr formalnie zdefiniowano poprawnie, ale sterownik fizycznie nie ma dostÄ™pu do odpowiedniego sygnaĹ‚u. WĂłwczas zamiast aktualnej wartoĹ›ci sygnaĹ‚u lub zmiennej systemowej na czerwonym tle wyĹ›wietlany jest kod bĹ‚Ä™du w postaci oĹ›miocyfrowej liczby hexadecymalnej. PeĹ‚nÄ… listÄ™ kodĂłw bĹ‚Ä™dĂłw wraz z ich opisem i instrukcjÄ… usuwania zamieszczono w literaturze [1 (rozdz, 6), 3 (rozdz. 7)].

− w przypadku sygnaĹ‚Ăłw wyjĹ›ciowych program monitora zmienia tylko zawartość rejestru poĹ›redniczÄ…cego; jeĹ›li program aplikacyjny sterownika nie zawiera instrukcji wysterowujÄ…cej dane wyjĹ›cie lub zawiera takÄ… instrukcjÄ™, ale nie zostaĹ‚ ustawiony w stan RUN, to wyjĹ›cie bÄ™dzie wysterowane zgodnie z nastawÄ… wykonanÄ… programem monitora, − w przypadku niektĂłrych zmiennych systemowych sterownika, np. dotyczÄ…cych timerĂłw lub licznikĂłw funkcja zapisu m_ActEasyIF.SetDevice() nie zgĹ‚osi bĹ‚Ä™du, ale wartość zmiennej nie ulegnie zmianie. ZmianÄ™ wartoĹ›ci sygnaĹ‚u obiektowego lub zmiennej systemowej moĹźna wykonać dwoma sposobami: − klikajÄ…c wskaĹşnikiem myszki okno z informacjÄ… o aktualnej wartoĹ›ci wybranego sygnaĹ‚u lub zmiennej systemowej. Ta metoda ma jednak ograniczenie, wynikajÄ…ce z tego, Ĺźe jest to zmiana zero-jedynkowa. JeĹ›li aktualna wartość obiektu jest róşna od 0 (True), to zostanie ona wyzerowana (False), jeĹ›li wartość jest rĂłwna 0 (False), to zostaje wysterowana (True). WysĹ‚anie przesyĹ‚ki do sterownika nastÄ™puje bezpoĹ›rednio po klikniÄ™ciu w okienko i nie wymaga dodatkowego potwierdzenia. Metoda jest szczegĂłlnie przydatna do testowania poĹ‚Ä…czeĹ„ sterownik–urzÄ…dzenie wykonawcze, np. do sterowania zaworami. − klikajÄ…c wskaĹşnikiem myszki jeden z przyciskĂłw „<< zmianaâ€?. Powoduje to otwarcie dodatkowego okna dialogowego (rys. 6), umoĹźliwiajÄ…cego wprowadzenie nowej wartoĹ›ci. W zaleĹźnoĹ›ci od ustawienia w pliku konfiguracyjnym dotyczÄ…cym wskazanego obiektu nowÄ… wartość moĹźna wprowadzać albo w postaci liczby szesnastkowej bez przedrostka „0xâ€?, albo w postaci liczby dziesiÄ™tnej. WysĹ‚anie przesyĹ‚ki do sterownika nastÄ™puje po potwierdzeniu zmiany (przycisk „Potwierdzenie zmianyâ€?).

?MDMDM . 0 i zmiennych systemowych Program monitora umoĹźliwia zmianÄ™ wartoĹ›ci wskazanego sygnaĹ‚u obiektowego lub zmiennej systemowej z listy wyjĹ›ciowej. Jednak wysyĹ‚anie nowej wartoĹ›ci do sterownika nie odbywa siÄ™ cyklicznie, jak w przypadku odczytu, ale jest wykonywane tylko raz – po potwierdzeniu zmiany. NaleĹźy pamiÄ™tać, Ĺźe: − w przypadku sygnaĹ‚Ăłw wejĹ›ciowych zmiana nie polega na fizycznym wysterowaniu wejĹ›cia, tylko na zmianie zawartoĹ›ci rejestru przechowujÄ…cego stan wejĹ›cia; zawartość takiego rejestru jest cyklicznie uaktualniana przez oprogramowanie systemowe sterownika, zmiana wykonana programem monitora od razu zostaje skorygowana przez to oprogramowanie,

46

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

V=V= @1

Do celĂłw uruchomieniowo-diagnostycznych oraz jako wsparcie normalnej eksploatacji stanowiska ze sterownikiem Mitsubishi aplikacjÄ™ monitora stanu sygnaĹ‚Ăłw i zmiennych systemowych wyposaĹźono w niektĂłre funkcje do jego obsĹ‚ugi serwisowej. UmoĹźliwiajÄ… one wykonanie nastÄ™pujÄ…cych czynnoĹ›ci: − otwarcie i zamkniÄ™cie kanaĹ‚u transmisyjnego do sterownika,

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

) +# * + #

Rys. 7. Komunikat potwierdzający prawidłowe otwarcie kanału transmisyjnego Fig. 7. The message confirming the correct opening of the transmission channel

Rys. 8. Komunikat o błędzie otwarcia kanału transmisyjnego Fig. 8. Error message opening the transmission channel

− uruchomienie i zatrzymanie wykonywania aplikacji sterownika, a wiÄ™c zmianÄ™ jego trybu pracy RUN → STOP i STOP → RUN, − odczyt i ustawianie nastaw zegara i kalendarza sterownika. Ustawienie zegara i kalendarza sterownika polega na wysĹ‚aniu wskazaĹ„ zegara i kalendarza współpracujÄ…cego komputera PC, − odczyt typu jednostki centralnej, − zmiana numeru kanaĹ‚u transmisyjnego do sterownika, − wybĂłr innego pliku konfiguracyjnego. Funkcje wymienione w punktach od 2 do 4 moĹźna realizować tylko wtedy, gdy pozostaje otwarty kanaĹ‚ transmisyjny do sterownika. W przypadku zmiany numeru kanaĹ‚u i wyboru innego pliku konfiguracyjnego zawsze nastÄ™puje automatyczne zamkniÄ™cie otwartego kanaĹ‚u (trzeba go rÄ™cznie otworzyć). Na rys. 7 i 8 pokazano przykĹ‚adowe komunikaty generowane przez funkcjÄ™ otwierajÄ…cÄ… kanaĹ‚ transmisyjny do sterownika.

sterownika. WadÄ… monitora pozostaje to, Ĺźe wymaga zainstalowania komercyjnego oprogramowania MX Components firmy Mitsubishi. Jednak MX Components, w porĂłwnaniu z np. GX Works2 zajmuje mniej zasobĂłw komputera PC, a obsĹ‚uga zawartych w nim aplikacji jest bardzo prosta. NaleĹźy podkreĹ›lić duĹźe moĹźliwoĹ›ci tworzenia wĹ‚asnych aplikacji na bazie elementĂłw MX Components. Oprogramowanie to, szczegĂłlnie w najnowszej wersji 4.x, umoĹźliwia obsĹ‚ugÄ™ nie tylko sterownikĂłw PLC, ale takĹźe innych urzÄ…dzeĹ„ automatyki, ze sterownikami robotĂłw wĹ‚Ä…cznie.

4. Podsumowanie Jednym z obszarĂłw dziaĹ‚alnoĹ›ci PrzemysĹ‚owego Instytutu Automatyki i PomiarĂłw PIAP jest realizacja zleceĹ„ z przemysĹ‚u na budowÄ™ stanowisk, ktĂłrych elementami sÄ… sterowniki PLC, komputery przemysĹ‚owe i roboty. Ze wzglÄ™du na krĂłtkie terminy realizacji róşne prace, m.in. kompletowanie mechaniki, poĹ‚Ä…czenia elektryczne i sygnaĹ‚owe, testowanie i regulacja stanowiska, tworzenie oprogramowania aplikacyjnego sÄ… zwykle prowadzone rĂłwnolegle. DuĹźym uĹ‚atwieniem sÄ… programowe narzÄ™dzia diagnostyczne uĹ‚atwiajÄ…ce podglÄ…d sygnaĹ‚Ăłw obiektowych i zmiennych zwiÄ…zanych z programami uĹźytkowymi. W przypadku uĹźycia elementĂłw sterujÄ…cych firmy Mitsubushi, moĹźna zastosować opisany monitor stanu sygnaĹ‚Ăłw i zmiennych systemowych. Program ten powstaĹ‚ w 2016 r. jako wsparcie prac rozwojowych podczas realizacji linii produkcyjnej matryc ciekĹ‚okrystalicznych urzÄ…dzenia do testĂłw medycznych. Jego zaletÄ… jest Ĺ‚atwa konfiguracja podglÄ…du i czytelne monitorowanie sygnaĹ‚Ăłw. Stosowanie programu nie wymaga dodatkowej wiedzy z zakresu programowania sterownikĂłw PLC ani narzÄ™dzi do tworzenia takich aplikacji. Nie grozi teĹź wprowadzeniem przypadkowych modyfikacji do dziaĹ‚ajÄ…cego programu

( 1 ! 1. Mitsubishi Electric Corporation 2002 – MX Component Version 3 Programming Manual. 2. Mitsubishi Electric Corporation 2002 – MX Component Operating Manual. 3. Mitsubishi Electric Corporation 2012 – MX Component Version 4 Programming Manual. 4. Microsoft Visual C++ 6.0 MFC Library Reference, Microsoft Press 1998. 5. Bates J., Tompkins T., Poznaj Visual C++, Wydawnictwo MIKOM, 1999. 6. Petzold Ch., Programowanie Windows, Wydawnictwo RM Warszawa 1999. 7. Leinecker R.C., Archer T., Visual C++ 6 Vademecum profesjonalisty, Wydawnictwo HELION 2000. 8. Dunaj J., Stempniak P., SyryczyĹ„ski A., UrzÄ…dzenie testujÄ…ce mechanizmy spręşynowe do napÄ™du rozĹ‚Ä…cznikĂłw Ĺ›rednich napięć, „Pomiary Automatyka Robotykaâ€?, Vol. 14, Nr 9/2010, 68–72. 9. Dunaj J., Opis dziaĹ‚ania, konfiguracji i obsĹ‚ugi aplikacji „Renusâ€? do sterowania robotami rehabilitacyjnymi Renus-1 i Renus-2, materiaĹ‚y PrzemysĹ‚owego Instytutu Automatyki i PomiarĂłw PIAP, czerwiec 2014. 10. Dunaj J., Klimasara W., RozwiÄ…zania sprzÄ™towe i programowe w sterowaniu robotami rehabilitacyjnymi Renus, „Pomiary Automatyka Robotykaâ€?, Vol. 18, Nr 12/2014, 100–115, DOI: 10.14313/PAR_214/100.

47

! Q ! Q

Q bH

/ !! ( F < / C( d ! D ( < U Abstract: During development of post industrial containing PLC controllers, robots and industrial PC a great convenience is the ability to view the status signals, object and variable of application programs. Manufacturers of controls in its software for creating applications often provide additional tools to perform these functions. An interesting solution is the MX Components software of Mitsubishi Electric, which offer not only the ability to see what is happening in the controllers, but also providing tools to create their own diagnostic program. This article contains information as the basis of the elements of the MX Components to create such a program. The possibilities of functional programmable monitor signal states object and system variables Mitsubishi controllers are presented. This monitor was built in PIAP in order to facilitate the testing and diagnosis of industrial applications performed at the Institute. KeywordsT U e < ( / ! (

+ R ) '# 2

+ ' # Q )

) $

/ ( ) $

@ -MK% $ @ & ! @ -MK, $ ! ; ! E ' ! ! 0 E' $ / ! ! 0 0 ; 0 ( 0 ! ; !0 J ! 0 / ! !; ( b gg 0J ; !0 $ @ 0 / ! A ; E' J ! /0 ! / A 0 0J A ! ; / ! ( / P( Q$

@ +%%- $ @ F @ $ = A A J( ! ! $ \ ;

f A 0 8 U / $ ! ! E ' ! ; ! 0 E' A +%%+ $ S $ @ +%%.N+%%: < ! ; / & A / /

S / $ C +%-% $ ( E ! E' $ ! ; ! A / ! ' $ @ 0 = J ! E / U ( ! $

48

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Pomiary Automatyka Robotyka, R. 20, Nr 2/2016, 49–54, DOI: 10.14313/PAR_220/49

8 &` < L / ;? I / B 8 L ! U Igor Korobiichuk @ " < 8 / E < ' ! ? ( @

! < ) ; 0 , O ) 9, ) < E ? E < ' ! F ! E' @

! !#); ' ! !#); % ! 8 / " ! "

L The action of high-rise building state under the horizontal seismic loads is considered. The action of elastic features of the high-rise buildings supporting structures on their stressed state change with the horizontal seismic loads is defined and the appropriate correction factor is presented. A T / ; ( / ! & ! !

1. Introduction Construction of skyscrapers and other high-rise buildings is the characteristic feature of the modern cities because in the deficit of construction areas it makes it possible to concentrate apartments, banks, markets, exhibitions etc. on small areas and in the single buildings. The features of a high-rise building (height, mass, high ground pressures and pressures on bottom, oscillations, difficulty of evacuation in case of emergency) define risks for people staying in the high-rise building and next to it [1–5]. These factors impose a lot of requirements to use of the buildings, like the uninterrupted work of its installations, building’s stability under the wind or seismic load, terroristic attack, etc. Vulnerability to earthquakes is one of the features of the high-rise building’s functioning features, especially to their horizontal component [6, 7]. Vulnerability of the high-rise buildings increases along with their height [8–10], and also when the building mass is reduced because of employment of new materials, and rational use of their load bearing capacity. The building’s mass decrease results in their flexibility increase, and stiffness and frequency oscillations decrease. The increase of the building stiffness makes its wind resistance higher but also increases the vulnerability of structures to a seismic impact. Building stiffness changes can be achieved by modifications of the building’s cross-section moment of

-

40 T E/ = ( cE/ ) $ -

+M$%O$+%-. $ #-$%,$+%-. $ !! " #$%

inertia. However, obviously, the main parameter which will define both the resistance to wind and seismic loads is the height of the building, but it defines its internal volume (area), future architectural face, validity of its location among other smaller buildings, prestigiousness, and justification of its parts. The height rise leads to increasing sensitivity to buckling under wind loads. Regarding seismic loads, height increase, from our point of view, make ambiguous effect on high-rise buildings stability, because height increase when lateral dimension is constant leads to building mass increase and height of its centre of gravity. This leads to increase of the shear force under seismic loads. On other hand, tall buildings are more flexible and resist the accelerated motion of bottom better. Therefore, it is important to evaluate the effect of building height to its resistance to seismic loads. The goal is to formulate the character of building height influence on the stressed state, changing with the horizontal seismic loads.

2. Ivestigation of High-Rise Building State under the Horizontal Seismic Loads As of today, a lot of publications which are devoted to the external action on the high-rise buildings concern wind loads [11, 12]. It is explained by the continuity of wind flow along a side of the high-rise building. However, there is not enough research concerning the high-rise buildings affected by the seismic shocks. There are a lot of regions with no seismic activity for years or decades. At the same time, is it necessary to build the high-rise buildings in regions with the seismic activity. And besides, damages of the supporting structures caused by earthquake may be like damages caused by fire or terroristic act. Another difficulty with the simulation of the high-rise building’s behaviour during an earthquake is its unpredictability and also unpredictability of duration, force, direction, etc. At the same time, wind direction and force value are known for this area from meteorological observations.

49

G i B j ! &1 '# ! f # G $ # j $

b

In [13, 14] the systems of high-rise buildings protection from seismic impact are considered. Seismic isolation system and system of seismic dumping are discussed. It is shown that seismic isolation which can be bottom mounted and other height for mount are a safer protection than the seismostable buildings, because it provides less damages of the main structure of building (columns, walls, frames). The complex seismic isolation system and system of seismic dumping will make it possible to use buildings even after the earthquake, providing the simultaneous checking and repair of the structures’ components. Only a few research works related to the high-rise building stiffness [15–19] are known and should be mentioned. The analysis of systems of the passive and active earthquake protections are presented in the first one and also requirements for the systems of high-rise buildings earthquakes passive compensation, the one’s own original system of the kinematic earthquake dumper is proposed either. The latter contains rolling friction and dumpers with determined stiffness and damping factors. In [19] the analysis of basement compliance to reinforced concrete structures under seismic impact is given and also model of a sliding zone with a nonlinear damping either of which isolates the high-rise building in case of earthquake. In this research, a trial there was done to evaluate the difference between deformation or stiffness state, which theoretically arises in the absolutely rigid building and deformations which really occur in high-rise building. The difference is conditioned by elastic features of the supporting structures. Let us consider the high-rise building behaviour during the horizontal earth shocks impact. Let’s assume that center of mass of the high-rise building is in the middle of the distance between earth’s surface and the top of the high-rise building. The non-emerging elastic features of the supporting structures when center of mass of the high-rise building moves synchronously to earth’s surface the top of high-rise building deviation defines [20] are:

δ1 = (1)

a,m

0,21 1 0,14 2 0,07

75

150

225

h,m

300

Fig. 1. Deviation of the top of high-rise building (a, m)versus its height (h, m) Rys. 1. Zaleşność wychyłu szczytu wysokościowca (a, m) od jego wysokości (h, m)

50

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

⎛ a ⎞ â‹… ⎜⎜ 2 + 3 ĂąâŽ&#x;âŽ&#x; ≤ [δ ] , bù⎠âŽ?

where: E – elasticity modulus of the supporting structures material, I – moment of inertia of cross-section of the high-rise building supporting structures, Fc – shear to axis of high-rise building load determined seismic impact, bc, ac – the distances of shear load place, determined earthquake, the earth’s surface and the top of high-rise building respectively, [d] – maximum high-rise building vertical deviation, should be less then 0.001 of the building height. Supporting structures compliance increase will lead to vertical deviation of the top of high-rise building rising and on other hand – to decrease shear of vertical axis of high-rise building load called by earth’s surface accelerate motion. That is, because the high-rise building structure is a non-rigid body, and its supporting structures have a predetermined elasticity modulus (steel or concrete for example), the inertial relative to earth’s surface center of mass motion of the high-rise building in opposite to bottom motion direction would occur with seismic shocks, besides acceleration of the building center of mass motion caused by the Earth seismic motion are smaller than calculated according to equation (1). The tension in supporting structures with essential value of compliance will determine not only earth’s surface acceleration, but also the value of deviation of high-rise building top from its axis. The deviation will call forth bending moment which leads to high-rise building damped oscillations. Figure 1 shows the results of calculations made using equation (1) for the next data: acceleration of Earth’s surface shake is 0.9 m/s2, corresponded to moderately dangerous oscillation (0.8–1.8) m/s2, 7 balls, duration of the shake is 4 sec, elasticity modulus of the supporting structures material for height of 75 m is E = 0.2¡1011 Pa. The rising height leads to increase of the vertical deviation (Figure 1, curve 1). The essential value of this deviation can be dangerous, therefore the deviation value can be controlled by the changing value of moment of inertia. The last change of both the rising cross-section area of the vertical bearing and changing scheme of the high-rise building includes additional links between vertical bearings (the second way is more attractive from the standpoint of the decreasing building mass and material saving). The second curve (Figure 1) shows the decrease of the deviation of the top of high-rise building owing to moment of inertia changing. At the height of 75 m the moment of inertia increase grows to 6%, at the 300 m – 43%. It is obvious that improvement of compliance will lead to decreasing of the cross-section of the building axis force also to less damages of supporting structures. The dangerous consequences of the cross-section impact increase due to height rising, in this regard it is desirable to increase the compliance of high-rise building supporting structures.

0,28

0

1 â‹… F â‹… b Ăą3 6E â‹… I

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

! "

# 0 " 1 , / &1

$ # + $ # $

Figure 2 shows plot of the cross-section force caused by accelerated motion of the earth’s surface depending on increase of the supporting structures compliance. Here k = F/F0, where F and F0 are the cross-section forces with different compliance of supporting structures of high-rise building. It seems the building height rising decreases the value of cross-section force. It is obvious, that except the possible earthquake it is necessary to take into consideration the wind load and search the reasonable compromise between stiffness and compliance of the supporting structures. Thus, such factors can be related to the operating characteristics of high-rise buildings, as: the complexity of high-rise buildings, mechanical design; large mass, and correspondingly high pressure on the soil and foundation; a constant pressure of wind, of variable speed and direction; a significant number of factors that can interfere with the normal operation of tall buildings (earthquakes, subsidence in the loess soils, floods, violation of the strength and stability of the structure, abnormally high or low temperatures, fire); a significant number of people who are at the same time in areas of tall buildings and the complexity of their evacuation; a significant amount of engineering required to sustain life in areas of tall buildings (water supply, heating, air conditioning, vertical transportation, vibration, etc.). Considering the above, it can be stated that the indicators of the functioning of high-rise buildings are a fairly large group of parameters, control of which is only possible by appropriate automated systems, which are combined into one comprehensive global monitoring system. Among these automated systems, there can be: video monitoring; emergency lighting; automated fire alarm and fire extinguishing; monitoring the condition of the structure and foundations of buildings; monitoring the status of civil engineering objects; evacuation management. The effective functioning of such a global system can be carried out only with the use of feedback, in which the parameters are coming to the comparison blocks, and further to a central control point. The number of such systems for every high building has an individual character. Such a system should include the primary central module, which will be the main center for the general hierarchy, and a set of grouped systems (according to the function similarity), which also have a collection of lower level subsystems. A large number of life support systems and the need for their proper interaction in order to create the conditions crucial to make the right decisions in the management of the object, forces the use of a system to approach the management of complex objects such as tall buildings. The control system consists of the following components: − Automatic control system, − Computer control system. The automatic control system executes automatic correction algorithms of parameters that are controlled.

Fig. 2. Correction factor k for reduction of cross-section force decrease in supporting structures of the high-rise building depends on height h, m Rys. 2. Współczynnik korekcyjny k zmniejszający siły w przekroju poprzecznym elementów nośnych wysokościowca zaleşy od wysokości h, m

Therefore, we can underline the tasks of the control system for management of complex system, such as the high-rise building: − Formal description, − Structural and functional analysis of a complex system, − System management of the complex object, − Information analysis of system’s tasks, − Decision-making process based on the data.

3. Conclusions The high-rise building behavior with horizontal seismic loads is considered and also determined that dangerous state of high-rise building needs to be ascertained by the maximum deviation of the top or by the value of shear loads in cross-section of supporting bearings, dependent on seismic loads value. The mechanism of compliance features impact of supporting bearings of the high-rise building on decreasing the negative influence seismic loads is determined, and the appropriate comparative graphics are also obtained. The correction factor which adjusts the decrease of the value of cross-section force in the supporting structures with the impact of horizontal seismic deformations during increasing of the compliance of high-rise buildings supporting structures is proposed.

References 1. Shostachuk A.M., Emergence of environmental hazards upon construction of high-rise buildings in urban conditions. Proceedings of the 6th International Scientific Conference “Practical aerospace and high technologyâ€?, dedicated to the 100th anniversary of the birth of Academician S.P. Koroliov, Zhytomyr, January 9-11, 2007, 92–93. 2. Safak E., Kaya Y., Skolnik D., Ciudad-Real M., Al Mulla H., Megahed A., Recorded response of a tall buildings in Abu Dhabi from a distant large earthquake. NCEE 2014 – 10th U.S. National Conference on Earthquake Engineering: Frontiers of Earthquake Engineering. 2014. 3. Chen Q.-J., Yuan W.-Z., Li Y.-C., Cao L.-Y., Dynamic response characteristics of super highrise buildings subjected to long-period ground motions. “Journal of Central South Universityâ€?,

51

G i B j ! &1 '# ! f # G $ # j $

b

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13. Systems for improvement of structure seismic stability (materials of Nikken Sekkei) [ ! @ E Nikken Sekkei)]. Tall Buildings, No. 1, 2010, 100–103. 14. Wang G., Zhang S., Zhou C., Iu W., Correlation between strong motion durations and damage measures of concrete gravity dams, “Soil Dynamics and Earthquake Engineeringâ€?, Vol. 69, 2015, 148–162, DOI: 10.1016/j. soildyn.2014.11.001. 15. Chipko S.A., Burtseva O.A., Compensation system for the high-rise structure fluctuations in an active seismic area [ A " D @ ! ]. http://www.ivdon.ru/ uploads/article/pdf/IVD_45_Chipko.pdf_2249. pdf. 16. Volkov D., Zheltukhin S., Preferred frequencies for coupling of seismic waves and vibrating tall buildings. “Soil Dynamics and Earthquake Engineeringâ€?, Vol. 74, 2015, 25–39, DOI: 10.1016/j.soildyn.2015.03.004 17. Valla M., Gueguen P., Augère B., Goular D., Perrault M., Remote modal study of reinforced concrete buildings using a multipath lidar vibrometer. “Journal of Structural Engineeringâ€? (United States). Vol. 141, Issue 1, 2015, DOI: 10.1061/ (ASCE)ST.1943-541X.0001087. 18. Kostinakis K., Athanatopoulou A., Morfidis K., Correlation between ground motion intensity measures and seismic damage of 3D R/C buildings, “Engineering Structuresâ€?, Vol. 82, 2015, 151–167, DOI: 10.1016/j.engstruct.2014.10.035. 19. Nguyen Quoc Dong, Dynamic calculation of highrise buildings upon earthquake [F G G D ! ]. Abstract IA to for PhD in Engineering. Specialty 05.23.17, GOU VPO Saint Petersburg State Architectural and Construction University Science, St. Petersburg 2010. 20. Pisarenko G.S., Yakovlev A.P., Matveev V.V., Material resistance manual [ G H ]. Naukova Dumka, Kiev 1988.

Vol. 20, Issue 5, 2013, 1341–1353, DOI: 10.1007/ s11771-013-1621-9. Korobiichuk I., Shostachuk A., Shostachuk D., Shadura V., Nowicki M., Szewczyk R., Development of the Operation Algorithm for a Automated System Assessing the High-rise Building. “Solid State Phenomena�, Vol. 251, 230–236. DOI:10.4028/www.scientific.net/ SSP.251.230. Tang Y., Zhao X., Field testing and analysis during top-down construction of super-tall buildings in Shanghai. “KSCE Journal of Civil Engineering�, Vol. 20, Issue 2, 2016, 647–661, DOI: 10.1007/s12205-015-1529-z. Nikolaev S.V., Safety and reliability of highrise buildings is a set of high-profile solutions. “Construction security�

! " #$ %&&'$ ())*+,,--- ./234*4/.. 43,5..3/,.6,%&&',75.8): .;</)= ()>. Li J., Xie X., Zhang Q., Fang P., Wang W., Distress evaluation and remediation for a highrise building with pile-raft foundation, “Journal of Performance of Constructed Facilities�, Vol. 28, Issue 4, 2014, DOI: 10.1061/(ASCE) CF.1943-5509.0000503. Kozak J., High-rise building structures [? @ A ], M.: Stroiizdat, 1986, 308 p. Dorvash S., Pakzad S., Naito C., Hodgson I., Yen B., Application of state-of-the-art in measurement and data analysis techniques for vibration evaluation of a tall building. “Structure and Infrastructure Engineering�, Vol. 10, Issue 5, 2014, 654–669, DOI: 10.1080/15732479.2012.757795. Poulos H.G., Challenges in the design of tall building foundations. Geotechnical Engineering. Vol. 45, Issue 4, 2014, 108–113. Popov N., Wind impact on high-rise buildings [B ! !]. “Tall Buildings�, No. 3, 2007, 66–69. Stoyanoff S., Xie J., Wind loads: problems and solutions [B D @ + "

!]. “Tall Buildings�, Vol. 2, 2007, 82–85.

@ / ! ! ( AJ ! L W artykule opisano zachowanie wysokościowca pod wpływem poziomych obciąşeń sejsmicznych. Opisano stan odkształceń spręşystych struktur nośnych w wysokich budynkach pod wpływem drgań sejsmicznych, oraz przedstawiono odpowiedni współczynnik korekcyjny. ' T ! ( AJ ! ( AJ ! !

52

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

! "

# 0 " 1 , / &1

$ # + $ # $

Igor Korobiichuk

! < ) ;

cE/ ) $

! )! $ $ $

L / E ! F < F / F X ; < ! S 8 " R= E H = " +%%K$ S E < ' ! ? ( $ L ; ! / ! ! < ! ! ! ! / ; ! !$

S / E ? E < ' ! F ! E' $ L ! / ! ; ! / ! / ! ; ! ! ! $

0 , O ) 9, ) < ;

! !#); !'

) $

M:)! $

F < / < < & ! & / / < ! @ " < 8 / $ < ; < / ( F / ! @ < & ! P >LQ$ E ? E < ' ! F ! E' $ ! / ( / ! ! $

L / F <

< ! ( < ! E 8 8 " < " 8 ; " +%%#$ S ! 8 / " $ L ( / < < / ; ( / / / / / $

' ! !#); !'

%; !'

$ )/! $ !

! )! $ !

L / > S / ! < ! S 8 " < " G= E H = " +%%#$ S ! 8 / " ; $ L ; ! ! ! < ! W ( ! ! ; ! /$

L / ' ! < < ! S 8 " < " G= E H = " +%-O$ S ! 8 / " $ L ! ! < ( ' b 'Fb '& 8 ; / / < B W ( / ! $

$

53

G i B j ! &1 '# ! f # G $ # j $

b

54

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Pomiary Automatyka Robotyka, R. 20, Nr 2/2016, 55–58, DOI: 10.14313/PAR_220/55

@ ! ! ! ( ! ! ! ! < Q ^ A @ E J ^ & / $ = / -K OO;-%% >

L W artykule omĂłwiono badanie wpĹ‚ywu ustawieĹ„ emisyjnoĹ›ci cieplnej dla wybranego termometru bezkontaktowego (pirometru) na odczyt temperatury i bĹ‚Ä…d pomiaru. Podano w nim, jak na podstawie wĹ‚asnych badaĹ„ sprawdzono wĹ‚aĹ›ciwoĹ›ci wybranego pirometru pod tym wzglÄ™dem. Zbadano róşne materiaĹ‚y, okreĹ›lono ich emisyjność i zmierzono temperaturÄ™ bezkontaktow, a takĹźe za pomocÄ… termopary. Wyniki pomiarĂłw przedstawiono w postaci tabeli. ' T ! ( ! ! ! f

1. Wprowadzenie Temperatura jest wielkoĹ›ciÄ… fizycznÄ… wpĹ‚ywajÄ…cÄ… na zjawiska fizyczne, procesy fizjologiczne, technologiczne i cieplne [1]. Stanowi jeden z najwaĹźniejszych parametrĂłw badaĹ„ naukowych. Kontrola temperatury gwarantuje bezpieczne uĹźytkowanie wszelkich urzÄ…dzeĹ„ i aparatury. DokĹ‚adny pomiar temperatury, a niekiedy jej staĹ‚ość ma zasadniczy wpĹ‚yw na wyniki prowadzonych badaĹ„. MiarÄ… temperatury moĹźe być kaĹźdy parametr ciaĹ‚a zmieniajÄ…cy swojÄ… wartość w funkcji temperatury. OgĂłlnie znane i powszechnie stosowane sÄ… pomiary temperatury za pomocÄ… termometrĂłw rtÄ™ciowych, termoelementĂłw, termometrĂłw oporowych i manometrycznych. Wymienione przyrzÄ…dy majÄ… szereg wad ̢ mogÄ… być stosowane tylko w wÄ…skim zakresie pomiarowym, nieprzekraczajÄ…cym zwykle 1200 ºC. PrzyrzÄ…dami pozbawionymi wymienionych wad sÄ… pirometry i kamery termowizyjne. SÄ… one przystosowane do bezstykowego pomiaru temperatury. W pirometrach i kamerach termowizyjnych temperaturÄ™ wyznacza siÄ™ na podstawie promieniowania temperaturowego wysyĹ‚anego przez badany obiekt, zarĂłwno w zakresie promieniowania jak i części promieniowania podczerwonego. Pirometry i kamery termowizyjne majÄ… szereg zalet, ktĂłre kwalifikujÄ… je do grupy przyrzÄ…dĂłw uniwersalnych ̢ nie wprowadzajÄ… zakĹ‚ĂłceĹ„ w mierzone pole temperaturowe, mogÄ… być stosowane do nieograniczenie wysokiej temperatury, do pomiarĂłw pĹ‚omieni i gazĂłw. MajÄ… maĹ‚Ä… bez-

-

40 T F > ! ! ! )/! $ ! -

-K$%O$+%-. $ #%$%,$+%-. $ !! " #$%

władność cieplną, duşą dokładność, a sygnał otrzymywany z tych urządzeń jest zazwyczaj przystosowany do współpracy z układami rejestracji, sterowania i automatyzacji procesów technologicznych [2].

U= % 1 ; W pomiarach bezstykowych temperatury stosuje siÄ™ pomiar promieniowania cieplnego generowanego przez badany obiekt. KaĹźde ciaĹ‚o ma charakterystycznÄ… zdolność do emisji takiego promieniowania. MoĹźna okreĹ›lić parametr opisujÄ…cy to zjawisko jako wzglÄ™dnÄ… zdolność emisyjnÄ… [3–5]. Jest to zaleĹźność miÄ™dzy promieniowaniem ciaĹ‚a doskonale czarnego i badanego ciaĹ‚a. CiaĹ‚o doskonale czarne ma najwiÄ™kszÄ… zdolność emisyjnÄ…. Parametr wzglÄ™dnej zdolnoĹ›ci emisyjnej przyjmuje wartoĹ›ci od 0 (dla ciaĹ‚a, ktĂłre praktycznie nie generuje promieniowania) do 1 (dla ciaĹ‚a doskonale czarnego, ktĂłre promieniuje maksymalnÄ… wartość). Opisuje on emisjÄ™ cieplnÄ… danego obiektu. Jest ustawiany w kamerach termowizyjnych oraz w niektĂłrych termometrach bezkontaktowych i wpĹ‚ywa znaczÄ…co na wynik pomiaru temperatury. JeĹźeli zostanie niewĹ‚aĹ›ciwie dobrany, spowoduje powstanie bĹ‚Ä™du pomiaru temperatury. NaleĹźy go wĂłwczas uwzglÄ™dniać. Emisyjność to cecha danego materiaĹ‚u, a w szczegĂłlnoĹ›ci struktury jego powierzchni. IstniejÄ… powszechnie dostÄ™pne tabele, w ktĂłrych zawarto orientacyjne wartoĹ›ci wzglÄ™dnej zdolnoĹ›ci emisyjnej [6–9]. W wielu termometrach bezkontaktowych jest on ustalony sztywno jako 0,95. Wynika to z faktu, Ĺźe najwiÄ™cej materiaĹ‚Ăłw ma wĹ‚aĹ›nie takÄ… emisyjność. Celem badaĹ„ byĹ‚o przeprowadzenie pomiarĂłw, ktĂłre umoĹźliwiĹ‚y by sprawdzenie, jak ustawienie emisyjnoĹ›ci w termometrze bezkontaktowym wpĹ‚ynie na wartość odczytu temperatury. W artykule przedstawiono wyniki pomiarĂłw temperatury powierzchni obiektĂłw wykonanych z róşnych materiaĹ‚Ăłw zrealizowane za pomocÄ… termometru bezkontaktowym oraz ich porĂłwnanie z wynikami uzyskanymi na drodze pomiaru za pomocÄ… termopary. Zastosowany termometr umoĹźliwiaĹ‚ ustawianie emisyjnoĹ›ci w zakresie od 0,1 do 1 z rozdzielczoĹ›ciÄ… 0,1.

55

., # /

* c ,

# , #

Tabela 1. Wpływ ustawień emisyjności na odczyt temperatury w termometrze bezkontaktowym (pirometrze) Table 1. Influence of emissivity settings in pyrometer and its influence for temperature measurement error

Nr

56

Rodzaj materiału

Temperatura [°C] dla emisyjnoĹ›ci e

Temp. powierzchni [°C]

1

0,95

0,9

0,6

0,3

0,1

Emisyjność e teoretyczna [2–5]

1

Szkło

26

25,8

26

26

26,7

28,2

30,1

0,92

2

Blacha ocynkowana

26,1

27

27

26,9

27

27,7

29,4

0,2

3

Papier biały

25,8

26,6

26,7

26,8

25,5

23

12,4

0,9

4

Drewno

25,2

26,5

26

25,6

23,9

18

–11,6

0,8–0,9

5

Stal wypolerowana

25,3

28,3

28,8

28,8

28

24,4

13,1

0,11

6

Aluminium matowe

24,7

26,3

26,2

26,1

24,8

21,2

0,5

0,07

7

Cegła betonowa

24,7

24,8

24,6

24,3

22

14,9

–26

07–0,94

8

Cegła zwykła

24,8

24,8

24,6

24,5

21,4

13,2

–32,5

0,85

9

Marmur polerowany

25,9

25,9

25,6

25,5

23

16

–19,9

0,9

10

Granit polerowany

25,6

25,9

25,5

25,3

22,5

14,8

–26,8

087–0,77

11

Drewno

26,4

26,2

26

25,9

23,8

17,1

–15

0,9

12

Karton

26,5

27,4

26,8

26,7

25,7

21,2

8,7

07-0,94

13

Porcelana

26,3

25,9

25,8

25,6

24,3

19,4

–2,2

0,92

14

Kafelka

26,5

26,7

26,6

26,6

25

20,7

2,4

–

15

Lustro

26,3

26,2

25,9

25,9

23,9

18,2

–10,7

> 0,1

16

Farba emulsyjna biała

27,4

27,7

27,5

27,5

26,2

22,1

0,7

0,92–0,94

17

Folia srebrna

26,4

27,4

27,2

26,9

26,3

24,8

16,7

0,25

18

Woda

26,4

24,7

24,2

24,1

21,7

15

–21,8

0,98

19

LĂłd

2,9

–16,7

–19

–20,9

–

–

–

0,97

20

Taśma izolacyjna czarna

27,8

28

27,9

27,8

27

24

11,5

0,95

21

Stal wypolerowana

24

22,8

22,7

22,7

24,5

27

33,9

0,14

22

MiedĹş polerowana

23,9

24

24

24

23,2

22,3

16

0,07

23

Tkanina

22,8

23

22,8

22,8

21,1

16,4

-6

0,9

24

Plastik

22,1

21,4

21,2

21,1

18,8

12,1

-26,2

0,8–0,95

25

Folia

23,9

23,1

22,8

22,9

22,1

20,1

13,4

0,2–0,3

26

Winyl

23

22,8

22,8

22,7

21,6

18,2

3,2

0,96

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

DokĹ‚adność pomiaru zdefiniowano jako 2% lub 2 °C, a rozdzielczość wynosi 0,1 °C. Zakres widma przyjmuje wartoĹ›ci z zakresu od 8 Îźm do 14 Îźm.

V= : 1 ; Podczas eksperymentu przeprowadzono pomiary temperatury róşnych powierzchni badanych obiektĂłw – elementĂłw wykonanych z wybranych materiaĹ‚Ăłw. Przeprowadzono badania dla szeregu nastaw emisyjnoĹ›ci w termometrze bezdotykowym – 0,1; 0,3; 0,6; 0,9; 0,95; 1,0. Ponadto przeprowadzono pomiary temperatury powierzchni za pomocÄ… termometru z termoparÄ… typu K (dokĹ‚adność 2%, rozdzielczość 0,1 °C) w temperaturze pokojowej (20 °C), przyjmujÄ…c wynik uzyskany w tej temperaturze jako wartość odniesienia. Na podstawie dostÄ™pnych danych [6–9] przyjÄ™to typowe wartoĹ›ci emisyjnoĹ›ci dla badanych obiektĂłw. Po wykonaniu pomiarĂłw przeprowadzono analizÄ™ otrzymanych rezultatĂłw. W tabeli 1 zestawiono wyniki badaĹ„. ZauwaĹźono, Ĺźe generalnie najbardziej zbliĹźone wyniki w odniesieniu do pomiaru temperatury powierzchni za pomocÄ… termopary otrzymano dla ustawienia emisyjnoĹ›ci o wartoĹ›ci zbliĹźonej do 1, zarĂłwno dla materiaĹ‚Ăłw o bardzo maĹ‚ej, jak i o duĹźej emisyjnoĹ›ci. Wraz ze zmniejszaniem nastaw emisyjnoĹ›ci w pirometrze, otrzymane rezultaty znaczÄ…co odbiegaĹ‚y od wynikĂłw pomiaru otrzymanych za pomocÄ… termopary. Przy ustawieniach emisyjnoĹ›ci na poziomie 0,1 zauwaĹźono bardzo duĹźe odstÄ™pstwa. Odczyty temperatury dla ciaĹ‚ o bardzo niskiej emisyjnoĹ›ci (okreĹ›lonej na podstawie tabel [6–9]) byĹ‚y na tyle odbiegajÄ…ce od pomiarĂłw temperatury powierzchni termoparÄ…, Ĺźe naleĹźaĹ‚o je uznać za caĹ‚kowicie bĹ‚Ä™dne.

4. Podsumowanie i wnioski Przeprowadzone badania eksperymentalne pozwalają wnioskować, şe badany termometr bezkontaktowy (pirometr), mimo wbudowanej funkcjonalności umoşliwiającej ustawianie emisyjności badanych materiałów, podczas pomiarów temperatury obiektów o bardzo niskiej emisyjności (i jej

zaprogramowaniu w termometrze) nie wskazuje poprawnych wartości. Nie moşna na tej podstawie stwierdzić, şe wszystkie urządzenia tego typu mierzą niepoprawnie. Dopuszcza się bowiem rozrzut wyników pomiaru w przedziale o promieniu równym niepewności pomiaru wokół wartości średniej (z załoşonym prawdopodobieństwem). Dlatego naleşy przyjąć, şe ten konkretny model cechuje się niepoprawnością odczytów w rozpatrywanym zakresie. Ma to miejsce dla obiektów o małej emisyjności. Testowany przyrząd naleşy do grupy urządzeń tanich i jest powszechnie dostępny w sprzedaşy. Naleşy przyjąć, şe przed wykonaniem pomiarów urządzeniem tego typu, wyposaşonym w moşliwość nastawiania emisyjności, konieczne jest wykonanie kalibracji. Następnie trzeba ocenić krytycznie, czy otrzymane wyniki mieszczą się w granicach niepewności przyrządu, podanych przez producenta.

Bibliografia 1. Miłek M., Metrologia elektryczna wielkości nieelektrycznych, Uniwersytet Zielonogórski, Zielona Góra 2006. 2. Minkina W., Pomiary termowizyjne: przyrządy i metody, Wydawnictwa Politechniki Częstochowskiej, 2004. 3. Mazikowski A., Bezkontaktowe, wielopasmowe pomiary emisyjności, „Elektronizacja: podzespoły i zastosowania elektroniki�, Nr 7-8, 2002, 29–31. 4. Piątkowski T., Madura H., Chmielewski K., Precyzyjne pomiary temperatury powierzchni metali pirometrem trzypasmowym, „Prace Instytutu Elektrotechniki�, zeszyt 234, 2008. 5. https://pl.wikipedia.org/wiki/Zdolność_emisyjna 6. http://www.remes.gda.pl/wp-content/uploads/2013/11/ Tabela-emisyjności.pdf 7. http://www.mera-sp.com.pl/rozwiazania/wiecej/pirometry-poradnik-uzytkowania 8. http://termo-sfera.pl/termowizja/przykladowe-wartosci-wspoczynnikow-emisyjnosci.html 9. http://www.kameratermowizyjna.com/pliki_do_pobrania_files/tabele%20wspoczynnika%20emisyjnosci.pdf

E _ < &! / ! 8 ! F ! ? L Article describe influence of emissivity settings on pyrometer temperature measurement results. All information was received by measurement with pyrometer. Data was obtained by different types of materials. Surface temperature was also measured by thermocouple K. KeywordsT ! ; ! ! ! !

57

., # /

* c ,

# , #

+ ! < Q

! ! )/! $ ! '( @ E J ^ & / ^ A $

58

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

# 1 1A TM 0 TDTMYL

Informacje dla Autorów J # # C ! " # 0 #

$ . @ ! Tl * TMYq A , Q # , # C @ #

˜ # , #*` ! / , # *` # ,# *

# Q K *` , *` F / , ! , # ! * ! , * # ] ! KF^A + # Q # F @ ,# , # , ! K ,

# , ! ` * Q @ ! # , A

Wskazówki dla Autorów 40 1 4 # # ! ,# * # # & Pomiary Automatyka Robotyka , , ˜ F,#*` B ™ C # # # ] , *` VM Q ^ *F # ,

!

C

F # D # Q & K * ] # * ,# # , ^ C # # ] *F c YšMCTMM Q ^ *F # ,

!

C # ]šCV ^ *F # ,

*F # !

!

C Fc˜ # # C *F # ,

] # *A !

^ C , , , #

*F # ,

*F # !

C # *F # , *F # !

C # * D! K D *F * , B A , A A*,! # A i c

A qMM ,

A YMMM , c , ! # *` ! K c A

# ,

˜ *F c˜ Q ` * * M L # ! , , ˜ *F c Y # ! ]UM MMM Q , *

# qMMM T # * Q ^ * A V @ ! #A . , , # # Q , *` F *F c˜ #! * , Fc A Nie drukujemy komunikatów! + # # # ` ˜ ` ! K # Q ] *F # # #^ *F c šMMCXšM Q # B ! K A 1 * ! , Q Q *F *

*

! A ,# *` # , #*` / ` , ˜ # #A

'

-2 2 4 4 4 0 v / 4 1 v

+ 4

4 4A # , ` ` , c˜ c˜ # #A # Q ,# * ` , , ! , # ! A J Q c˜ , * *

# * *F # ` ˜ # , # ` ˜ , !

, F › Q A @ / 4 - 2 ' 2 Q ! #* *F A , Q* c , * * A *` # * @ # # `˜ #*` , # # C # Q K *F ! K A + , , * , , #! , 1 Q # * B ! , *F

A . , , # # @ , Q ,

1 *`A

Kwartalnik naukowotechniczny Pomiary Automatyka Robotyka jest indeksowany w bazach BAZTECH, Google Scholar oraz INDEX COPERNICUS (ICV 6,38), J ( ( J ! ARIANTA. Punktacja MNiSW ( K P $ -++OQ$ A A C S ! ( ( w kwartalniku naukowotechnicznym Pomiary Automatyka Robotyka.

šl

0f 1 H) +b [G 1Â?.

@/ 0 4 / ! 4 40 1 4 1 * # & ! Pomiary Automatyka Robotyka @ *` , F 0 #

$ . @ ! ` ` F # ! # Q ! # D # Q # Q , , , , *F # # # # # # # c *` ! ™ 1. ! 4

. wymieniowego Autora 1 4 C * # , , Q A g!# # ,h *A , # Q ,# * Q Q # , # ,# * !Q

* A 2. ! 4 1 4 1v

jej powstanie C * ™ C , @ *` # , # , # ! F * ,Q # * Q # D # F #*` , , , # ,# * C , @ F,#* , , g! !h A F,#* # * Q * ` , # #

* ,Q #

* * , F

, , # Q ! # , ,# * œ

LM

P

O

M

I

A

1 * # * *

, # # , `

# F, ` ` @ ` , , !

# *

A

3. ! 4 + 1 ;v 0 1 4 C , , # K ,# * ,

# * # & # ,

! * , B * › Q c Q , F@ A gK # h C *

B * ! * #* *

/ # ,# *

B * # , F K /A

#

#

,# #* Q @

B #*` # * B * * # , B # @ , * # C

@

˜ ! ˜ c # A J , D , c `@ # A

, przeniesienie praw 40 1 0 4 %%$(ˆ J ` , *F # # ,# * F,#* ,

*` , # FA [ * , , , , # # * A . , , # ! * # # # # # ! ` #A

Redakcja kwartalnika Pomiary Automatyka Robotyka ) $

# Q ,# # # &

# 1 ,

, # Q , ` F , # + ,A™

& '( ! ! C / ! / ! / !0 ! ! / ! ! 06 ! G ! ' ! ? ( H ?$ +% S +b+%-. ,N-% CET -%$-O#-#b '?c++%b,$ R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

czasopisma

pomiary

www sprawdzian

miara

POLSPAR

eksperyment

automatyka PIAP

#

seminarium

kalendarium

szkolenie

kwartalnik

federacja

nauka

publikacje

automatyka

stowarzyszenie

HORIZON 2020 `@ innowacje organizacja projekt konkurs

konferencje

relacja

POLSPAR

POLSA

publikacje

AutoCAD streszczenie

agencja kosmiczna

dr h.c.

Top500 innowacje

IFAC

ZPSA

, ›

profesura

recenzje

relacja

szkolenie

doktorat

robotyka seminarium

sterowanie

A

esa

szkolenie

62

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

POLECANE CZASOPISMA

! / ' FS @ 81 * Y 3 < ) 2 2 9 19 ! 3 ) 2* Z 2 ! * Z[ * O ! < ! ! #) 2 !; ! !; ! !; ; )+ ) 2

E S %M+M;,,M# E! B T + %.. P+%-OQ U ' FS @ N #,

E S -K.-;+::. E! B T % .,K P+%-OQ U ' FS @ N -, E S %M+-;%+M. E! B T - -:K P+%-OQ U ' FS @ N +,

E S -K:,;O:ME! B T - +%: P+%-OQ U ' FS @ N +,

E S -%.O;+#%: E! B T % OK# P+%-OQ U ' FS @ N -, E S -,MK;.OO. E! B T % M,O P+%-OQ U ' FS @ N +%

63

SYLWETKI | WYWIAD

Is Cybernetics a Motorway to the Future Heaven?

Fot. PIAP

Interview with Dmitry Alexandrovich Novikov Professor Novikov, as the Deputy Director for Scientific Activities of the V.A. Trapeznikov Institute of Control Sciences, Russian Academy of Sciences, could you tell our readers some facts about this institute and its history? The Trapeznikov Institute of Control Sciences was founded in 1939. In this period it was called the Institute of Automation and Remote Control. It was the time just before the II World War. First problems which were solved in the institute were the problems of automation in the industry, aviation, and during World War II also , B , # A G *# ¢ . War II, we started intensive researches on space control. Director of the Institute at that time, Academician Boris Petrov, who was a colleague of Sergei Korolev, was responsible for the control systems in the space rockets. In 1970s Boris Petrov coordinated the Soyuz-Apollo Programme. And this class of control problems is developing till nowadays. Another branch which was born in the 1960s was the problem of complex automation of submarines and other marine objects that has been intensively developed until now in our Institute. Since 1980 we started researches on the problems of automation in the nuclear energy plants. These research activities are continued nowadays, we have close contact with Iran and India, atomic plant in Bushehr and Kudankulam. Are people in Russia not afraid of nuclear plants? Each new technology brings some new dangers. The nuclear energy is an obvious danger, but I think that people must not be afraid. To be afraid is a psychological

64

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

category; it is a nature of common people to be afraid of something. We must do our best in science and technology in insuring the safety of the nuclear energy production, but we mustn’t be afraid of nuclear plants because we have no alternatives. Do you think that information and communication technologies, such as mobile phones, Internet, social networks and so on, are not dangerous for mankind? Definitely they are very dangerous. Maybe much more dangerous than nuclear energy. I have published a book and a lot of papers about models of social networks but I do not use them in my daily life. Let’s return to the history of our Institute. The institute was famous also for the theoretical researches in automation and remote control. Trapeznikov Institute was one of the organizers of the First International Congress of the International Federation of Automatic Control (IFAC) which was held in 1960 in Moscow. Head of one of our laboratories, Academician Alexander Lyotov was a &, B K ! A 0 than 50 laboratories and around 1000 researchers and engineers. List of the laboratories illustrates the variety of possible branches of control theory, from mathematical backgrounds to control in economical or ecological, biological, social systems, and so on, and so forth. I am sure that we have to predict the development of the control theory and have to forecast the emergence of new branches of control because now we are only starting to state and solve control problems for life and social systems. In 20 years it will be the mainstream in control A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

# 1 A TM 0 TDTMYL

theory and we shall prepare to act in this mainstream by starting nowadays. 0 # # B world leaders in control. Our mission is to , ! B i ,, control and we mustn’t loose and have to develop our achievements. We have to develop new spheres of control, for example social or medical systems. It is our mission in general but some details are changed very rapidly. Today at the conference we have discussed that nowadays approximately one half of applications are devoted to energy production and bio-medical systems. These spheres will dominate in control researches in the next 5–10 years. What is the institutional structure of science in Russia? Do national research institutes, independent from the Russian Academy of Sciences – like PIAP in Poland, exist? $ K 1# q , ™ K mic, the second one is industrial science, and the third one is the science at the universities. So the structure is just like in Poland ‌ The structure is the same but the devil lives in details. What about with the academic

science? Three years ago there was issued a federal law according to which all academic institutions in Russia were transferred to the # B f ! B $ K Organizations, which was declared to be governing all the campuses, houses, water, electricity, etc., but not the science. The situation is dramatic because Russian Academy of Sciences itself, which had about 500 institutes, lost these institutes, and now Russian Academy of Sciences, according to this federal law, only has coordination functions. It coordinates the plans, accepts the results of the research and has some expert functions. It is my personal position, but I am sure that it was a strategic mistake in the development of science because managers could not govern the science. Scientist may be governed only by another scientist, and this idea was broken. Some industrial institutes which exist in Russia work on the quest of the proper branch of industry, for example aviation, space and so on, but this sector of science # ! ¢ the Perestroika. During the 90s years many institutes were destroyed or “soldâ€?, and we have lost an essential part of industrial A 0 , # you know, there is an innovational cycle, from fundamental science, through R&D, to

applications and production. The state must fund fundamental sciences, which generally must not give certain results just now. Let’s consider the experiments of Faraday and Maxwell in electricity – I think their results covered all the expenses for the science for all the future, because without electricity we

„The main chance for cybernetics is the creation of the theory of organization.�

cannot function today. In the stable situation, in proper construction of the innovation cycle, the state funds fundamental research, industry funds applied research, which has the request for fundamental research. If this chain is continuous, it works. But fundamental science is not able and must not be responsible for the production. I think that such a problems are typical not only for modern Russia but for many other countries, especially in Eastern Europe. Let’s develop

Cybernetics. From Past to Future This book is a concise navigator across the history of cybernetics, its state-of-the-art and prospects. The evolution of cybernetics (from N. Wiener to the present day) and the reasons of its ups and downs are presented. The correlation of cybernetics with the philosophy and methodology of control, as well as with system theory and systems analysis is clearly demonstrated.

Dmitry A. Novikov, Cybernetics. From Past to Future, Studies in Systems, Decision and Control, Vol. 47, Springer, 2016. ISBN 978-3-31927396-9. DOI 10.1007/978-3-319-27397-6.

The book presents a detailed analysis focusing on the modern trends of research in cybernetics. A new development stage of cybernetics (the so-called cybernetics 2.0) is discussed as a science on general regularities of systems organization and control. The author substantiates the topicality of elaborating a new branch of cybernetics, i.e. organization theory which studies an organization as a property, process and system. Table of contents: • Cybernetics in the 20th Century, • Cybernetics, Control Philosophy and Control Methodology,

•

Laws, Regularities and Principles of Control, • Systems Theory and Systems Analysis. Systems Engineering, • Some Trends and Forecasts. The book is intended for theoreticians and practitioners, as well as for students, postgraduates and doctoral candidates. In the K , ! # # tutors and lecturers preparing courses on cybernetics, control theory and systems science.

65

SYLWETKI | WYWIAD the production, and then let’s develop applied research. Let’s fund fundamental science and when we will make a continuous chain, it will start working well and everybody will be happy, as well as the customer who is interested in results of this chain.

but about the measures to make these contacts more intensive. We are not able to invent anything radical because all forms are traditional. These forms are: conferences, special issues of journals, thematic books, maybe some applied projects. There is nothing new, but we should do it. Last year we have published several books by Sprin! # ! 0 f in Information and Production Systems Modeling and Analysis – Incentive Mechanisms, Competence Management, Knowledge-based Production in the Series which is edited by professor Janusz Kacprzyk. Authors of this book are from our institute, Warsaw School of Informatics, and PIAP. Today we are speaking during the international conference, and I hope new contacts will start here and they will lead to new joint books. You published a book titled “Cybernetics. From Past to Future� recently. Cybernetics is currently experiencing a renaissance. Can you identify the cause of this situation? Indeed, cybernetics was very popular in 60s. H YlUV 0 bert Wiener. It caused an explosion of the researches, theoretical and applied, in control theory, in theory of information trans-

Do you see opportunities for contacts between Polish and Russian scientists currently? How you imagine these contacts? Let’s start from the very beginning. In the middle of XX century there were very close contacts between USSR and Poland. Many Polish professors did their PhDs in automation in our institute. 3rd IFAC world congress was held in Poland (1st in Russia, 2nd in USA). We had always very close ties with our colleagues from Poland. These ties became difK # # ! , # # countries but our connections were not interrupted. I remember when I was young PhD in early 90s, I was in Wroclaw at the conference on system science and systems engineering which was organized by Professor Zdzislaw Bubnicki. Three years later he came to our institute to a conference. So, these contacts certainly exist but maybe they are not so intensive. We must speak not about the opportunities for these contacts

mission, as well as in many other branches of science and technology. A great amount of new results in technical systems control appeared rapidly. It became popular roundabout. There were several reasons for such # A G K

dle of 40s of XX century was the period of “explosion� in many, many branches of science. Game theory was born in 1943, as well as operations research. Atomic bomb , K

YlUš K # plant appeared in 1954. First transistor and K ,# ,,

B UM A K #tion. Another very important aspect was that Wiener and his colleagues were the , B i B ].A , ! )A 0 #mann was a mathematician, S. Beer was a specialist in management, A. Rosenblueth was a physiologist, etc). These brilliant genius people understood that general laws !#

B i sciences. It was a splash! This generalizations led to many new results. It was the golden age of cybernetics. Rapid development of theory and new applications lead to some overestimated expectations because people, not only scientists but common , , B K , ,#-

Control Mechanisms for Ecological-Economic Systems This monograph presents and analyzes the optimization, game-theoretic and simulation models of control mechanisms for ecological-economic systems.

•

It is devoted to integrated assessment mechanisms for total risks and losses, penalty mechanisms, risk payment mecha K ! , mechanisms for risk level reduction, sales mechanisms for risk level quotas, audit mechanisms, mechanisms for expected losses reduction, economic motivation mechanisms, optimization mechanisms for regional environmental (risk level reduction) programs, and mechanisms for authorities’ interests coordination. Table of contents: • Risk Level Control in Ecological-Economic Systems,

66

P

O

M

I

A

R

Control Mechanisms at the Level of Industrial Enterprises, • Control Mechanisms at the Level of Regional Authorities, • Simulation Models for Control Mechanisms in Ecological-Economic Systems. The book is aiming at undergraduate and postgraduate students, as well as at experts in mathematical modeling and control of ecological economic, socioeconomic and organizational systems. Vladimir N. Burkov, Dmitry A. Novikov, Alexander V. Shchepkin, Control Mechanisms for Ecological-Economic Systems, Studies in Systems, Decision and Control, Vol. 10, Springer, 2015. ISBN 978-3-319-10914-5. DOI 10.1007/9783-319-10915-2. Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

# 1 A TM 0 TDTMYL lar journals, from TV, that cybernetic is powerful, it will solve all the problems just now – in technique, in the society, and so on. Expectations were very high, and the regret of these non-realistic expectations was proportional to them. Since the end of 70s, there was some regret about cybernetic. Most people lost their beliefs in the power of cybernetics. Maybe since that time cybernetics became having some negative sense because if you promised somebody some ! # K # ,

rybody tell you that you promised but have not done. For 40 years (since 70s) cybernetics existed “in the shadow� and was not intensively developed. Maybe the reason is that cybernetics is a science about general regularities and laws of control and communication, while there were a lot of certain results in close sciences which have not done for cybernetics something really general. I am sure that modern and expected renaissance of cybernetics (we may call it “cybernetics 2.0�) is based on the necessity of these generalizations, because intensive develop B # i that the scientists sometimes cannot under , K B A G B K * # B # there is a lack of general grounds of that

branches of sciences. One of the missions of the cybernetics 2.0 is to bring a new general ground to the development of control sys B i ™

and social. We need these generalizations. That is why I hope that cybernetics has future. It explains how the world works in general, how the world is and must be controlled. This is the main strength of the cybernetics and the main challenge of cybernetics 2.0. What are the other strengths of cybernetics? When speaking about cybernetics Wiener mentioned control and communications in man, machine and society. I guess that the idea of “communication� may be interpreted more widely, not only as the transmission of or operating with information but as interdependence (including causal) among the processes, objects, and so on. It also may be called interconnection. There exists a term which embraces the laws and regularities of this interconnection. According to the Webster dictionary, there are three meanings B v ! h™ K organization as the property – how a system organized, coordinated, and its elements are interconnected. The second meaning is the

V.A. Trapeznikov Institute of Control Sciences, Russian Academy of Sciences, was founded in 1939 in Moscow. The Council of People’s Commissars decided in 1939 that the Commission on Remote Control and Automation that had existed since 1934 had to be expanded into an Institute of Automation and Remote Control in the framework of the USSR Academy of Sciences’ Division of Technical 8 E ! e ' !

Warsaw, 2nd March 2016

Interview with +

0 # E

Vadim Alexandrovich Trapeznikov (1905–1994) and Institute Director in 1951–1987, in 1998. Here (B.Ya. Kogan, V.A. Trapeznikov and others. Constructed a ] < ! < / ! $ C< E d - %%% ` -+% over 250, candidates of sciences. The Institute inc ,# ( O ] / / tion divisions. Basic lines of research are: • System theory and general control theory; • Techniques of control in complicated engineering and man-machine systems; • Theory of control in inter-disciplinary models of organizational, social, economic, medical and biological and environment protection systems; • Theory and techniques in development of e ; ; / / of control and complicated data processing and control systems; • ] < ! e and navigation; • ] < ! < / systems and automation of technological industrial processes. Fot. PIAP

Dmitry Novikov, Doctor of Sc. (Tech., 1998), Professor (2002), Head of Control Sciences Department at the Moscow Institute of Physics and Technology, Corresponding member of Russian Academy of Sciences (2008). Dmitry Novikov was born in 1970, Moscow, Russia. He is the leader of the theory of control in organizations. He is the author of dozens of books and < ` < and management. He is a deputy director of the V.A. Trapeznikov Institute of Control Sciences of Russian Academy of Sciences and head of Control Sciences department of Moscow Institute of Physics and Technology. Personal WebPage (incl. the list of publications) – http://www.mtas.ru/person/novikov.php.

process of organization which results in the property of organization (you organize something). The third one is the organizational system which consists of people, groups, collectives with common goals and mechanisms of their joint activity coordination. 0 , structured theory of organization. If you open Internet or you go to the any bookshop, #w K B “organization theory� but all these books are devoted to the theory of organizational systems, not mathematical theory but like a management one. Some best practices from managing organizations, but we need a general theory of organization which will give us general laws of the property of organization and the processes of organization. When we construct this theory, it will be the basis for the cybernetics 2.0, which includes Wiener’s cybernetics as a particular case and will help us to explain some part of the world around us and make it a little bit better.

Source: http://www.ipu.ru

67

b H 0 "$ ´µ"

Robot Intelligence Technology and Applications 3 W serii Advances in Intelligent Systems and Computing, wydawanej przez Springer # ! ; #) < Z #2* ; * Robot Intelligence Technology and Applications 3 8 ) *+) 2 ) . 1 , - !

q, - {; ) 3 < Z w Beijing (China), w dniach 6–8 listopada 2014 r.

,# * C ) !&j "

.

± ! )# ) $ j # # !A # * , B ) !&j "

b # ! * 1 Q " # B $ ² G ! A . # , @ ˜ * ! FA ) !&j "

,

Q , *F A * ! * ]# ³# # ^ *#@ YllX # F g * , @ * Q h ]gG G

h YV c YllX A^A G c $ ] &1 . H#, $ G # ^ # Q A F , › # Yllš A ,Q› * ! ,

F A ) ,

@ A A / f 1 ]f B 1 & ^ 1 H ] 1 , H

^ * Q @ " 1 $ A @ B# *F j ! ` ! H 1 $ A 0 , ` `@ F @ F XU , ! #, Fc ™

H , ™ ' H ! H $ 1 ! H , ™ H ,# ! ! + ! B 1 H , ™ ,, B 1 ! G ! ` VqT A " `@ * #* ,

! * C , , * ,

#* # ,

, , , / ,

@ ! ! # ! , # # ` A @ # !

# , ! Q , * * # ›

! # / c ,Q ,

c c # ! ! # Q !` ˜ , A G ! *` # ˜ ! *F , ` ! *F , `

! *F ` ` ! *F ! *F ! *F ! ` , ˜ ` c˜ c ! F *#@ * c ` ! # A H `@ * , # Q , Q , @` , # , F, *# !

! * Q * * /A g. h * g ` * ! * h ` F # ` ! *F ,Q , F ] !^A + , , ™ , * ! * , C , ! * Fc * c ` *F c ! *` #!` , @ F # #* , *` ˜ ,

Q , , Q # A . * ˜ * `@ ˜ *

, , * ˜ ` A

\ /;L = ! @ ! « / \ \ L F / P& $Q Robot Intelligence Technology and Applications 3 ' E / ! ! / D $ #O, / E ( / +%-,$ E IS M:K;#;#-M;-.KO%;- CET -%$-%%:bM:K;#;#-M; -.KO-;K$

LV

P

O

M

I

A

R

' ª ! E ' ! ! 0 E' Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

# 1 1A TM 0 TDTMYL

Kalendarium wybranych imprez Nazwa konferencji

Data

Miejsce

VII Kongres Metrologii

28 / 06 – 01 / 07 2016

b# D0 F Q Polska

13th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics

29–31 / 07 2016

Lizbona Portugalia

IEEE 21st International Conference on Methods and Models in Automation and Robotics MMAR 2016

29 / 08 – 1 /09 2016

F * Polska

5 – 7 / 09 2016

" Q Polska

www: http://www.mkm2016.agh.edu.pl/

XXII Fluid Mechanics Conference KKMP 2016

11 – 14 / 09 2016

$ A ' Polska

www: http://www.kkmp2016.pwr.edu.pl/

9th EUROSIM IFAC Congress on Modelling and Simulation EUROSIM 2016

12 – 15 / 09 2016

Oulu Finlandia

14. Krajowa Konferencja 1

14 – 18 / 09 2016

" " Polska

Conference on Non-integer Order Calculus and its Applications RRNR 2016

20 – 21 / 09 2016

Zakopane Polska

14th IFAC/IEEE Conference on Programmable Devices and $ PDES 2016

5 – 7 / 10 2016

Brno H

www: http://pdes-conference.eu mail: , TMYLZB A # A

14th European Conference on Computer Vision ECCV 2016

11 – 14 / 10 2016

Amsterdam Holandia

www: http://www.eccv2016.org/

1st IFAC/IFIP Workshop on Control and Computers WOCO 2016

18 – 20 / 10 2016

Walencja Hiszpania

7 – 9 / 11 2016

b . '

9 – 14 / 07 2017

Tuluza Francja

pb F # " B * !Q MKM 2016

13th $ , # Distributed Autonomous 1 $ DARS 2016 20th IFAC World Congress 2017

Informacje dodatkowe www: http://km2016.politechnika.lublin.pl/

www: http://www.icinco.org/

www: http://mmar.edu.pl/

www: ,™DD #

TMYLA # # AK mail: ¶ Z # # AK

www: http://kkr13.pwr.wroc.pl/

www: http://rrnr.aci.polsl.pl/

www: http://woco2016.upv.es/

www: http://dars2016.org/

www: http://www.ifac2017.org/ mail: Z B TMYXA ! 69

KONFERENCJE | RELACJA

ยฌยฌ = < ' ! 0 ? +%-. XX Konferencja Automatykรณw w Rytrze w sposรณb perfekcyjny integruje automaty Q Q@ c A G *

*# B * ! c , Q@ c ` # ` C * #

* , / * , # K , ` cย & * ` ! Q , @ *A O wysoki poziom naukowy konferencji * , BA A @A 1 G # , ` F , ! A # *F ย

Q &j#

W dniach 17 i 18 maja 2016 r. ( < 0 J A < ! < ! A ! !$ > 0 ! / ! < ( < ! ='F&? N ' ! F ! 8 $

70

P

O

M

I

A

R

Y

โ ข

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

โ ข

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

" 0f 1 0H) } 1 b H)

"

# 1 *

0 # . 1 _ ` A *` . * Q f# # _ , . * " A H B * , # Q *# Q ,

Q # * , * * Q , # Q # ` / ,

Q # @ * , ! * c # Q A .

! ,

pp B * Automatyka

które F c `, /A f # *# # * B * !

, A 1 , ` *` * , BA 1 G # A . *` , #!# * g ! c˜h A . `, B * , ! #, A . , * ! #, › F , # .f _ . , # *` , #*` F , ` c B * ™ C , BA A @A 1 G # C C , BA A @A b G # C ! "#! $ ! %

BA A @A 1 G # C

Q &j#

71

KONFERENCJE | RELACJA

C , BA A @A ) * " c C & ' ( ) ( * ryzyka C , BA A @A G # $ # C + (,) ( (

( , ( C , BA A @A # $ / C .

/ 0

C @A . # C

/ ) (

( )

C ! @A )Q B " C !

1

, + ,

" 2 4 5

/

72

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

. #! * ! #, # , , #*` c , # #*` , * @ Q , ` B # # ™ C '' C 6 7

(

,

C ' H"j ff [G G 0 C 8 9/: ;( ) ( ) < ( (

(

(

C + 0f $$ b$" C = ( > $26/ 5 ( ) ! 7 C 1$ 0 1 H $$ 0 0G C 6 , (

7

C )[ C 2( , ( (

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

" 0f 1 0H) } 1 b H)

,

?@02 BC D:: C b Gj 1 $ C ! ) ( ( *

C b0 C & ) 2 6 ./ / E C $" 1& H C " =&F0C.G 9/: C G Hj0 " ' b C 6 * (

C G[1H" C 0 ) 80H JDK$$0

7

, 7 *

/ # ( * -

1 C . + ·bb 1 C . F

) =>

!F.C L! F K. 6

. F M C . " b$" C =

( ( * ( ( ( A . , * ` , ! B * A 1Q @ , , # * ! Q

wykorzystanie systemów automa ` # ! ` c C

, BA A @A G # $ # C _ `

C T <$ ($ J$ E N ' ! >0 ;L = F ; = & / !/ J$ \0 < = N @ 0 B C ^ <$ ($ J$ \ F = N @ <$ ($ J$ U 8 ( N ?

73

KONFERENCJE | RELACJA

, / , Q , B A 0 , ,

@ ›˜ * , ! B C , , # , ! , * A .c Q , # Q F Q # !

B , ` A ' @ , B B * * B

F # ` A" B * # Q F , @ # * . * 1 # # @` ! H # 1 * $, # C * ! * F

* * ! ,# Q ' $`

A . , # F # TVM Q A

C T <$ ($ J$ E/ $ = @ J C ! UEF'8L&?F J$ @ F ='F&?;' F

74

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

" * pp " B * # Q F F A f $" 1& H ! Q ! ! , ,# ! c Q # Q *#@ * , F, , A

J$ F / =

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

" 0f 1 0H) } 1 b H)

II Ogólnopolska Konferencja F0 /;= ! +%-. C Tegoroczna Ogólnopolska Konferencja Mózg-Komputer ( J / $ \ < A ! / !0 /; ! ( A $ / E ' ! E < ! C $

Pierwsza Konferencja Mózg-Komputer F TMYU A ! Q ` Yl B Q * šMM # Q A . ` # #@ ` * , *` * # # ! , *F *F # * / ! * * * B * TMYL A * TMYL B * ! YX B Q

Q @ * šMM # Q A "

# B * ! qM , Q # # # # Q

Q # , Q

# Q *

0 # A A + c * " *

A !

# !

G ,

+ c *

A b# j B A . `, , * ™ 0 # ! C # # ! " ! C , Q ' K C '

C 0 # B G ! 'H ] !A ' H ,# B ^ C & , ` 'H @ 0 # * C ' B A ! , Q@ c # K C #

*

0 # [ ) ! / " / ` ` . @ ` $ F J ` , # F H F ` [ , 0 # # !

. * Q ! H # ! , # $ , $, * $, . F # H A, 0 # F , `A 0 B * B !

F

™ , # , !

, BA A A A # 0 # # !

.H , A A + # E` ) ! ! K * 1 .$J , # G j # A K * ,

*A , ! , BA A A ) $ ! A B *` *`

F

™ ) ! ! K * 1 , * , BA A @A G# B + . # # B , * , BA A @A E# A B *` , Q # & !

# 1 *F @ " G q , A

1 B ! , !Q , * " B * Q !&" ,# TMYL #*F * ! K # * 9 0 -

0 4 , *` A $ , , B * ! ) $ ! A # . # # B , *A 1 ! K , BA A @A ) _ ` ] . ^A . , ˜ @ , * * B * , F

! 5 ! 4 $ M 2 ! Q * # $ , A " * , * * F # *` c @ ` * ,# *

!

B *

Q #* Q !

Q !& ,# A

J$ A = ! C / /

\ P $Q 9 0

-

0 4 H C +%-. F $ O#O E IS M:K;K#;.,+#,;##;.­ E S -O+M;.%.#

Xš

KONFERENCJE | RELACJA

! E < ! 8 / E8+%-. / ! E ' ! ! 0 E' < E8+%-. ( ! / ! N ! / ( / N ! ( E E' $

76

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

# 1 1A TM 0 TDTMYL

f# *F , ` ! "

# 0 # ! , , BA A @A ) # " ,

, ` "

# ! * ! , BA A

@A 1 $ A ! B * c K C B * F #@ C ! ` TYT , A "

0 # K , * , B * lY B Q A . B * F # YMM # Q , #*` qq *

'

H , # f

* 1 * $ * $ Q J* [ . * '

A * , * ,

Q ! F,#*` ™ – A new magnetic method for stress monitoring and annihilation or con-

trol in steels C ! A B # $ ] * ^ – Selected trends in new rapidly quen •

C $ A ]$ * ^ – The sample and instance selection for data dimensionality reduction – $ ! A $#

A

][ ^A . ! B ` ,# , $, !

Advances in Intelligent Systems and ComputingA H Fc˜ # Q

# ) # B # 1 ! $ A

<$ ? ! F / = = ! C /

B $ E'

W dniach 20 i 21 maja 2016 r. podwoje Prze ! # # #

Q ! c C # Q B * Systems, Control and Information Technology SCIT2016A H B *

c / B @ Q # , *

! , , * # ` / ,

Q@ Q , # C Q * #

! c A G B * * @ F Q # # *F F

#* ,

! B @ # ! # , ! ,# # A

77

" 0f 1 0H) } 1 b H)

automation 2016 ' ! N S = < S ;8 ! +%-. ' ! N S / ! E ' ! ! 0 E' J $ C / 0 < T = ! ' ! ? ( ' ! S ! 0 ' ! ? ( CU '?$

. TCU TMYL A F ! , # #

Q pp " B * 0 # &G automation 2016 , 4 I 2 . tywyA ' * , # Q , * Q c Q

* , F A f# *F , ` ! "

# ! ! , , BA A @A ) # " ,

, ` "

# ! * ! , BA @A $ " A " B * automation * # B # , * * Q

, *

#

Q # A * B * F , F # * ™ C # * * wanie C , ! , @ Q C G !# * , ! mowanie C [ ` # * *

C [ ` # ,

* , ,

Q , , F,#*` ™ – 6 C , BA +

A 0 – 1 0 4 – nowe C , BA * " /

– ' 4/ ^

/ C , BA . A "

! K , * , B * Vq B A . B * F # YLM # Q , #*` TV *

? ! F / = P& $Q Challenges in Automation, Robotics and Measurement Techniques. Proceedings of AUTOMATION-2016 F +;O +%-. @ $ ' E / ! ! / D $ OO% / E ( / +%-.$ E IST M:K;#;#-M; +M#,.;-­ CET -%$-%%:bM:K;#;#-M;+M#,:;K$

XV

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

H * b 1 * $ * $ Q J* [ A . B * * * # F, , # # # " 5 4 2016A )#@ , Q , , !

@ # ,

Q # A . ! B

% , H 1 0 " _ ,# , $, !

, 5 ' % A G *F c lTq , Fc ™ 5 % , C qš # Q 55 1 0 C TV # Q 555 "

_ ' C YX # Q A H Fc˜ # Q

# # & , 1 0 . " * pp " B * # F F YšCYX TMYX A + ¸

<$ = \ / = = ! C /

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

# 1 1A Yl 0 TDTMYL

F E młodzi młodzi

innowacyjni innowacyjni yj yj

Prace doktorskie

I Nagroda

dr inş. Michał Marks – System lokalizacji urządzeń tworzących bezprzewodowe sieci sensorów Politechnika Warszawska, Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych Promotor – prof. nzw. dr hab. inş. Ewa NiewiadomskaSzynkiewicz

II Nagroda

dr inş. Piotr Kijanka – Modelowanie wpływu temperatury na wykrywanie uszkodzeń przy wykorzystaniu fal Lamba AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inşynierii Mechanicznej i Robotyki Promotor – prof. dr hab. inş. Wiesław J. Staszewski

Wyróşnienie

C/0 = ! GF E H / ! E ' ! ! 0 E' 0 ! J A ! A$ ( 0 ! 0 ( / $ # * * # , * c˜ , torskich oraz dyplomowych w trzech dziedzinach: automatyki, pomia Q !Q # ! F Q , # ,

, @ /A . # # # K ql , C q , YL , ! TM , @ A J , ]YU^ . * , , # / ] / ^ ] _ ` ^ " ] j

Q &j#

" ^ E ] EQ ^ ] / ^ $ ]J , [ G ! ^ G # ][ * " , ^ . ] . ^A , # * , , [ # . ! b# *A H

* # *

od pierwszej edycji konkursu: C , BA A @A ) # " , C # ' / $ 0 C , ` C , BA @A $ " C & A & * C @A ! " / C *

# 1 C , BA A @A * C . @

# * . * C , BA A @A J ! 0 C # ' / $ 0 C , BA A A @A # C . . * C , BA A A @A * G * C # #

Q C , BA A @A . . C , ` "

#

Q b$ 1 C , BA A A @A H J / C "

# 1 0 * # , # * , , ! , F@ Q@ ] , # # & -

dr inş. Adam Gałęzia – Wykorzystanie sygnałów niestacjonarnych w detekcji wczesnych faz uszkodzeń układów napędowych pojazdów Politechnika Warszawska, Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych Promotor – prof. dr hab. inş. Stanisław Radkowski Prace dyplomowe magisterskie

I Nagroda

II Nagroda

Wyróşnienie

Wyróşnienie

Wyróşnienie

mgr inĹź. MichaĹ‚ Laszkowski – PorĂłwnanie metod rozpoznawania obiektĂłw trĂłjwymiarowych w obrazach RGB-D Politechnika Warszawska, WydziaĹ‚ Elektroniki i Technik Informacyjnych Promotor – dr inĹź. Tomasz Kornuta mgr inĹź. BartĹ‚omiej KozdraĹ› – Opracowanie róşnicowego mikrokalorymetru skaningowego do analiz termicznych materii w fazie skondensowanej wraz z automatyzacjÄ… procesu pomiarowego Politechnika WrocĹ‚awska, WydziaĹ‚ Elektroniki Promotor – dr inĹź. Andrzej JabĹ‚oĹ„ski mgr inĹź. Piotr DÄ…browski – Opracowanie prototypu mikromanipulatora pozycjonujÄ…cego elektrody w mĂłzgu szczura Politechnika Warszawska, WydziaĹ‚ Mechatroniki Promotor – dr inĹź. Jakub MoĹźaryn mgr inĹź. Piotr Komsta – Sterowanie ruchem egzoszkieletĂłw z wykorzystaniem sygnaĹ‚Ăłw EMG: opracowanie czujnikĂłw i badania wstÄ™pne Politechnika Warszawska, WydziaĹ‚ Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Promotor – prof. dr hab. inĹź. Teresa ZieliĹ„ska mgr inĹź. Hubert Przywara – Studying the properties of membranes for mirror coatings for interferometric gravitational wave detectors Politechnika Lubelska, WydziaĹ‚ Elektrotechniki i Informatyki Promotor – dr Tomasz Pikula Prace dyplomowe inĹźynierskie

I Nagroda

II Nagroda

Wyróşnienie

Wyróşnienie

inş. Agnieszka Mikołajczyk – Analiza znamion skórnych przy pomocy metod przetwarzania obrazu i algorytmów inteligencji obliczeniowej Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki Promotor – dr inş. Michał Grochowski inş. Grzegorz Mięsowicz, inş. Michał Šabęcki – Robot do inspekcji linii wysokiego napięcia AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inşynierii Mechanicznej i Robotyki Promotor – dr hab. inş. Mariusz Giergiel inş. Karolina Pytko – Opracowanie konstrukcji mechanicznej głowy robota społecznego dla dzieci Politechnika Warszawska, Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Promotor – dr inş. Krzysztof Mianowski inş. Jakub Maciąg – Projekt urządzenia do pozycjonowania mikrofonów, sprzęşonego z komputerem, z przeznaczeniem do nagrywania instrumentów klasycznych w studiu nagraniowym Politechnika Warszawska, Wydział Mechatroniki Promotor – prof. nzw. dr hab. inş. Mariusz Olszewski

Xl

.Âą+ 1J 0 } " 0"[1$Âą

Uczelnia

! g

# 1 h

F @ ! g [G G¹" h g) # B # 1 ² ! $ h^A . , c Q ! # # , , T TMYL A , pp " B * 0 # &G * g # * C 0 c , h [G G 0 TMYLA $ * Q F !

# # * A ' * # B #

c c / @ , Q ` * c , * › A G , , ukierunkowana na zrobotyzowane systemy # A J F , Q ,

, ! *` ! F

` ! F ! @ # A + @A , g$ * # ` / ` , Q h , F

K * , Q #

* * Q@ c F ! c

F F ` Q * A , K * # * # ` / ` , Q #@` B c˜ c˜ * , * A . , @ , ˜ * @ Q A ! @A '

* " c C . *^ , ! * g , Q@ !

kalorymetru skaningowego do analiz

B * # *` , # ,

! h , * # # ` # @ *` K *F ,

B Q , ] A A temperatura charakterystyczna, entalpia) F,#*` ,

ich temperatury w zakresie od pokojowej do UšM šHA [ ` , ! , ! # `dzeniom klasy naukowo-badawczej i obecnie stanowi element stanowiska analiz termicz

B * " f , *A @A ! * , F g

Q , pomocy metod przetwarzania obrazu i algo Q ! * *h Q * B !` F , ˜ *# metod szybkiego rozpoznawania nowotworu c ! Q *

* A , @ , ! ˜ , ! # # #@ ˜ Q A , *F , YTL

Q A [ / # c Q * lVÂş c Q * XqAMVÂşA

2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

AGH Akademia GĂłrniczo-Hutnicza

2

5

5

3

19

4

4

3

Akademia Morska w Gdyni

–

1

–

–

–

–

–

–

Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej

1

1

–

–

–

–

4

–

Instytut Badań Systemowych PAN

–

–

–

–

2

–

–

–

Państwowa Wyşsza Szkoła Zawodowa w Sanoku

1

–

–

–

–

–

–

–

Państwowa Wyşsza Szkoła Zawodowa w Tarnowie

–

–

–

1

2

–

2

–

Państwowa Wyşsza Szkoła Zawodowa w Zamościu

–

–

–

–

–

1

–

–

Politechnika Białostocka

–

1

–

3

–

1

–

–

Politechnika Częstochowska

–

–

–

–

1

–

–

–

Politechnika Gdańska

5

3

8

7

12

5

4

6

Politechnika Koszalińska

–

–

–

–

1

1

–

–

Politechnika Krakowska

–

5

6

1

3

–

–

1

Politechnika Lubelska

–

–

–

–

–

–

–

1

Politechnika Ĺ Ăłdzka

1

7

–

4

8

1

5

1

Politechnika Opolska

4

2

–

1

2

1

6

–

Politechnika Poznańska

2

2

3

–

10

1

6

2

Politechnika Rzeszowska

1

–

–

–

2

–

2

–

Politechnika ĹšlÄ…ska

7

5

6

4

10

8

2

6

Politechnika Świętokrzyska

–

–

–

1

2

–

–

–

Politechnika Warszawska

18

17

18

13

22

11

17

14

Politechnika Wrocławska

4

5

5

2

8

6

8

1

Polsko-Japońska Wyşsza Szkoła Technik Komputerowych

–

–

–

1

–

–

–

–

Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu

–

1

–

–

1

1

–

1

Uniwersytet Rzeszowski

–

–

–

–

3

1

1

–

Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy

–

2

–

–

1

–

–

–

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

–

1

–

–

–

–

–

–

Uniwersytet Warszawski

–

–

–

–

–

–

–

1

Uniwersytet ZielonogĂłrski

–

–

1

–

2

1

–

–

Wojskowa Akademia Techniczna

–

1

–

1

2

1

–

–

Wyşsza Szkoła Informatyki Stosowanej i Zarządzania w Warszawie

4

–

–

–

–

–

–

–

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

1

2

–

–

3

1

2

2

J$ F / =

VM

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Analizy numeryczne Oprogramowanie Szkolenia Stacje robocze

SYMULACJA W NAUCE I PRZEMYŚLE Jesteśmy biurem inżynierskim zajmującym się symulacją komputerową. Wykonujemy analizy numeryczne w oparciu o metodę elementów skończonych z zakresu statyki, przepływów, dynamiki, elektromagnetyzmu oraz przetwórstwa tworzyw sztucznych. Bierzemy udział w pracach badawczo-rozwojowych, organizujemy szkolenia i kursy jak również wdrażamy pełne systemy informatyczne w oparciu o stacje robocze, serwery i klastry obliczeniowe z preinstalowanym oprogramowaniem obliczeniowym. Jako przedstawiciel na Polskę firmy ANSYS Inc., prowadzimy dystrybucję wszystkich programów z rodziny ANSYS i zapewniamy pełny support techniczny oraz specjalizowane szkolenia z zakresu w/w oprogramowania.

29

* . " / "

" , "

,

%3% 1 40

% 0 )

%-

35

+

. "

" #

41

) +# * + #

49 55

4

/ ( '

1 ! "

# 0 " 1 , / &1

$ # + $ # $

5 6 ! 7 $2 ( 8

'

7 ' 9

: ; 4 /

1

Issuu converts static files into: digital portfolios, online yearbooks, online catalogs, digital photo albums and more. Sign up and create your flipbook.