Page 1

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

PAR miesięcznik naukowo-techniczny

3/2013 ISSN 1427-9126 Indeks 339512 Cena 10,00 zł w tym 8 % VAT

www.par.pl

HARTING RJ Industrial® Montaż bez użycia zaciskarki

People | Power | Partnership Temat Numeru

Automatyka

NAUKA

Czujniki do pomiarów bezdotykowych

Programowanie sterowników PLC zgodnie z normą IEC 61131-3. Cz. 1

Odbiorniki GNSS w praktyce inżynierskiej

32

52

103


2


Komponenty podciœnieniowe

• najszerszy asortyment • renomowani producenci • bezpoœredni import

• doœwiadczeni specjaliœci • szybkie doradztwo • projektowanie

Ponadto:

Chwytaki podciœnieniowe: powierzchniowe i paj¹ki

Chwytaki pneumatyczne: szczêkowe, kielichowe i membranowe

Sprzêg³a robotyczne do szybkiej wymiany chwytaków i narzêdzi

www.manulift.com.pl 3


Spis treści      

Nowości

Wydarzenia

SCHUNK Expert Days 2013

12

8

Nowe produkty

76

Prowadnica liniowa i prowadzenie przewodów w jednym – system kompaktowy i odpowiedni do małych ciężarów

78

Bezproblemowa instalacja – nowy siłownik znormalizowany DSBC z inteligentnym system amortyzacji PPS

80

AZM 300 – blokada bezpieczeństwa z indywidualnym kodowaniem i regulacją siły zatrzasku

82

Automation PC 910

84

Co nowego w firmie .steute?

86

LBX – idziemy do przodu!

– Nic nie jest tak potężne jak idea, której czas nadszedł –

mówił Henrik Schunk, partner zarządzający w firmie SCHUNK i prezes Europejskiego Stowarzyszenia Robotyki, otwierając szóstą edycję konferencji SCHUNK Expert Days 2013. Nawiązując do słów Wiktora Hugo, stwierdził: – Dziś nadszedł czas robotyki usługowej. Wizja staje się rzeczywistością. Wydarzenia 14

Pierwsze Forum LEAN & KAIZEN MANAGEMENT – jak skutecznie wdrażać filozofię lean w nie-japońskich fabrykach

15

Targi WATER & HEAT 2013

88

Seminaria naukowe PIAP – Semestr XL, „Wiosna 2013”

TEMAT NUMERU

Przemysłowe bezdotykowe czujniki odległości w pomiarach wielkości geometrycznych W praktyce przemysłowej często pojawia się potrzeba pomiaru geometrii obiektów o złożonych kształtach (ew. trudno dostępnych), gorących, miękkich, brudnych lub lepkich. Pomiary takie są trudne, gdyż istnieje ryzyko uszkodzenia przedmiotu lub wyposażenia pomiarowego, a czasem wręcz są niewykonalne tradycyjnymi przyrządami. Z pomocą przychodzą wówczas czujniki bezdotykowe.

4

32


Temat numeru Czujniki do pomiarów bezdotykowych 41

Magnetyczne enkodery liniowe we frezarce uniwersalnej

44

Dokładność bezdotykowego pomiaru temperatury

46

Niezawodność pomiaru poziomu w trudnych warunkach środowiskowych

aplikacje 48

Modernizacja układów wentylatorowych procesów odpylania

50

Modernizacja zakładu produkcji kruszyw SKSM Suwałki

automatyka

pomiary

Czystość, precyzja, wydajność

74

Optymalne połączenie pomiaru temperatury i wykonania higienicznego to cechy wyróżniające nowe produkty WIKA.

52

Programowanie sterowników PLC zgodnie z normą IEC 61131-3. Część 1

63

Przemysłowe switche firmy Antaira

64

HARTING RJ Industrial 10G

66

Nowoczesne transportery, platformy i mobilne suwnice do ciężkich ładunków

68

Integracja standardów PROFIBUS i PROFINET. Urządzenia Moxa wspomagają komunikację

robotyka 18

KUKA prezentuje zestaw edukacyjny. Cel: entuzjazm dla robotyki

21

Prosta i szybka automatyzacja – chwytaki z trzpieniem narzędziowym lub przyłączem wrzecionowym firmy SCHUNK

22

Nowoczesne chwytaki podciśnieniowe

24

Kompaktowe, zrobotyzowane, gotowe do pracy – cele spawalnicze ATHOMO firmy COMAU

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

27

Robot SCARA-R1

28

Złącza firmy Multi-Contact w automatyce i robotyce

30

Szybkie i o dużym zasięgu – profesjonalne roboty paletyzujące KUKA

Miesięcznik naukowo-techniczny Pomiary Automatyka Robotyka Rok 17 (2013) nr 3 (193) ISSN 1427-9126, Indeks 339512

PAR miesięcznik naukowo-techniczny

3/2013 ISSN 1427-9126 Indeks 339512 Cena 10,00 zł w tym 8 % VAT

www.par.pl

HARTING RJ Industrial® Montaż bez użycia zaciskarki

People | Power | Partnership

Na okładce wtyczki HARTING RJ Industrial

TEMAT NUMERU

AUTOMATYKA

NAUKA

Czujniki do pomiarów bezdotykowych

Programowanie sterowników PLC zgodnie z normą IEC 61131-3. Cz. 1

Odbiorniki GNSS w praktyce inżynierskiej

32

52

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

103

5


Spis treści      

pomiary

Nauka

70

Kamery przemysłowe IDS w systemach wizyjnych OPTOSOFT

92

72

Czujniki temperatury stosowane w warunkach iskrobezpiecznych zgodne z dyrektywą ATEX nr 94/9/WE

Zastosowanie niedrogich modułów bezprzewodowych do sterowania oświetleniem

dr inż. Leszek Jarzębowicz, inż. Marek Kuciński – Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Politechnika Gdańska

103

Odbiorniki GNSS w praktyce inżynierskiej. Wprowadzenie do systemów GNSS

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

112

Układ tomografu wiroprądowego wysokiej rozdzielczości oraz możliwości filtracji sygnału pomiarowego

dr inż. Jacek Salach, prof. nzw. dr hab. inż. Roman Szewczyk – Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, Politechnika Warszawska

116

Transfer ekranów synoptycznych pakietu SCADA na urządzenia przenośne

mgr inż. Dorian Chrzanowski*, dr inż. Krzysztof Kołek**, mgr inż. Jakub Sotwin*** *Nokia Siemens Networks **AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział EAIiIB, Katedra Automatyki i Inżynierii Biomedycznej, ***Motorola Solutions Systems Polska

polecane książki 90

P. Lesiak, P. Bojarczak: Przetwarzanie i analiza obrazów w wybranych badaniach defektoskopowych

96

forum młodych 120

124

Kontroler i sygnalizator ciśnienia gazów medycznych i próżni Grzegorz Piecuch – Koło Naukowe Automatyków i Robotyków ROBO, Politechnika Rzeszowska Ogólnopolskie Zawody Robotów ROBO~motion

nauka

Wielorobotowa rekonfigurowalna forma mocująca obrabiane detale – program sterujący

automaticon 2013 125

Zaproszenie Komisarza Targów

125

Lista wystawców i plan rozmieszczenia stoisk

129

Seminaria

Formy mocujące muszą być idealnie dopasowane do detali,

130

Indeks firm

które mają podpierać. Nawet mała modyfikacja kształtu

134

Prenumerata

prof. nzw. dr hab. inż. Włodzimierz Kasprzak*, dr inż. Wojciech Szynkiewicz*, prof. dr hab. inż. Teresa Zielińska**, prof. dr hab. inż. Cezary Zieliński*, mgr inż. Piotr Trojanek*, dr inż. Tomasz Winiarski*, mgr inż. Tomasz Kornuta*, mgr inż. Michał Walęcki* *Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej, Politechnika Warszawska, **Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej, Politechnika Warszawska

w projekcie detalu powoduje, że kosztowna forma staje się bezużyteczna. Stąd duże zainteresowanie przemysłu formami rekonfigurowalnymi.

6

Po 134 „Automatyka” nr 1[51]/2013


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

Pobierz i uruchom bezpłatną aplikację PAR+

2

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

3

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

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

FACEBOOK

VIDEO


Nowości     Nowe produkty

Nowe kurtyny pomiarowe WENGLOR do detekcji i pomiaru obiektów Kurtyny zapewniają rozdzielczość 2 mm do wysokości 200 mm oraz 30 mm do wysokości 1800 mm. Funkcje nauki pozwalają na zdefiniowanie kształtu, pomiar obrysu lub kontrolę wstęgi. Kurtyny wyposażono w dwa wyjścia

przełączające, wyjście analogowe oraz IO-Link. Urządzenie programowane jest z poziomu wyświetlacza OLED, na którym podczas pracy następuje wizualizacja przesłoniętych wiązek oraz stanu wyjść. Rozwiązanie to łączy zalety kilku

urządzeń, pozostając równocześnie łatwym w konfiguracji i montażu. wenglor sensoric Polska Sp. z o.o. ul. Słomiana 25/2 01-353 Warszawa www.wenglor.com

Terminal wagowy PUE HY Radwag Wagi Elektroniczne wprowadza na rynek nowy terminal wagowy przeznaczony specjalnie do zastosowań przemysłowych. Urządzenie zostało wykonane w obudowie nierdzewnej i ma stopień ochrony IP66/67. Terminal jest odpowiedni do pracy w trudnych warunkach przemysłowych (wilgoć i zapylenie), może być myty i zachowuje odporność na chemiczne środki dezynfekcyjne i czyszczące. Urządzenie wyposażono w kolorowy wyświetlacz TFT o przekątnej ekranu 5,7" z zainstalowanym panelem dotykowym, klawiaturę

membranową w układzie QWERTY oraz wydzielone klawisze numeryczne i funkcyjne. Do terminala można podłączyć maksymalnie cztery platformy wagowe, skanery kodów kreskowych, drukarki, etykieciarki, czytnik kart transponderowych oraz wyposażenie PC (mysz, klawiatura, pamięć flash USB). Główne obszary zastosowań terminala to:

• automatyka wagowa (dzięki dużej liczbie wejść i wyjść sterujących w terminalu), • sieciowy system komputerowy E2R System.

RADWAG Wagi Elektroniczne ul. Bracka 28

• przemysłowe wagi tensometryczne, • systemy dozująco-recepturujące, • systemy liczące i etykietujące,

26-600 Radom tel./fax 48 384 88 00 www.radwag.pl

Magnetyczne, bezłożyskowe systemy enkoderów oraz liniowe systemy pomiarowe z rodziny Limes zostały uzupełnione o nowe warianty obudowy do stosowania w otwartej przestrzeni. Stabilna obudowa z aluminium z pokrywą z blachy nierdzewnej,

8

Promocja

stopnie ochrony IP69K, IP68, IP67, specjalna technika odlewania, przetestowana odporność na cykliczną wilgoć (odporność na wilgoć zgodna z wymogami normy EN 60068-3-38 i odporność na ciepło i wilgoć zgodna z EN 60068-3-78) zapewniają systemowi doskonałą niewrażliwość na kondensację. W połączeniu z szerokim zakresem temperatury oraz zastosowaniem przewodu odpornego na promieniowanie

UV gwarantowana jest najwyższa niezawodność w otwartej przestrzeni. Kompaktowy system zmieści się nawet w najmniejszych aplikacjach. Instalacja jest bardzo łatwa dzięki dużym zakresom tolerancji, wynoszącym do 1 mm. Wbudowana czerwona diagnostyczna dioda LED sygnalizuje impuls indeksowania i zgłasza przekroczenie progu tolerancji. W celu dokładnego dopasowania do konkretnej aplikacji można

na życzenie klienta dostosować pierścień i opaskę oraz dodać sygnały referencyjne. Kubler Sp. z o.o., ul. Dąbrowskiego 441 60-451 Poznań tel. 61 849 99 02 www.kuebler.com Automaticon 2013 Zapraszamy do odwiedzenia naszego stoiska 19-22 marca 2012 r. – hala 1, stoisko B26.

Fot. wenglor sensoric, RADWAG Wagi Elektroniczne, Kubler, B&L, Harting, Eldar

Magnetyczne systemy pomiarowe Limes – nowa wersja do zastosowań w otwartej przestrzeni


har-flex: Kompaktowe, wszechstronne i trwałe złącza Rodzina złączy har-flex o rastrze 1,27 mm wzbogaca możliwości projektowania urządzeń przemysłowych, wobec których w ostatnich latach rosły wymagania odnośnie parametrów i elastyczności zastosowań. Równocześnie istnieje potrzeba dalszej miniaturyzacji. Wszystko powyższe spełniają złącza har-flex, dostępne w wykonaniach kątowych i prostych. Rodzina złączy har-flex zawiera produkty z zakresu od 6 do 100 kontaktów.

Wersje na taśmę umożliwiają tworzenie rozbudowanych systemów, przez co oferują dużą elastyczność w projektowaniu rozwiązań technicznych. Dodatkowo dla złączy na taśmę, firma HARTING oferuje również gotowe przewody.

Kompaktowe i trwałe wykonanie har-flex gwarantuje niezawodną pracę również w ciężkich warunkach otoczenia. Dwa uchwyty zapewniają pewne i solidne osadzenie po zakończeniu procesu lutowania. Cykl łączeniowy został zoptymalizowany dzięki bardzo gładkiemu wykonaniu punktu styku między kontaktami typu gniazda i wtyki. Wykonanie takie jest możliwe dzięki zastosowaniu specjalnego procesu obróbki bazującego na wieloletnim doświadczeniu firmy

HARTING. Dla zapewnienia ciągłości procesu produkcji, złącza dostarczane są w opakowaniach odpowiednich dla procesów maszynowych i mogą być stosowane w procesie SMT. Złącza har-flex mogą być również stosowane do przesyłu danych w protokołach, takich jak Gigabit Ethernet lub PCI Express.

komunikacji sieciowej przy użyciu protokołu Modbus. Nowością jest także ręczny miernik CP11, który umożliwia pomiar CO2, T i % RH. Oblicza on temperaturę tzw. mokrego termometru oraz punktu rosy. Został wyposażony w wyświetlacz LCD,

interfejs cyfrowy i sprzedawany jest z darmowym oprogramowaniem komputerowym.

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

Nowa seria przetworników Rotronic

Fot. wenglor sensoric, RADWAG Wagi Elektroniczne, Kubler, B&L, Harting, Eldar

CF8

CF3

Urządzenia do pomiaru wykonane w technologii NDIR są przystosowane do pracy w różnych warunkach. Mogą one mierzyć poziom CO2 lub jednocześnie CO2 i temperaturę (T), a także CO2, T i wilgotność (% RH). Przetworniki z serii CF3 służą do pomiaru stężenia CO2 w biurach, salach wystawowych, kinach, teatrach. Jest możliwy pomiar w zakresie 0–2000 ppm z dokładnością ±30 ppm. Dostępne są wyjścia analogowe prądowe oraz napięciowe. W ofercie są wersje z wyświetlaczem oraz możliwością alarmowania w przypadku przekroczenia określonego progu stężenia CO2.

Przetworniki CO2 i T z serii CF5 są stosowane głównie do kontroli warunków klimatycznych w tzw. inteligentnych budynkach. Umożliwiają pomiar stężeń w zakresie 0–3000 ppm, a temperatury 0–50 °C. Mierniki można montować naściennie oraz w kanałach. Dostępne są wersje z wyświetlaczem LCD lub bez niego. Przetworniki z serii CF8 przeznaczone są do użytku w garażach podziemnych, parkingach, tunelach. Mają standardowo wbudowywany wyświetlacz LCD i są przystosowane do montażu naściennego. Umożliwiają kontrolę CO2 w zakresie 0–40 000 ppm z dokładnością ±200 ppm. Oferowane są urządzenia z analogowym sygnałem wyjściowym (napięciowym lub prądowym) oraz dwoma wyjściami przekaźnikowymi. Dodatkowo mają możliwość

B&L International Sp. z o.o. info@bil.com.pl www.bil.com.pl

REKLAMA

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

9


Nowości     Nowe produkty

Sondy hydrostatyczne STS ATM.ECO/N do pomiaru poziomu wody i ścieków

aplikacji. Możliwe jest wykalibrowanie urządzeń tej serii na dowolny zakres od 1 mH20 do 250 mH20 z kablem do 400 m. Sondy hydrostatyczne ATM.ECO/N mają bardzo dobrze rozwiązany system kompensacji temperatury i charakteryzują się dużą dokładnością oraz stabilnością pomiaru. Urządzenia mają wysokiej klasy zabezpieczenia przeciw zakłóceniom elektromagnetycznym oraz przeciw przepięciom. Zarówno cały typoszereg sond hydrostatycznych, jak i klasycznych

przetworników ciśnienia produkowany jest w oparciu o własne konstrukcje piezorezystancyjnych czujników ciśnienia, które poddawane są wnikliwej selekcji i testom sprawdzającym. Wszystkie urządzenia wykonane są ze stali kwasoodpornej 316L. POLTRAF Sp. z o.o. ul. Bysewska 26C, 80-298 Gdańsk tel. 58 557 52 07, fax 58 557 52 39 e-mail: info@poltraf.com.pl www.poltraf.com.pl

Szybka kamera przemysłowa 3-CCD Firma IMACO właśnie wprowadziła do sprzedaży kamery kolorowe JAI AT-030 CL, wyróżniające się najwyższą szybkością pośród kamer kolorowych 3-CCD. AT-030MCL to kamera z trzema sensorami CCD o rozdzielczości VGA, gwarantująca niespotykaną dotychczas szybkość kamer 3-CCD – 120 kl./s. Jest to przedłużenie znanej serii kamer 3CCD AT: AT-140 i AT-200, z sensorami progressive scan, o rozdzielczościach 1,4 Mpx i 2,0 Mpx. Kamera ta ma interfejs Mini Camera Link. Jej zalety to wyjątkowa kombinacja dużej szybkości z wysoką jakością odwzorowania barw i niską ceną. AT-030MCL wypełnia lukę rynkową w dziedzinie szybkiego sortowania barwnego lub inspekcji barwnej w przypadku, gdy wymagana jest bardzo wysoka czułość na odchyłki barwy kontrolowanego obiektu. Dobrym przykładem jest inspekcja leków. Kamera AT-030MCL wyposażona jest w zaawansowane technologicznie

10

pryzmaty JAI-a i w trzy sensory CCD progressive scan, formatu 1/3”. Daje ona znacznie lepszą jakość odwzorowania barw i wyższą rozdzielczość niż kamera z jednym sensorem i z filtrami Bayer. Dzięki trzem pryzmatom z powłokami filtrującymi AT-030MCL precyzyjnie separuje składowe barwne Red, Green i Blue, dając najwyższą na rynku precyzję barw. Zastosowane sensory Sony ICX424AL mają 659 (h) px × 494 (v) px na każdy kanał barwny (R, G, B). Pixele o wymiarach 7,4 μm  ×  7,4 μm gwarantują dobrą czułość, w efekcie nie jest wymagane stosowanie wysokorozdzielczego obiektywu. Szybkość kamery to 120 kl./s przy pełnej rozdzielczości lub więcej przy skanie częściowym lub binningu, np. przy skanie częściowym 1/8 kamera daje obraz 659 (h) px  ×  60 (v) px przy szybkości 422 kl./s. Podwójny interfejs CameraLink umożliwia pracę

z rozdzielczościami 8, 10 lub 12 bitów na kanał w trybie Camera Link Base lub Medium. Przy konfiguracji wyjścia na 36-bitowe wyjście RGB uzyskuje ona rozdzielczość barwną wyższą niż aktualnie dostępne na rynku kamery 3-CCD. Kamera ta wyposażona została w specjalne funkcje, optymalizujące jakość obrazu w specyficznych aplikacjach i warunkach świetlnych. Zaliczają się tu: cztery tryby balansu bieli (ręczny, jednym przyciśnięciem automatycznie, ciągły automatyczny i ustawianie temperatury barwnej), trzy ustawienia Gamma i Look-Up Table (LUT), automatyczna korekcja cieniowania, korekcja wadliwych pixeli, indywidualna regulacja wartości RGB oraz układ liniowej macierzy barwnej umożliwiającej użytkownikowi korygowanie każdego kanału, np. na zgodny

Fot. Poltraf Imaco, Elmark

Hydrostatyczna metoda pomiaru poziomu polega na pomiarze ciśnienia słupa cieczy i jest najlepszą metodą do pomiaru poziomu cieczy o niezmiennej gęstości. Szwajcarska firma STS AG oferuje bardzo szeroki wachlarz sond hydrosta-

tycznych o najwyższej jakości, w tym ekonomiczne sondy ATM.ECO/N. Sondy te mogą być stosowane w wodzie czystej, np. pitnej (ma atest PZH) lub w wersji „otwartej” – w ściekach. Sondy firmy STS z powodzeniem stosowane są w trudnych warunkach, np. w studzienkach przepompowych ścieków komunalnych. Producent zapewnia konkurencyjne ceny w standardowych wykonaniach dla tej konkretnej

z przemysłowym standardem barw lub ze standardami HP, Microsoft, Adobe. AT-030CML jest idealną kamerą do zadań wymagających umiarkowanej rozdzielczości, wysokiej szybkości (do 120 kl./s) i precyzyjnego odwzorowania barwy. Wymagania takie obowiązują w farmacji, przy ocenie jakości tabletek lub ampułek, przy ocenie barwy mieszanek proszków lub ocenie barwy powłok tabletek. Również podobne wymagania występują przy weryfikacji zawartości blistrów, barw naklejek lub etykiet na opakowaniach medycznych. Obok zastosowań w farmacji, AT-030MCL może być przydatna przy sortowaniu żywności, kontroli nadruków, inspekcji diod LED, inspekcji obwodów drukowanych i szybkich przemysłowych inspekcji barwnych obiektów, wszędzie gdzie potrzebna jest szybka reakcja na zmiany barwy. www.imaco.pl

Promocja

PL_PL_HM


Fot. Poltraf Imaco, Elmark

CEN – nowa seria zasilaczy LED

Firma Mean Well oferuje kilka serii zasilaczy przeznaczonych do systemów oświetleniowych. Różnią się szczelnością i rodzajem obudowy oraz konfiguracją mocy i napięć wyjściowych. Nowością jest CEN – seria ekonomicznych zasilaczy o mocy 60 W, 75 W i 100 W, wykonanych w aluminiowej obudowie o stopniu ochrony IP66. Obudowa nie jest wypełniona przewodzącym ciepło klejem, co obniżyło koszty produkcji (np. w porównaniu do serii CLG lub HLG). Zaletą są stalowe śruby i wodoodporne

przewody umożliwiające eksploatację w trudnych warunkach zewnętrznych. Chłodzenie zasilacza odbywa się w otwartym obiegu powietrza przy temperaturze od –30 °C do +70 °C. Napięcie wejściowe mieści się w szerokim zakresie od 90 V AC do 295 V AC, na wyjściu dostępne są napięcia od 12 V AC do 54 V DC. Istnieje możliwość regulacji wartości znamionowej napięcia w zakresie ±10 % oraz prądu w zakresie od 75 % do 100 %. Można tego dokonać bez zdejmowania obudowy, za pomocą trymerów schowanych pod szczelnymi zatyczkami. Wbudowana aktywna funkcja PFC spełnia normy dotyczące harmonicznych prądu EN 61000-3-2 klasy C,

a współczynnik mocy wynosi powyżej 0,9 przy obciążeniu co najmniej 60 %. Zasilacze CEN są odporne na przepięcia 4 kV oraz mają zabezpieczenia przepięciowe, przeciążeniowe, przeciwzwarciowe i termiczne. Modele są zgodne z globalnymi regulacjami oświetlenia, m.in. UL8750, EN 61347-1, EN 61347-2-13, jak również zgodne ze standardami TUV/UL/CUL/CE gwarantującymi bezpieczeństwo. Zasilacze mogą być stosowane w aplikacjach LED, takich jak wyświetlacze, oświetlenie dekoracyjne budynków, lampy uliczne itp. Dzięki szczelnej obudowie odpornej na działanie pyłów i wody, z powodzeniem można je stosować w trudnych warunkach

środowiskowych na otwartym powietrzu. Właściwości: • szeroki zakres napięcia wejściowego, • wbudowany układ PFC PF > 0,9, • zgodność z normą EN 61000-3-2 klasy C, • obudowa o stopniu ochrony IP66, • regulacja napięcia i prądu wyjściowego trymerem, • sprawność do 91 %, • chłodzenie w otwartym obiegu powietrza, • zabezpieczenia: przeciwzwarciowe, przeciążeniowe, przepięciowe, termiczne, • szeroki zakres temperatury pracy, • 3 lata gwarancji. www.elmark.com.pl

REKLAMA

Które innowacje przyniosą firmie najwięcej korzyści?

ENGINEER SUCCESS New technologies New solutions New networks

Targi HANNOVER MESSE to przegląd światowego rynku technologii w formie 11 wzajemnie uzupełniających się wystaw branżowych. Wystawcy zaprezentują nowatorskie technologie obejmujące pełen łańcuch tworzenia wartości dodanej produktu. Tu zdobędą Państwo wiedzę o innowacjach z zakresu m.in.: automatyki przemysłowej i informatyki, energetyki i technologii ekologicznych, technik napędów i sterowań oraz poddostaw przemysłowych, usług, badań i rozwoju. Zapraszamy na najważniejsze targi technologiczne na świecie. Więcej informacji na: hannovermesse.com

kalendarzu! Zarezerwuj w 2013 8 – 12 kwietnia

Ewa Samkowska Targi Hanowerskie NEW TECHNOLOGY FIRST Tel. +48 22 63 9 72 53 · info@hf-poland.com Pomiary 8–12Automatyka April 2013 · Hannover · Germany Robotyka  nr 6/2012

PL_PL_HM_B_DACH_205_145_5555.indd 1

11

08.02.13 11:23


Wydarzenia      Relacje

SCHUNK Expert Days 2013 – Nic nie jest tak potężne jak idea, której czas nadszedł – mówił Henrik Schunk, partner zarządzający w firmie Schunk i prezes Europejskiego Stowarzyszenia Robotyki, otwierając szóstą edycję konferencji Schunk Expert Days 2013. Nawiązując do słów Wiktora Hugo, stwierdził: – Dziś nadszedł czas robotyki usługowej. Wizja staje się rzeczywistością. Chwytak firmy Schunk – dłoń 5-palczasta, wariant lewy, na 6-osiowym manipulatorze w systemie PowerBall

Robotyka usługowa Tematem konferencji była oczywiście robotyka usługowa (ang. service robotics), ale pojęcie to warto uściślić, ponieważ jest to termin pojemny i wieloznaczny. Podstawowe dwa znaczenia robotyki usługowej to: • roboty służące, współpracujące z ludźmi dla większego komfortu bądź wydajności; • usługa wykonywana kompleksowo z użyciem systemów robotycznych, bez konieczności zmiany infrastruktury lub personelu. Oba warianty były brane pod uwagę podczas dyskusji i poprzedzających je prelekcji, choć ciężar wyraźnie przesunięty był w kierunku maszyn kooperujących z człowiekiem w przemyśle, przestrzeni publicznej lub jako systemy opiekuńczowspomagające w domach. Tak szerokie potraktowanie tematyki obrazuje dość dobrze zakres problemów stojących dziś przed konstruktorami i producentami

12

nowoczesnej robotyki usługowej. A że jest to szybko rozwijający się rynek, potwierdzają dane z samej tylko Unii Europejskiej. W 2011 roku w krajach UE zanotowano ok. 2 proc. wzrost wolumenu obrotu robotyką przemysłową, aż 9 proc. robotyką usługową dla systemów profesjonalnych i ponad 14 proc. robotyką usługową dla systemów domowych.

Roboty zamiast ludzi w branży logistycznej Robotyka rozwija się jednak na całym świecie. Dr Henrik Christensen podał przykłady z rynku amerykańskiego, gdzie zajmująca się przewozem przesyłek i logistyką firma UPS planuje, aby najdalej za 10 lat ich samochody dostawcze prowadziły wyłącznie roboty, nie ludzie. Podobne plany ma inny gigant logistyczny – Fedex. Firma chce w ciągu najbliższych 10 lat wprowadzić osobowy transport lotniczy tylko z systemami automatycznymi, bez udziału pilotów – ludzi. Zdaniem Christensena, dzięki robotyzacji wiele firm sprowadza z powrotem swoją produkcję z Chin i innych krajów azjatyckich do USA. Technologia staje się coraz bardziej dostępna i tańsza. Komponenty do zbudowania rozwiązań jutra już są. Problemem wydaje się tylko wypracowanie standardów współpracy człowieka z robotem oraz osiągnięcie poziomu niezawodności i gotowości robota do pracy, które konieczne są w różnych dziedzinach życia. Wskaźniki te nie zawsze są bowiem wystarczająco dobre. Wystarczy

stwierdzić, że w krytycznej sytuacji, jaką była awaria w elektrowni atomowej w japońskiej Fukushimie, służby ratunkowe musiały czekać aż cztery dni, aby możliwe było wprowadzenie robota do strefy skażenia.

Jakość zarządzania ważniejsza od poziomu finansowania Jak na rozwój badań wpływają czynniki finansowe i społeczne? Czy genetyka ma wpływ na wynalazczość? Stajemy się innowacyjni, czy już się tacy rodzimy? Czy twórczość i przedsiębiorczość są cechami własnymi czy wyuczonymi? Na ile rozwijają się w środowisku promującym takie zachowania, a na ile są naturalnymi skłonnościami? Jak wpływać na rozwój takich postaw, i jaki model zarządzania temu sprzyja? Tym i wielu innym zagadnieniom poświęcił swoją prelekcję na temat współczesnych trendów w zarządzaniu innowacyjnością dr Haas z Uniwersytetu Technicznego w Monachium. Jego wystąpienie i późniejsza dyskusja były szeroko komentowane – a zwłaszcza stwierdzenie, że poziom finansowania ma drugorzędne znaczenie względem jakości zarządzania projektami rozwojowymi. Według Haasa, istotniejsze jest bowiem rzetelne zarządzanie i umiejętne uzyskanie informacji zwrotnej od potencjalnego odbiorcy, aby wynalazcy mogli zobaczyć silne i słabe strony swoich pomysłów. Z kolei dr Haschke z Uniwersytetu Biefelda zaprezentował projekty

Fot. Schunk, PAR

Tegoroczne spotkanie przedstawicieli przemysłu, producentów wyposażenia oraz ośrodków naukowych z całego świata odbyło się 27–28 lutego w siedzibie firmy Schunk w niemieckim Hausen. Kilkunastu prelegentów, wśród których byli szefowie działów rozwojowych światowych koncernów (m.in. Bosch, KUKA, ABB, BMW), zaprezentowało trendy rozwoju robotyki usługowej i przedstawiło osiągnięcia w tej dziedzinie w ostatnich latach.


badawcze, które doprowadziły do zaprojektowania unikatowego systemu powierzchniowych sensorów dotyku w postaci tkaniny. Zespół dr. Haschke w trakcie badań nad chwytaniem obiektów trafił na barierę technologiczną – naukowcy nie mogli dokładnie zmierzyć sił i zjawisk zachodzących na styku obiektu trzymanego i trzymającego. Zbyt duże, nieporęczne, przesuwające się sensory stanowiły barierę ograniczającą zarówno możliwości pomiarów chwytu maszynowego, jak również prób zmierzenia i opisania chwytu wykonywanego przez człowieka. Dopiero zastosowanie sensorów w postaci tkaniny pozwoliło na rzetelne zbadanie zjawisk w skali mikro i makro. Możliwe stało się opisanie zjawiska wyślizgiwania się obiektu trzymanego niewłaściwą siłą, albo zaobserwowanie napięć, którym poddana jest ludzka ręka nieprawidłowo trzymająca długopis.

Fot. Schunk, PAR

Wykorzystanie robotyki usługowej – przykłady zastosowania Kontynuacją tematów akademickich było wystąpienie dr. Kurtha, szefa działu rozwoju i planowania KUKA Laboratories, który zaprezentował produkty umożliwiające prowadzenie prac nad algorytmami sterującymi (YouBot i platformę OMNIBot) oraz prace rozwojowe prowadzone w Europie i na świecie z użyciem robota LBR (Light Body Robot). Roberto Guzman z firmy Robotnik przedstawił dziesięcioletni dorobek firmy w zakresie dedykowanych konstrukcji robotyki usługowej. Jeden z dwóch najciekawszych to TIRANT – robot inspekcyjno-remontowy do prac konserwacyjnych w rurach ciśnieniowych reaktora atomowego. Może nie tylko przeprowadzić analizę stanu powierzchni rury, ale również naprawić ją techniką napawania plazmowego. Drugi to AGVS – robot transporter, czyli mobilna platforma przewożąca wózki z medykamentami na terenie szpitala. Połączenie z systemem informatycznym do zarządzania zasobami magazynowymi umożliwia skrócenie czasu oczekiwania na potrzebne środki i płynny transport między magazynem i oddziałami szpitala. Z kolei Prasenjit Mukherjee z ClearPath zaprezentował praktyczne podejście do budowy uniwersalnych platform mobilnych. Dwa podstawowe produkty tej kanadyjskiej firmy to Husky – czterokołowa platforma o wadze ok. 70 kg oraz KingFisher – dwukadłubowa autonomiczna łódź patrolowa. Oba roboty zbudowane są w oparciu o system sterowania ROS (Robot Operating System), powstający

jako platforma typu Open Source, czyli tworzona i rozwijana przez użytkowników. Zarówno Husky, jak i KingFisher pomyślane są jako konstrukcje modułowe, otwarte platformy, konfigurowane w zależności od potrzeb. Oba mają zastosowanie nie tylko jako platformy doświadczalne w badaniach nad systemami sterowania lub sensoryką, ale również jako maszyny współpracujące bezpośrednio z człowiekiem – Husky może być wykorzystany jako mechaniczny muł, który ciągnie przyczepę z ekwipunkiem za farmerem, a KingFisher – badać dna jezior i rzek na potrzeby rybaków.

Robotyka przyszłości wg BMW i ABB Wystąpienie Stephana Bartshera z wydziału innowacji i rozwoju grupy BMW trudno sklasyfikować. Jako przedstawiciel globalnej korporacji mówił, jak z punktu widzenia klienta końcowego robotyka przemysłowa wyglądała w przeszłości, jak wygląda dziś i jak chciałby ją widzieć jutro. Bartsher postawił zasadnicze pytania, na które w najbliżej dekadzie ośrodki naukowe i producenci robotów będą musieli odpowiedzieć. Dziś, gdy 95 proc. produkcji podwozia samochodów jest zrobotyzowana, a proces wykończenia karoserii zautomatyzowany w blisko 85 proc., udział robotyki w montażu końcowym wynosi zaledwie 5 proc. Prawdopodobnie pełna automatyzacja całego procesu produkcji samochodów jeszcze długo będzie nieosiągalna. Główne problemy to bezpieczeństwo i trudności przy reorganizacji produkcji oraz znaczne wymagania co do potrzebnej przestrzeni. Mimo uniwersalności, roboty przemysłowe stawiają bowiem znaczące ograniczenia w zakresie współpracy z człowiekiem. Oczekiwania przemysłu są jasne: robotyka musi stać się bardziej intuicyjna

– tak, by ludzie pracujący przy produkcji używali robota jak narzędzi, a nie skomplikowanych systemów. Według Bartshera roboty powinny być: wyposażone we własne systemy bezpieczeństwa, które nie wymagają barier i ogrodzeń; mobilne, aby mogły swobodnie pracować w różnych miejscach; przewidywalne w swoich działaniach i reakcjach, ale nie powinny być sztucznymi ludźmi. Wychodząc naprzeciw tym oczekiwaniom, dr Bjorn Matthias z ABB przedstawił ideę montażu w przemyśle – wzorcową kooperację robota z człowiekiem w przyszłości. Powstał już dwuramienny robot Frida, zbudowany ze standardowych elementów ABB. Frida jest tak skonstruowana, aby zapobiegać uderzeniu czy zranieniu pracujących z robotem ludzi. Tworząc Fridę, konstruktorzy i menedżerowie ABB zauważyli, że prawodawstwo państw europejskich i USA nie jest przygotowane na bezpośrednią kooperację robotów z człowiekiem. Żadne państwo nie dało bowiem dotąd odpowiedzi na pytania o normy tej współpracy, np. co jest dopuszczalne, czy robot może dotknąć człowieka, a jeśli tak, to na jakiej wysokości i jak mocno. I choć ścisła kooperacja robotów z człowiekiem to przyszłość rozwoju przemysłu, podobne pytania będą się mnożyć.

Mateusz Kieniewicz PAR

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

Husky – platforma mobilna firmy ClearPath

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

13


Wydarzenia      patronaty

Pierwsze Forum LEAN & KAIZEN MANAGEMENT Jak skutecznie wdrażać filozofię lean w nie-japońskich fabrykach W dniach 22–24 kwietnia br. odbędzie się konferencja organizowana przez Lean Experience Business Institute, poświęcona wdrażaniu metodyki lean i kaizen w sektorze produkcyjnym. Niewątpliwą atrakcją konferencji będzie zwiedzanie fabryk Volkswagena i BMW w Niemczech. Podczas spotkania będzie można posłuchać, z jakimi problemami zmagają się lean managerowie wdrażający japońską metodykę w polskich zakładach, i jak sobie radzić z trudnościami. Konferencja to także wiele okazji do dyskusji – zarówno tych panelowych, zaplanowanych w programie spotkania, jak i tych kuluarowych, prowadzonych podczas dedykowanych kolacji integracyjnych. REKLAMA

Zwiedzane zakłady produkcyjne z branży automotive będą natomiast doskonałym materiałem do benchmarku dla każdego zakładu produkcyjnego. Program I Forum obejmuje m.in.:

Zagadnienia specjalistyczne: • czynniki wpływające na planowanie wdrożenia lean – pierwsze narzędzie vs. plan rozwojowy,

• praktyczne aspekty wdrożeń TPM, • siła zarządzania wizualnego jako wynik wdrożenia wniosków z procesu mapowania strumienia wartości – VSM, • jak skutecznie zredukować koszty – zarządzanie projektowe na przykładzie Toyoty, • najczęstsze problemy podczas wdrażania programu sugestii pracowniczych i skuteczne metody ich rozwiązywania.

Interaktywne dyskusje panelowe podczas konferencji i kolacji integracyjnych: • jak radzić sobie z trudnościami we wdrażaniu różnych narzędzi lean w nie-japońskich fabrykach – na przykładzie 5S, SMED, TPM, KANBAN, VSM, • skuteczne działania niskobudżetowe optymalizujące produkcję, • benchmark studies na przykładzie zwiedzanych zakładów.

Case studies przedstawione przez praktyków lean, m.in. z firm: • • • • •

Tyco Electronics Polska, DONAKO, Toyota Motor Europe, Corning Cable Systems Polska, Mondi Świecie.

Zwiedzanie zakładów produkcyjnych • Volkswagen w Dreźnie, • BMW w Lipsku. Uwaga! Specjalnie dla czytelników PAR – na hasło „Pomiary-AutomatykaRobotyka” rabat 7 % na uczestnictwo. 

Aneta Woś Conference Director LEAN EXPERIENCE BUSINESS INSTITUTE tel. 505 991 272 e-mail: a.wos@le-bi.pl

14


Targi WATER & HEAT 2013 Wiedzę najlepiej czerpać u źródła, dlatego rok temu na polskim rynku wystawienniczym pojawiło się nowe przedsięwzięcie: Targi Technik Kotłowych, Procesów Cieplnych i Wody Przemysłowej – Water & Heat. Sukces pierwszej edycji utwierdził organizatora, firmę easyFairs, w przekonaniu o konieczności kontynuowania imprezy. Ubiegłoroczne targi, choć kameralne, przyciągnęły duże grono gości z branży i zostały pozytywnie przyjęte zarówno przez wystawców, jak i odwiedzających. Druga edycja targów odbędzie się 4 i 5 czerwca w Krakowie. Oferta targowa skierowana jest do producentów i dostawców: kotłów, palenisk, turbin, systemów uzdatniania wody technologicznej, obiegu powietrza i spalin, systemów klimatyzacji precyzyjnej, absorpcyjnej i solarnej, aparatury, rurociągów i zbiorników, urządzeń pomiarowych,

monitorujących i sterujących, pomp, zaworów AKPiA. Do udziału w targach zaproszeni są również producenci biomasy oraz odnawialnych źródeł energii. Nowe uwarunkowania prawne dotyczące zagospodarowania komunalnych osadów ściekowych, obowiązujące od początku 2013 r., mogą stanowić problem dla niektórych przedsiębiorstw. O wadach i zaletach różnych metod, aspektach ekonomicznych i prawnych, doświadczeniach po wprowadzeniu opowiedzą eksperci podczas II Seminarium Inżynierii Cieplnej i Wodnej zatytułowanego „Nowe Technologie a Eksploatacja Urządzeń w Przemyśle Opartym na

Procesach Termicznych i Obiegu Wody”, które odbędzie się 4 czerwca w ramach targów Water & Heat. W programie towarzyszącym targom nie zabraknie również seminariów learnShops. W specjalnie zaaranżowanej przestrzeni odbędą się m.in. wykłady na temat nowych uwarunkowań prawnych dla sektora ciepłowniczego i energetycznego, a także rozwiązań i patentów stosowanych przez firmy uczestniczące w targach. Więcej informacji o targach oraz program imprez towarzyszących znajdą Państwo na stronie organizatora: www.easyfairs.com/pl. Łukasz Szajna easyFairs Poland Sp. z o.o. tel. 12 651 95 28 kom. 509 926 650 fax 12 651 95 22 e-mail: lukasz.szajna@easyfairs.com

REKLAMA

Targi easyFairs®

WATER&HEAT

II EDYCJA TARGÓW TECHNIK KOTŁOWYCH, PROCESÓW CIEPLNYCH I WODY PRZEMYSŁOWEJ

4-5 czerwca 2013 r., Kraków

www.easyfairs.com/pl

PODCZAS TARGÓW ZAPREZENTOWANE ZOSTANĄ: • Urządzenia wytwórcze: kotły, paleniska, turbiny. • Urządzenia i układy pomocnicze: systemy uzdatniania wody technologicznej, obiegu powietrza i spalin. • Systemy klimatyzacji precyzyjnej, absorpcyjnej i solarnej. • Aparatura, rurociągi, zbiorniki. • Urządzenia pomiarowe, monitorujące i sterujące. • Oprogramowanie dla branży. Do odwiedzenia targów zapraszamy przedstawicieli zakładów przemysłowych, w których zachodzą procesy cieplne i obieg wody w przemyśle. PROGRAM TOWARZYSZĄCY: • II KRAJOWE SEMINARIUM INŻYNIERII CIEPLNEJ I WODNEJ. Nowe Technologie a Eksploatacja Urządzeń w Przemyśle Opartym na Procesach Termicznych i Obiegu Wody

• BEZPŁATNE SEMINARIA learnShops™ BIURO ORGANIZACYJNE: easyFairs Poland Sp. z o.o. Al. Pokoju 82, 31-586 Kraków

Tel. +48 12 651 95 20 Fax: +48 12 651 95 22 E-mail: poland@easyfairs.com

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 6/2012

15


16


17


Robotyka      nauka i edukacja

KUKA prezentuje zestaw edukacyjny Cel: wzbudzić entuzjazm dla robotyki

KUKA Roboter, numer jeden na europejskim rynku robotów przemysłowych, przygotował specjalną ofertę dla sektora edukacyjnego – idea jest taka, by politechniki, uniwersytety czy szkoły miały dostęp do najnowszych technologii z dziedziny robotyki.

KR Agilus, dedykowany kontroler KR C4 compact oraz dotykowy SmartPAD

• Zajęcia w KUKA College

18

Promocja

Zawartość zestawu edukacyjnego KUKA przeznaczonego do praktycznej nauki w szkołach, na politechnikach i uniwersytetach to: • robot KR 6 R900 sixx Agilus, • kontroler robota KR C4 compact oraz dotykowy smartPAD, • oprogramowanie do symulacji KUKA. SIM  Pro – licencja serwerowa na 10 stanowisk, • oprogramowanie KUKA.OfficeLite – licencja serwerowa na 10 stanowisk, • zestaw materiałów szkoleniowych „Edu”, • zestaw szkoleń dedykowanych dla nauczycieli i wykładowców. Cechy zestawu edukacyjnego KUKA składającego się z robota i kontrolera: • mały, kompaktowy, lekki (52  kg) robot programowany w  taki sam

Robot KR 6 R900 sixx (KR Agilus) Podstawowe dane

Fot. Kuka Roboter

Zgodnie z hasłem „nauczanie przez działanie” KUKA stawia na praktyczne wprowadzenie w  zagadnienia związane z  robotyką już na wczesnym etapie i w środowisku nieprodukcyjnym. Celem podejmowanych działań jest ciągłe budowanie i  wzrost know-how w  zakresie robotów, przełamywanie strachu przed nowymi, nieznanymi technologiami poprzez m.in. zaznajomienie studentów i uczniów z obsługą robotów. Mając świadomość, że w wielu placówkach oświatowych robotyka to zagadnienia jedynie teoretyczne, KUKA chce wspierać nauczycieli i wykładowców, dostarczając materiały dydaktyczne opracowane na podstawie własnych doświadczeń zdobytych podczas szkoleń prowadzonych w ramach programu KUKA College.

sposób jak wszystkie roboty przemysłowe KUKA (od 6 do  1300  kg udźwigu), praktyczne nauczanie profesjonalnego i  bezpiecznego korzystania z  robota oraz szkolenie z  zakresu programowania, elastyczny zestaw, umożliwiający realizację indywidualnych ustawień; peryferia (cela, narzędzia itp.) mogą być dostosowywane przez użytkownika, na dalszym etapie rozbudowy możliwe jest wprowadzanie zindywidualizowanych ustawień do testów laboratoryjnych, innowacyjny kontroler KR  C4  compact zasilany napięciem 230  V, o  bardzo małym zapotrzebowaniu na energię,


www.zeroseven.de

Nowy. Szybki. Precyzyjny. KR AGILUS. Mały robot KR AGILUS firmy KUKA – nowy mistrz prędkości. Seria KR AGILUS, prezentowana przez firmę KUKA, to kompleksowa rodzina robotów z zakresu małej robotyki. Nowa seria małych robotów wyróżnia się jedyną w swoim rodzaju sprawnością w swoim zakresie obciążeń. Wszystkie bez wyjątku modele serii KR AGILUS są eksploatowane ze sprawdzonym układem sterowania KR C4, uniwersalną technologią sterowania, opracowaną dla wszystkich modeli robotów firmy KUKA. KR AGILUS: sprawność i niezawodność made by KUKA - przypadek dotychczas bez precedensu.

NA OFICJAL

PREMIER

SCE

A W POL

I A TARG ZAMY N

ZAPRAS

013 TICON 2 13 AUTOMA 9-22 MARCA 20

AWA, 1 A3 WARSZ J-1, HAL STOISKO

Dowiedz się więcej o nowej serii KR AGILUS na stronie www.kuka-robotics.com

KUKA Roboter CEE GmbH, Sp. z o.o. Oddział w Polsce Ul. Porcelanowa 10, 40-246 Katowice T +48 327 30 32 14, BiuroPL@kuka-roboter.de, www.kuka-robotics.pl

19 02_KUKA_ANZEIGE_KR_AGILUS_PL_267x200_120711.indd 2

12.07.12 13:29


Robotyka      nauka i edukacja

• niskie koszty serwisowe – silniki i przekładnie niewymagające wymiany smaru (jedno smarowanie na cały okres eksploatacji).

gotowe przenosić z systemu programowania KUKA.OfficeLite do robota. Dzięki temu nowe programy robotów od razu są programami produkcyjnymi.

Oprogramowanie symulacyjne

Materiały szkoleniowe KUKA

KUKA.SIM Pro i KUKA.OfficeLite – licencja serwerowa na 10 stanowisk: • oprogramowanie do symulacji 3D dla inżynierii, projektowania i  kontroli kompletnych stanowisk zrobotyzowanych bezpośrednio na PC, • programowanie stanowisk zrobotyzowanych off-line – odpowiednie szczególnie dla przyszłych wykwalifikowanych pracowników, którzy zajmą się inżynierią, projektowaniem i planowaniem, • kombinacja narzędzia inżynierskiego i  prawdziwego robota umożliwia edukację bliską rzeczywistości: począwszy od fazy projektowania zrobotyzowanych stanowisk, poprzez ich wykonywanie i wprowadzanie na produkcję. KUKA.SIM  Pro – to idealne narzędzie do opracowywania projektu systemu. Różne układy, koncepcje i zadania robotów można szybko i w prosty sposób zasymulować i  porównać, korzystając z  bogatej biblioteki rozwiązań, uwzględniającej oprócz robotów także chwytaki, przenośniki, ogrodzenia ochronne i wiele innych elementów. Widok 3D umożliwia proste rozpoznanie kolizji, przeprowadzanie testów osiągalności oraz przejrzystą wizualizację ruchu robotów. Pozwala on również na przedstawianie w  czasie rzeczywistym przebiegu ruchu oraz ocenianie go pod kątem czasu taktu. KUKA.OfficeLite – ma te same cechy co oprogramowanie systemowe KUKA, pracujące w  układzie sterowania robota. Za jego pomocą można tworzyć i optymalizować off-line na komputerze programy dla robotów KUKA i już

• Znormalizowane materiały dla nauczycieli opracowane na podstawie najwyższej jakości materiałów szkoleniowych KUKA College. • Nauczyciele nie muszą tworzyć własnych materiałów, mogą korzystać ze sprawdzonych pomocy KUKA. • Cyfrowa prezentacja dla nauczycieli i cyfrowe kopie dla studentów.

20

stu innych zadowolonych użytkowników robota KR Agilus to wynik osiągnięty w  niecałe pół roku od premiery. Każdy może dołączyć do grona najlepszych. Firma KUKA jest otwarta na propozycje – na życzenie, również w preferencyjnych cenach, dostarcza oprogramowanie rozszerzające funkcje podstawowe, jak KUKA.UserTech, KUKA.GripperTech, KUKA.CNC, KUKA.PLC mxA, KUKA.HMI, KUKA eXtendedMotion, VisionTech itd. Zestaw edukacyjny KUKA to korzyści dla studentów i wykładowców! Jesteś zainteresowany?  Skontaktuj się z nami.

KUKA College prowadzi szkolenia dla nauczycieli Janusz Jakieła KUKA Roboter Sp. z o.o. Oddział w Polsce ul. Porcelanowa 10 40-246 Katowice tel. 32 730 32 14 w. 104, 725 01 44 55 e-mail: januszjakiela@kuka-roboter.de www.kukarobotics.pl

Fot. Kuka Roboter

Tylko dobrze przygotowani i wykształceni instruktorzy mogą przekazywać wiedzę skutecznie. Tak więc nauczyciele i  instruktorzy uczestniczą w  szkoleniach prowadzonych w college’u KUKA – w  polskim oddziale KUKA Roboter w Katowicach. Politechnika Warszawska, Politechnika Poznańska, Daimler  AG i  ponad


chwytaki      Robotyka

Prosta i szybka automatyzacja Chwytaki z trzpieniem narzędziowym lub przyłączem wrzecionowym firmy SCHUNK W obróbce skrawaniem nasila się trend do zwiększania efektywności poprzez automatyzację i skrócenie procesów przezbrojenia maszyn. W transporcie i wymianie przedmiotów obrabianych w dużych seriach coraz częściej stosowane są portale, roboty i inne skomplikowane manipulatory. Jednak przy niewielkich seriach produkcyjnych używanie tych systemów jest zbyt drogie.

uniwersalne. Adaptery GSW-B lub adaptery z jednostką kompensacyjną GSWB-AGE pasują do większości typów chwytaków firmy SCHUNK (np. dwupalcowych chwytaków równoległych PGN-plus lub trójpalcowych chwytaków centrycznych PZN-plus) i mogą być mocowane w  dowolnej oprawce narzędziowej. Dzięki temu możliwa jest prosta automatyzacja obrabiarki. Zarówno chwytaki z  trzpieniem narzędziowym, jak i z przyłączem wrzecionowym są umieszczane w  magazynie z wszystkimi innymi narzędziami do obróbki. Cykl automatyczny jest zaprogramowany z  poziomu sterowania obrabiarki. Chwytak jest pobierany przez wrzeciono maszyny. Potem oś centrum obróbkowego przemieszcza wrzeciono do strefy umieszczonego na stole magazynu elementów do obróbki, chwyta jeden i przenosi go do przyrządu mocującego. Następnie chwytak jest umieszczany ponownie w  magazynie narzędzi. Po zakończeniu obróbki jest on używany do transportu przedmiotu obrobionego do maChwytak z trzpieniem narzędziowym gazynu gotowych Schunk – do mocowania w każdej oprawce narzędziowej elementów, także

Fot. Schunk Intec

Firma SCHUNK oferuje paletę rozwiązań ułatwiających i przyspieszających wymianę przedmiotów podczas obróbki. Ich stosowanie skraca czas i zmniejsza koszty przezbrojenia maszyn również w przypadku produkcji małoseryjnej. Chwytaki z trzpieniem narzędziowym lub przyłączem wrzecionowym firmy SCHUNK służą do automatycznej wymiany elementów obrabianych w  przestrzeni roboczej obrabiarki. Skutecznie zastępują one skomplikowane i  drogie rozwiązania automatyzacji. Połączenie chwytaka z  adapterem firmy SCHUNK tworzy rozwiązanie

Chwytak Schunk z przyłączem wrzecionowym

Promocja

Adapter z trzpieniem narzędziowym GSW-B do chwytaków firmy Schunk

umieszczonego na stole, i cykl zaczyna się od początku. Medium napędowym chwytaka może być podawane przez oś wrzeciona maszyny sprężone powietrze lub chłodziwo (do 60  bar). Dostępne są dwa rodzaje chwytaków firmy SCHUNK z trzpieniem narzędziowym lub przyłączem wrzecionowym: dwupalcowe chwytaki równoległe PGN-plus oraz trójpalcowe chwytaki centryczne PZN-plus, wyposażone standardowo w  przyłącza HSK, Capto, ISO lub KM. Na indywidualne zamówienie możliwe jest również wykonanie chwytaka z innym rodzajem przyłącza.

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

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

21


Robotyka      chwytaki

Operacje chwytania przedmiotów za pomocą układów podciśnieniowych stały się praktycznie, z punktu widzenia zastosowanej technologii, standardem w rozwiązaniach konstrukcyjnych chwytaków i nie wywołują już u konstruktorów i użytkowników obaw co do ich sprawności i pewności działania.

22

Promocja

Praktycznie w każdej branży przemysłowej – w przemyśle motoryzacyjnym, spożywczym czy drzewnym – na każdym kroku można spotkać przyssawki i różne pompy – od eżektorów (dyszka Venturiego) do klasycznych pomp próżniowych. Technika podciśnieniowa jest często jedyną technologią, która bez ryzyka odkształcenia mechanicznego przedmiotu, jest w stanie go uchwycić. Podobnie jak układy chwytaków podciśnieniowych z trawersami (pająków), znane są też rozwiązania z zastosowaniem chwytaków powierzchniowych z matą piankową. Po pierwszym okresie zachwytu tą technologią, która miała być remedium na chwytanie wszelkich chaotycznie poustawianych przedmiotów, w czasie eksploatacji pojawiły się problemy: 1. szybkie zużycie maty piankowej z EPDM,

2. zaklejanie się przepływowych zaworów odcinających wymagające kompletnego demontażu chwytaka, czyszczenia gniazd i kulek, klejenia itp. 3. w przypadku zastosowania rozwiązania z dławikami przepływu – zapychanie się małych (0,6–0,8 mm) otworów, 4. problem odklejenia zużytych mat przy ich wymianie, 5. konieczność wymiany całych mat w przypadku miejscowego uszkodzenia. Firma manulift znalazła rozwiązanie wielu takich problemów. Ad 1. Zastosowanie maty piankowej z EPDM jest o tyle interesujące, że jest ona bardzo sprężysta i dzięki temu, prawie idealnie „doszczelnia” się do nierówności profilu powierzchni przedmiotu. W związku z jej pęcherzykową

Fot. manulift

Nowoczesne chwytaki podciśnieniowe


strukturą ma ona jednak tendencję do kruszenia się. Pokrycie warstwy EPDM cienką warstwą, np. Neoprenu wydłuża znacznie żywotność maty. W przemyśle spożywczym zostaje nałożona cienka warstwa silikonowa (fot. 1).

Fot. 1. Mata z warstwą silikonową

Ad 2. Kanapkowa konstrukcja chwytaka z niezależnymi zaworami zwrotnymi umożliwia bardzo szybką wymianę poszczególnych, nieprawidłowo funkcjonujących zaworów (fot. 2).

Ad 3. Zastosowanie cienkiego filtra siatkowego wklejonego w matę umożliwia zatrzymanie na nim pyłu. W celu wydłużenia bezawaryjnej pracy chwytaka należałby z układu sterowania raz na jakiś czas wysłać pneumatyczny sygnał przedmuchujący. Ad 4. Problem polega na odpowiednim dobraniu taśmy klejącej, która z jednej strony powinna dawać wystarczająco dużą pewność trzymania maty przyklejonej do płyty metalowej, z drugiej strony powinna dać się łatwo odkleić. Często te dwa warunki wzajemnie się wykluczają. Zastosowanie odpowiednich rozpuszczalników ułatwia proces odklejania maty. Ad 5. Ten problem nie ma dobrego rozwiązania. W wielu przypadkach zamiast zastosowania maty piankowej, stosowane są chwytaki z mieszkową matrycą przyssawkową (fot. 4). Takie rozwiązanie ma następujące zalety: • dopasowywanie się powierzchni przyssawki do kąta ugięcia uchwyconej powierzchni, • znaczny skok wargi przyssawki, co w porównaniu z doszczelniającym ugięciem maty piankowej ok. 10 mm, daje większą pewność trzymania opakowań z folii lub miękkich kartonów, • w przypadku uszkodzenia przyssawki wystarczy ja wymienić na nową, bez konieczności wymiany całej matrycy.

Fot. 3. Chwytak powierzchniowy z matrycą przyssawkową do przenoszenia kartonów

Fot. 4. Chwytaki powierzchniowe z matą piankową do przenoszenia puszek z piwem

Fot. 2. Konstrukcje chwytaka VUSS z widocznymi zaworami zwrotnymi

Firma manulift proponuje proste rozwiązanie matrycy z przyssawkami z przepływowymi zaworami odcinającymi (fot. 2), dolna płyta zostaje wówczas zastąpiona aluminiową płytą z wkręconymi w nią przyssawkami. Chwytaki powierzchniowe, w obydwóch wykonaniach, z matą piankową i matrycą przyssawkową, weszły do codziennego użytku w wielu branżach przemysłowych.

Wojciech Kożuchowski manulift Sp. z o.o.

Fot. manulift

www.manulift.com.pl

Fot. 5. Transport drewnianych listew

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

23


Robotyka      Roboty przemysłowe

Kompaktowe, zrobotyzowane, gotowe do pracy Cele spawalnicze ATHOMO firmy COMAU

COMAU ROBOTICS od 1978 roku nieprzerwanie rozwija produkty robotyki, w szczególności dla aplikacji zgrzewania punktowego i spawania łukowego metodami MIG/MAG oraz TIG. Ma to związek z długimi tradycjami COMAU w przemyśle samochodowym, jedną z najbardziej wymagających gałęzi przemysłu pod względem technologii, wydajności i jakości procesu. W oparciu o te doświadczenia COMAU ROBOTICS rozpoczął produkcję zunifikowanych cel spawalniczych ATHOMO.

Cele spawalnicze ATHOMO to standardowe rozwiązanie, sprawdzone i skonfigurowane przez ich producenta – COMAU ROBOTICS, gotowe do spawania natychmiast po instalacji w  siedzibie klienta i  montażu przyrządów spawalniczych. Cele składają się z: • jednego lub dwóch robotów spawalniczych (do wyboru jest kilka typów robotów o  różnym zasięgu; dwa roboty mogą spawać współbieżnie, tak aby minimalizować możliwość powstania odkształceń spawalniczych i jednocześnie zwiększyć wydajność spawania),

24

Promocja

Cele ATHOMO mogą zostać wyposażone w roboty COMAU następujących typów: • Smart5 ARC4 – najnowocześniejszy robot spawalniczy typu „hollow wrist” (w którym przewody spawalnicze poprowadzone są wewnątrz ramienia), o zasięgu 1950 mm i udźwigu 6 kg, • Smart5 NS – robot 6-osiowy, tradycyjny, o zasięgu 1,85 m i udźwigu 12 kg, • Smart5 NM – unikalny robot COMAU o  zasięgu wynoszącym aż 3,1  m  (!) i  udźwigu 16  kg – jedyny tego typu robot na rynku.

Pozycjoner PTDO o poziomej osi obrotu

Pozycjoner PDTV o pionowej osi obrotu

Szeroki wybór robotów – cele ATHOMO są konfigurowalne

Fot. Comau Poland

Zrobotyzowane cele spawalnicze ATHOMO – oferta Comau dla wymagających zastosowań

• wspólnej solidnej platformy, na której zamontowane są wszystkie urządzenia.

• pozycjonera spawalniczego o konfigurowalnej długości (od 2000  mm aż do 5000 mm), o pionowej lub poziomej osi obrotu, • najnowocześniejszego kontrolera robotów COMAU C5G, umożliwiającego sterowanie w  ruchu skoordynowanym dwóch robotów i wszystkich osi pozycjonera, • markowego źródła spawalniczego firm ESAB, FRONIUS lub KEMPPI, • układów śledzenia spoin SeamTrack i SeamFind, umożliwiających korekcję niedokładności detalu w  czasie spawania, • oprogramowania spawalniczego zarządzającego całą celą i  procesem spawania, • układów bezpieczeństwa i ogrodzeń,


Właściwy wybór zrobotyzowanej celi spawalniczej Inwestycja w zrobotyzowane cele spawalnicze oznacza związanie się z dostawcą robotów i technologii na wiele lat. Zrobotyzowana cela spawalnicza to urządzenie, które powinno być zaprojektowane tak, aby służyć pewnie przez wiele lat (często ponad 20), bezawaryjnie, z pełną gwarancją dostępności części zamiennych. Dodatkowo, w spawaniu zrobotyzowanym istotnym jest możliwość przeniesienia celi w inne miejsce w zakładzie, bez konieczności powtórnego programowania robota czy ustawiania parametrów.

Fot. Comau Poland

Na co zwrócić uwagę

Co wybrać

Standardowe komponenty

Jeden producent robota i pozycjonera – sterowanie z jednego kontrolera.

Układ śledzenia spoin i wykrywania pozycji elementu

W standardowych celach spawalniczych układy te powinny być standardem.

Integracja ze źródłami spawalniczymi

Parametry spawania ustawiane są: a) z panelu programowania robota (wada – często nie działają niektóre opcje źródła spawalniczego, dostępne normalnie z panelu źródła), b) na panelu spawarki. Numer odpowiedniego programu wybierany jest z układu sterowania robota. Jest dostęp do wszystkich parametrów, jednak wadą jest konieczność używania dwóch paneli do programowania procesu spawania.

Źródło spawalnicze uznanego producenta

Wiele firm, np. ESAB, FRONIUS, KEMPPI dostarcza doskonałe źródła spawalnicze do robotów oraz zapewnia serwis i relatywnie tanie części zamienne. Należy unikać źródeł wbudowanych w kontroler robota.

Układ czyszczenia palnika i korekcji punktu TCP

Cela spawalnicza musi być wyposażona w układ czyszczenia palnika w cyklu automatycznym oraz układ do sprawdzania i korekcji punktu TCP palnika (czyli punktu definiowanego na końcu palnika zamontowanego na robocie, który jest dla sterownika robota punktem referencyjnym, według którego wygenerowane są programy).

Kompaktowa budowa – mobilność

Zrobotyzowana cela spawalnicza to gotowe urządzenie, które można przenieść w inne miejsce w hali produkcyjnej. Cela spawalnicza powinna być tak zaprojektowana, aby wyeliminować konieczność przeprogramowania robota po jego przeniesieniu.

Robot spawalniczy – niekoniecznie „hollow wrist”

Zaletą konstrukcji „hollow wrist” (z nadgarstkiem przelotowym) jest wyeliminowanie ryzyka zaczepienia okablowaniem robota o przyrząd spawalniczy. Są jednak aplikacje, w których wygodniejszym i lepszym rozwiązaniem jest tradycyjny robot z palnikiem zamontowanych do nadgarstka. Taki robot sprawuje się lepiej w przypadku spawania w pozycjach wymuszonych na krańcach obszaru (zasięgu robota). Dobrym przykładem jest spawanie dennic do cylindrycznego zbiornika, którego długość wynosi ok. 2500 mm – w takim przypadku reorientacja robota jest znacznie łatwiejsza dla tradycyjnego robota z palnikiem o kącie ugięcia szyjki 45°.

Konfigurowalny typ i długość pozycjonera – cele ATHOMO są uniwersalne

Układy śledzenia w standardzie – cele ATHOMO są gotowe na trudne wyzwania

Cele ATHOMO mogą być wyposażone w pozycjonery COMAU typu PTDO oraz PDTV. Pozycjonery typu PTDO to 3-osiowe obrotniki spawalnicze, z  poziomą osią obrotu i  dwoma osiami sterowanymi jako 7. i  8. oś robota. Pozycjonery PTDO są dostępne dla długości detali od 2500  mm do nawet 5000  mm (wówczas wymagany jest robot o  zasięgu 3,1  m lub dwa roboty o  zasięgu 1,85–1,95  m). Obciążalność pozycjonerów PTDO to aż 1000 kg na stronę. Pozycjonery PDTV to pozycjonery dla krótszych detali, dostępne dla długości 2000  mm. Pozycjonery PTDV mają trzy osie, pionową oś obrotu i dwa stoły sterowane jako 7. i 8. oś robota. Obciążalność pozycjonerów PTDV to aż 750 kg na stronę.

W celach spawalniczych ATHOMO standardowo wbudowane są układy śledzenia spoin typu SeamTrack i SeamFind.

Układ SeamTrack zapewnia wyszukiwanie spoiny poprzez dotknięcie detalu drutem spawalniczym (przed spawaniem). Układ SeamFind zapewnia korekcję trajektorii spawania w trakcie spawania („on fly”), na podstawie

Bezprzewodowy Teach Pedant z oprogramowaniem Smart Arc Jednostka sterująca C5G

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

25


Robotyka      Roboty przemysłowe

ciągłego pomiaru długości łuku (prądu spawania). COMAU ROBOTICS wychodzi z założenia, że cele spawalnicze zawsze powinny być wyposażone w układy śledzenia, nawet jeśli dla detalu uruchamianego jako pierwsza produkcja nie są one wymagane. Przy zakupie celi spawalniczej klient bowiem zwykle nie jest w  stanie przewidzieć, czy kolejna produkcja nie będzie wymagała korekcji trajektorii robota z uwagi na niedokładności detali.

Markowe źródła spawalnicze – cele ATHOMO to technologia w najlepszym wydaniu W  celach spawalniczych ATHOMO instalowane są markowe źródła spawalnicze najlepszych producentów – ESAB, KEMPPI oraz FRONIUS. Dzięki temu klient może skorzystać z  dostępnego wsparcia technologicznego ekspertów

ds. spawania z firm dostarczających źródło i jednocześnie posiada wygodny dostęp do części zamiennych i materiałów eksploatacyjnych.

Oprogramowanie – cele ATHOMO są w pełni zintegrowane W  celach spawalniczych ATHOMO instalowany jest najnowocześniejszy kontroler robotów COMAU – C5G. Oprogramowanie kontrolera zarządza w  pełni ruchami robota (lub dwóch robotów), pozycjonera, a także zarządza wszystkimi parametrami źródła spawalniczego. Klient może wybrać, czy wraz ze źródłem ma zostać dostarczony panel programowania źródła i  kontroler ma wybierać poszczególne programy spawania programowane z  tego panelu, czy też kontroler robota ma w pełni zarządzać parametrami źródła (wówczas funkcję panelu programowania spawarki przejmuje panel programowania

Sprawdzone rozwiązania które wyprodukowały miliony detali Cele spawalnicze ATHOMO zostały zaprojektowane dla osiągnięcia maksymalnie krótkiego czasu wdrożenia, niezawodności, czasu pracy wynoszącego około 20 lat, a także czasu MTBF szacowanego na około 70 000 godzin. Cele ATHOMO wyprodukowały miliony detali, a w trakcie ich projektowania przeprowadzono tysiące godzin testów.

Cele spawalnicze ATHOMO to rozwiązanie, któremu można zaufać Comau to jeden z  kluczowych producentów robotów przemysłowych, systemów robotyki i  integrator systemów wytwarzania. Bazując na ponad 35 latach doświadczenia w  produkcji robotów, firma wypracowała rozpoznawalną w  przemyśle jakość i  standard pracy, znane również i w Polsce. Obecnie na terenie Polski pracuje ponad 1700 robotów COMAU różnej generacji (w tym również i najnowsza piąta – C5G). Wśród aplikacji zainstalowanych na terenie fabryk Fiata w  Polsce znajdują się roboty zgrzewające, spawające, przenoszące i manipulujące, dozujące, obsługujące linie pras hydraulicznych.

COMAU POLAND Sp. z o.o. ul. Turyńska 100, 43-100 Tychy, Polska tel. 32 325 3966, fax 32 217 94 40 e-mail: robotyka.pl@comau.com Ogrodzenie i układy bezpieczeństwa celi ATHOMO

26

Promocja

www.comau.com

Fot. Comau Poland

Wspólna podstawa celi spawalniczej ATHOMO – rozwiązanie Plug&Weld

robota). Jest to szczególnie wygodne w przypadku, gdy klient dysponuje już wiedzą z zakresu programowania określonego typu źródeł. Solidna podstawa, ogrodzenie i układy bezpieczeństwa – cele ATHOMO są możliwe do przeniesienia bez ponownego programowania robota! Cele spawalnicze ATHOMO są dostarczane jako gotowe jednostki, zmontowane na wspólnej podstawie. Jest ona mocowana do podłoża za pomocą kilku niewielkich kotew, których jedyną funkcją jest zapobiegać przesuwaniu się całości. W  przypadku konieczności przeniesienia celi w inne miejsce transportowana jest ona w całości, co sprawia, że nie ma konieczności powtórnego programowania robota, jak to ma miejsce w klasycznych rozwiązaniach, w których cokół robota jest kotwiony do posadzki.


roboty przemysłowe      Robotyka      

Robot SCARA-R1 Roboty SCARA weszły do sprzedaży na rynkach światowych już w 1979 r. i od tego czasu zyskały ogromną popularność. Jednak ta technologia nadal nie jest stosowana powszechnie, gdyż mniejszych firm często nie stać na wdrożenie tak kosztownego rozwiązania. W związku z rosnącą potrzebą automatyzacji małych i średnich przedsiębiorstw firma WObit

SCARA-R1 to atrakcyjne rozwiązanie dla wszystkich, którzy poszukują manipulatorów przemysłowych o wysokiej funkcjonalności i  w  przystępnych cenach. Czteroosiowy robot przemysłowy o  maksymalnym udźwigu 5 kg charakteryzuje się bardzo dużym zakresem roboczym sięgającym do  1000  mm. Prosta i  kompaktowa konstrukcja gwarantuje jego niezawodność i  ułatwia dostosowanie do konkretnej aplikacji. Zastosowane silniki krokowe, wyposażone w  enkodery absolutne, zapewniają powtarzalność pozycjonowania. Końcówka efektora na ramieniu o długości 1 m osiąga powtarzalność rzędu ±1 mm. W przypadku wielu rozwiązań jest to dokładność zupełnie wystarczająca. Do końcówki robota doprowadzono zarówno powietrze, jak i  złącza elektryczne umożliwiające sterowanie chwytakami pneumatycznymi oraz kontrolowanie sygnałem dyskretnym. Ponadto wszystkie złącza urządzenia znajdują się na jego tylnej obudowie, co znacznie ułatwia podpięcie takich zewnętrznych mediów, jak zasilanie, powietrze oraz sygnały sterujące. W  przyszłości planowane jest opracowanie wersji Promocja

o różnych zakresach roboczych, w której całe sterowanie zostanie umieszczone w  zewnętrznej szafie. W  obecnym modelu sterowanie zostało zintegrowane w  obudowie urządzenia. Dzięki temu SCARA-R1 stał się bardziej kompaktowy i ergonomiczny. Głównym przeznaczeniem tego robota jest montaż oraz powtarzalne przenoszenie elementów i  ich sortowanie. Innym ciekawym zastosowaniem jest zdejmowanie produktów wadliwych z linii produkcyjnej lub podawanie do dalszej obróbki. Zastosowanie autorskiej konstrukcji opartej na komponentach firmy WObit wraz z  dedykowanym układem sterowania znacznie obniża koszt robota w  porównaniu do innych manipulatorów tej klasy. SCARA-R1 jest dobrym rozwiązaniem dla firm dążących do unowocześnienia procesów produkcyjnych i  montażowych, dla których dotychczasowa oferta była cenowo niedostępna. Robota firmy WObit, dzięki prostej budowie oraz intuicyjnemu oprogramowaniu w  języku polskim, łatwo dostosowywuje się do konkretnych aplikacji, konstruktorzy-programiści mogą modyfikować oprogramowanie, a także programować urządzenie zgodnie z życzeniem klienta. Szczegółowe informacje można uzyskać pod numerem telefonu 61 222 74 22 oraz na stronie www.wobit.com.pl. PPH WObit E. K. J. Ober s.c. Dęborzyce 16, 62-045 Pniewy tel. 61 222 74 22, fax 61 222 74 39 wobit@wobit.com.pl, www.wobit.com.pl

REKLAMA

Fot. PPH WObit E. K. J. Ober

wprowadziła do oferty robota SCARA-R1 dedykowanego dla tego sektora.

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

27


Robotyka      elementy i wyposażenie

Złącza firmy Multi-Contact w automatyce i robotyce

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

Szwajcarska firma Multi-Contact, która w zeszłym roku obchodziła 50-lecie istnienia, zajmuje znaczącą pozycję wśród producentów złączy wykorzystywanych w automatach i robotach wielu firm.

Złącza firmy Multi-Contact są wykorzystywane w robotach i automatach takich firm jak: Stäubli, Bosch, Aro, KUKA, Obara oraz innych głównych producentów samochodów. Wysokie wymagania stawiane tym złączom mogą być spełnione dzięki specjalnym, przewodzącym prąd elementom sprężystym o nazwie Multilam (patent firmy Multi-Contact), umieszczonym w stykach typu gniazda.

Lamelki sprężyste Multilam w gniazdach

Lamelki zapewniają minimalną rezystancję kontaktu (0,3 mΩ) w długim czasie działania. Minimalna rezystancja kontaktu to minimalne grzanie, dłuższa trwałość (ok. 1 000 000 cykli połączeniowych), mniejsze straty, oszczędność czasu serwisu itp. Złącza firmy Multi-Contact do zastosowania w robotyce i automatyce można podzielić na dwie grupy: • wielostykowe złącza do systemów sterowania robotów i automatów, • złącza do obwodów pierwotnych transformatorów zgrzewających. Wielostykowe złącza (liczba styków od 2+PE do 70+PE) są przeznaczone do stosowania w systemach sterowania, systemach manewrowych robotów, systemach wymiany narzędzi. Taki rodzaj aplikacji wymaga od złączy dużej szybkości łączenia i rozłączania oraz dużej liczby cykli połączeniowych bez utraty jakości kontaktu elektrycznego (gwarantowane przez MC to ok. 1 mln).

Wielostykowe złącza do systemów sterowania robotami

28

Promocja

Multi-Contact oferuje 35 typów kontaktów (sygnałowe, zasilające, silnoprądowe, sprężyste, transmisji danych w systemie BUS), 15 typów izolatorów (w tym hybrydowe) i obudowy w 4 rozmiarach. Obudowy są wykonane z bardzo wytrzymałego mechanicznie plastiku lub metalu, mogą być również ekranowane. Zastosowanie plastikowych obudów eliminuje potrzebę uziemienia. Kompletne złącze (kontakty elektryczne w izolatorze) gwarantuje stopień ochrony IP65 wzdłuż kontaktów. Temperatura pracy złączy zależy od materiału, z którego jest wykonany izolator, np. dla silikonu temperatura wynosi –40 °C…+180 °C. Złącze umieszczone w obudowie może pracować w temperaturze +10 °C…40 °C. Do automatycznego sytemu zmiany narzędzi robota stworzono specjalną serię złączy MC FL3, która charakteryzuje się uniwersalną obudową o małych wymiarach z wymiennymi wkładami (izolator z kontaktami), umożliwiając szybką wymianę wkładów i duży zakres aplikacji. Złącza do obwodów pierwotnych transformatorów zgrzewających służą do dostarczania zasilania do zgrzewarki. Złącza firmy Multi-Contact umożliwiają poprowadzenie zasilania wzdłuż ramienia zgrzewarki dzieląc przewody zasilające na odpowiedniej długości odcinki Dostępne są następujące kombinacje kontaktów elektrycznych: 2+PE; 3+PE i 3+N+PE. Napięcie pracy wynosi 690 V  AC, a maksymalny prąd 180  A. W złączach są umieszczone kontakty o średnicy 6 lub 8 mm. Do 6-milimetrowych pinów można podłączyć metodą zaciskania przewody o przekrojach 6, 10, 16 oraz 25 mm². Do 8-milimetrowych pinów można podłączyć przewody o przekrojach 16, 25,

Fot. Semicon

Złącze FL3


35 oraz 50 mm² metodą zaciskania lub skręcenia. Firma Multi-Contact zwraca szczególną uwagę na jakość zaciskania, która wpływa na całkowitą rezystancję kontaktu. W katalogach poświęconych złączom wszystkich typów są również przedstawione narzędzia. Instrukcje montażowe, których numery podano w katalogach, można pobrać ze strony internetowej firmy www.multi-contact.com. Nowością wśród złączy zasilających zgrzewarki jest system złączy RobiFix. Specjalna konstrukcja złącza RobiFix (2+PE, max. 750 V AC, 180 A) umożliwia rozłączanie i wymianę ich podzespołów ręcz-

Złącza do obwodów pierwotnych transformatorów zgrzewających

W Polsce z każdym rokiem wzrasta liczba aplikacji w różnych dziedzinach, w których z powodzeniem zastosowano złącza z bardzo szerokiej oferty firmy Mult-Contact. Dalsze informacje są dostępne w firmie Semicon z Warszawy – wyłącznego przedstawiciela w Polsce. Alicja Miłosz SEMICON Sp. z o.o. www.semicon.com.pl REKLAMA

Złącza serii FL3 w zmieniarce narzędzi robota (MPS)

Fot. Semicon

nie bez skomplikowanych narzędzi, co znacznie skraca czas przestojów robotów związanych z serwisem. Złącza tego typu są mniejsze i lżejsze. Dla zwiększenia bezpieczeństwa pin PE zawsze wchodzi do gniazda jako pierwszy a wychodzi jako ostatni. Przenoszenie dużych prądów odbywa się z ochroną polaryzacji. Złącze ma stopień ochrony IP67. Obudowa jest odporna na odpryski. Złącza RobiFix mogą być dobrym rozwiązaniem okablowania (ang. dresspack) dla zasilania elementów napędowych w robotach przemysłowych nawet w przypadku użycia przewodów o różnych przekrojach.

Złącza serii RobiFix

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

29


Robotyka      Roboty przemysłowe

Szybkie i o dużym zasięgu Profesjonalne roboty paletyzujące kuka

Oprócz precyzji, osiąganej

Depaletyzacja z robotem KUKA

przy dużych zasięgach roboczych, największym wyzwaniem stawianym robotom paletyzującym – niezależnie od tego, czy pracują one w przemyśle spożywczym, czy w każdym innym procesie logistycznym – jest szybkość. Wymagania te nie stanowią problemu dla robotów paletyzujących KUKA

Jak twierdzą niektórzy, największym wyzwaniem jest przekonanie przyszłego użytkownika robota o wyższości robotów paletyzujących nad sztywnymi, liniowymi paletyzatorami.

Przewaga robotów KUKA

Robot paletyzacyjny KUKA z serii KR Quantec

30

Promocja

Roboty KUKA od początku były projektowane z założeniem, że będą pracowały w aplikacjach, w których najistotniejsza jest niezawodność, szybkość i dokładność, np. przy zgrzewaniu punktowym w branży samochodowej. Te właśnie cechy mają czteroosiowe roboty paletyzujące KUKA. Standaryzacja części, z których został zbudowany robot (przykładowo 15 typów robotów serii Quantec o różnych udźwigach i zasięgach jest skonstruowana na identycznej podstawie, kolumnie obrotowej i tylko dwóch typach wahaczy) daje gwarancję niższych cen oraz krótszych czasów postoju niż w przypadku jednostek liniowych, które w dużej części produkowane są „pod klienta”. Kolejna, niezaprzeczalna przewaga robotów to elastyczność i niezwykła

łatwość zmian aplikacji. KUKA, korzystając z podzespołów najwyższej jakości, osiąga nieporównywalnie dłuższą żywotność swoich robotów niż manipulatory liniowe. Roboty KUKA gwarantują również niskie koszty utrzymania – pierwszy przegląd należy wykonać po 20 000 h pracy i trwa on zaledwie około 3 h. KUKA dba, by przestoje w zakładzie były ograniczone do minimum. Dostęp do poszczególnych części robota jest prosty i możliwy w prawie każdej pozycji postojowej. Dodatkowo, roboty (szczególnie te renomowanych producentów, do których zalicza się KUKA) nie tracą na wartości tak szybko jak jednostki liniowe. Zredukowana masa własna robotów paletyzujących serii Quantec (przykładowo robot o udźwigu 240 kg waży zaledwie 1103 kg!) sprawia, że są one wyjątkowo szybkie – średnie czasy cykli ulegają znacznemu skróceniu w odniesieniu do poprzednich wersji, a także w porównaniu do rozwiązań konkurencji. Niższa waga robota bezpośrednio przekłada się również na niższy

Fot. Kuka Roboter

z serii KR Quantec.


Paletyzacja pieczywa z użyciem robota KUKA

niewielką masą własną (695 kg), dzięki czemu jest to robot wyjątkowo szybki – wykonuje do 56 cykli na minutę, cały czas z maksymalną precyzją (powtarzalność ±0,05 mm). Najpopularniejsze na rynku krajowym wśród robotów paletyzujących KUKA są roboty KR 120 PA, KR 180 PA oraz KR 240 PA – o udźwigach odpowiednio 120 kg, 180 kg i 240 kg. Wszystkie te modele posiadają zasięg do 3195 mm i powtarzalność ±0,06 mm, co w połączeniu z ich kompaktową budową (np. powierzchnia podstawy tych robotów to zaledwie 830 ´ 830 mm) sprawia, że są one niedoścignionym wzorem wśród robotów paletyzujących. Dodatkową zaletą tych robotów jest konstrukcja oparta na technologii wydrążonego przegubu z otworem o średnicy 60 mm – całe

Pozostałe roboty do paletyzacji KUKA, np. modele: KR 300-2 PA i KR 470-2 PA, także wyróżniają się dużą prędkością. Do paletyzacji warstwowej, gdzie mamy do czynienia z większymi obciążeniami (łącznie do 700 kg) idealny jest robot KR 700 PA. W klasie najwyższych obciążeń KUKA posiada robota KR 1000 1300 Titan PA o udźwigu znacznie przekraczającym tonę, który umieszcza ładunek precyzyjnie w pozycji docelowej z powtarzalnością ±0,1 mm!

Robot KUKA KR 700 PA Zakres produktowy robotów paletyzacyjnych KUKA

pobór energii (dla robotów serii Quantec oszczędności wynoszą do 25 %) oraz na mniejsze zużycie części składowych robota, a więc na jego większą żywotność.

Fot. Kuka Roboter

Szeroka gama robotów Wyżej, szybciej, dalej – te hasła towarzyszyły firmie KUKA przy projektowaniu robotów paletyzujących. Firma ma w swojej ofercie 9 modeli zaprojektowanych specjalnie do zadań paletyzacji, depaletyzacji, komisjonowania czy układania w stosy. Udźwigi robotów wynoszą od 40 kg, poprzez te najbardziej popularne – 120 kg, 180 kg i 240 kg, aż do rekordzisty Guinnessa – robota KUKA Titan, który może pochwalić się udźwigiem 1300 kg przy zasięgu ponad 3,2 m i wadze własnej wynoszącej zaledwie 4690 kg. Tak szeroka gama modeli umożliwia dobór robota precyzyjnie dostosowanego do potrzeb końcowego użytkownika. Dostępne są wersje robotów z różnymi długościami ramion. Dodatkowo istnieje możliwość zdecydowanego zwiększenia zakresu pracy robota poprzez zamocowanie go na jednostce liniowej KUKA. Najmniejszym 4-osiowym robotem KUKA przeznaczonym do paletyzacji jest kompaktowy KR 40 PA przekonujący

okablowanie umieszczone jest bezpiecznie wewnątrz przegubu i w razie potrzeby może być szybko wymienione. Dzięki temu ułatwione jest programowanie off-line oraz przedłużona żywotność okablowania. Solidna konstrukcja w połączeniu z wydajnymi przekładniami i silnikami pozwalają, w przypadku robota o udźwigu 120 kg, na osiągnięcie max. 29,1 cykli paletyzacji na minutę.

Reasumując, modele nowej, efektywnej energetycznie serii KR Quantec PA spełniają wszystkie wymogi nowoczesnej automatyzacji: zajmują mało miejsca, zapewniają krótsze cykle, maksymalną dostępność i niskie koszty eksploatacji. Zostały zaprojektowane specjalnie do trudnych zadań związanych z paletyzacją.

Janusz Jakieła e-mail: januszjakiela@kuka-roboter.de www.kukarobotics.pl

KUKA KR Titan

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

31


Temat numeru      Czujniki do pomiarów bezdotykowych

Przemysłowe bezdotykowe czujniki odległości w pomiarach wielkości geometrycznych W praktyce przemysłowej często pojawia się potrzeba pomiaru geometrii obiektów o złożonych kształtach (ew. trudno dostępnych), gorących, miękkich, brudnych lub lepkich. Pomiary takie są trudne, gdyż istnieje ryzyko uszkodzenia przedmiotu lub wyposażenia pomiarowego, a czasem wręcz są niewykonalne tradycyjnymi przyrządami. Z pomocą przychodzą wówczas czujniki bezdotykowe.

Dzięki czujnikom bezdotykowym fizyczny kontakt między układem pomiarowym a powierzchnią kontrolowanego detalu nie jest konieczny. Ze względu na brak ruchomych elementów takie czujniki są zwykle znacznie szybsze i niezawodne niż ich dotykowe odpowiedniki, dlatego cieszą się dużym zainteresowaniem nie tylko w tych specyficznych aplikacjach, lecz często również tam, gdzie do tej pory z powodzeniem stosowano czujniki stykowe. W niniejszym artykule postaram się przybliżyć zasadę działania sensorów bezdotykowych najczęściej wykorzystywanych w  automatyzacji procesów pomiarowych w przemyśle, ich właściwości metrologiczne, ograniczenia oraz możliwości aplikacji.

maszyn służących do ich produkcji i transportowania oraz o innych zachodzących procesach. Mają różne stopnie skomplikowania – od najprostszych dwustanowych sensorów zbliżeniowych, po czujniki wizyjne w systemach monitorujących jednocześnie wiele parametrów.

Wszystko to, w połączeniu ze zwykle dużą paletą dostępnych wersji montażowych, gabarytowych, sposobów zasilania i  standardów sygnałów wyjściowych, sprawia, że czujniki bezdotykowe można spotkać przy monitorowaniu niemalże każdego procesu. Najczęściej jednak występują w liniach produkcyjnych służących do montowania lub pakowania wyrobów, gdzie zamocowane na wsporniku lub na ramieniu robota przemysłowego kontrolują określone cechy.

Podział czujników Standardowe czujniki bezdotykowe wykorzystywane w automatyzacji procesów pomiarowych geometrii obiektów można, ze względu na sposób wykonywania pomiarów, podzielić na: • czujniki odległości (dalmierze) – wyznaczające dystans dzielący sensor

Szeroko pojęty sektor czujników bezdotykowych stosowanych w automatyce nie ogranicza się jedynie do urządzeń wyznaczających oraz monitorujących wymiary geometryczne przedmiotów. Spotyka się rozwiązania pozwalające m.in. na detekcję i zliczanie obiektów, ich pozycjonowanie, rozpoznawanie kształtów, kolorów, pomiar temperatury. Czujniki te dostarczają informacji nie tylko o  istotnych cechach produktów na poszczególnych etapach ich wytwarzania, lecz także o parametrach

32

Fot. 1. Głowica triangulacyjna Micro-Epsilon optoNCDT

Fot. Micro-Epsilon, Leuze

Wstęp


i powierzchnię mierzonego przedmiotu, • kurtyny pomiarowe, czujniki szczelinowe (widelcowe), mikrometry optyczne – określające pewien wymiar obiektu na podstawie tego, jak dużą część wiązki pomiarowej przysłonił między jej nadajnikiem a  odbiornikiem; zazwyczaj stosowane do pomiaru średnic lub wysokości, • długościomierze – do mierzenia długości (i  prędkości) przesuwających się półwyrobów; wykorzystywane w  takich procesach jak cięcie lub walcowanie arkuszy blach. Spośród wyżej wymienionych największą i jednocześnie najbardziej uniwersalną grupą są czujniki odległości i  to im poświęcona zostanie pozostała część niniejszego tekstu. Pomiary wykonywane przy ich użyciu są zwykle pomiarami pośrednimi. Uzyskiwana w ten sposób odległość pomiędzy sensorem a  powierzchnią przedmiotów pozwala wyznaczyć inne parametry geometryczne. Zależnie od właściwości metrologicznych, głowice pomiarowe można stosować m.in. do: • pomiaru wysokości (grubości), szerokości lub średnic obiektów (w tym rozwijanych lub nawijanych rolek), • pomiaru parametrów makrogeometrii powierzchni, np. odchyłek okrągłości, płaskości, bicia, • pomiaru poziomu różnego rodzaju substancji (np. stopnia napełnienia zbiornika), • pozycjonowania rozmaitych przedmiotów i urządzeń.

Fot. Micro-Epsilon, Leuze

Możliwości pomiarowe Możliwości pomiarowe czujnika zależą nie tylko od jego właściwości metrologicznych, lecz także od sposobu zamocowania. W najprostszym przypadku sensor umieszcza się „na sztywno” nad obiektami nieruchomymi lub przesuwającymi się w kierunku prostopadłym do kierunku jego działania. Takie rozwiązanie stosuje się z reguły do pomiarów wysokości (grubości) obiektów, wyznaczanej jako różnica odległości: czujnik – podłoże, na którym znajduje się detal mierzony oraz czujnik – powierzchnia tego detalu. W  omawianym zastosowaniu istnieje ryzyko popełnienia błędu pomiarowego wynikającego z  występowania szczeliny pomiędzy mierzonym obiektem a  powierzchnią, na której się on znajduje (jest to istotne zwłaszcza przy pomiarze grubości wiotkich przedmiotów, np. pasów blachy). Rozwiązaniem

Oferta rynku i tendencje rozwoju

Fot. 2. Skaner profili 2D LES36 firmy Leuze

jest wówczas wzbogacenie układu pomiarowego o drugi czujnik umieszczony po przeciwnej stronie obiektu. Znając odległość między tymi sensorami oraz zmierzone przez nie dystanse do przeciwległych powierzchni detalu, wyznacza się poszukiwany wymiar. Jeśli w ten sam układ (z pojedynczym czujnikiem) zostanie wkomponowany sensor pozwalający na wykonywanie pomiarów 2D (opisany w dalszej części artykułu), uzyskamy możliwość dodatkowego pomiaru szerokości (a  właściwie całego profilu przedmiotu znajdującego się w zasięgu wiązki pomiarowej). Sprzęgnięcie sygnału z  przetwornika z sygnałem mówiącym o przemieszczeniu obiektów, przy odpowiednio szybkich układach pozwoli nawet na skanowanie ich geometrii. Podobne efekty daje głowica przemieszczająca się nad nieruchomymi przedmiotami. Jednak największe możliwości pomiarowe otrzymuje się w wyniku zamocowania dalmierza na ramieniu robota przemysłowego. Pomiar jest wówczas realizowany wg wcześniej określonego programu, a czujnik może być ustawiany w  niemal dowolnej pozycji, co pozwala na wykonywanie pomiarów geometrii obiektów o złożonych kształtach (np. struktury nośnej nadwozia samochodu). Co ważne, robot wyposażony w  głowicę pomiarową może nie tylko kontrolować coś, co zostało wykonane wcześniej, ale na bieżąco nadzorować i ewentualnie korygować swoją pracę.

Rynek oferuje wiele rozwiązań bezdotykowego pomiaru odległości. W praktyce najczęściej spotyka się czujniki: • fotoelektryczne (optyczne), • wiroprądowe (indukcyjne), • ultradźwiękowe, • pojemnościowe. Sensory te, choć pozwalają na pomiar tego samego parametru, tj. odległości, nie zawsze mogą być stosowane zamiennie w tych samych aplikacjach. Z  jednej strony wynika to z  różnic w osiąganych wartościach parametrów metrologicznych, z  drugiej natomiast z  odmiennych ograniczeń narzucanych przez wykorzystanie takiej, a  nie innej technologii. Ograniczeniem takim może być np. niewykrywanie obiektów wykonanych z  materiałów nieprzewodzących, wrażliwość na pył znajdujący się w  powietrzu, światło z  otoczenia itp. Dlatego wybierając czujnik do określonego zadania należy zwracać uwagę nie tylko na aspekty metrologiczne, lecz także np. na otoczenie i  materiał mierzonych obiektów. Aby sprostać wciąż rosnącym oczekiwaniom odbiorców, producenci muszą stale ulepszać swoje wyroby. Główne obserwowane obecnie tendencje rozwoju zmierzają do: • zmniejszenia gabarytów – nie jest już zaskoczeniem, że w  pełni funkcjonalną głowicę pomiarową można zmieścić w pudełku od zapałek, • rozszerzenia możliwości pomiarowych – poprzez zwiększanie zakresu, częstotliwości próbkowania oraz poprawianie parametrów dokładnościowych i  algorytmów przetwarzania tak, by lepiej radziły sobie z warunkami środowiskowymi (kompensacja wpływu niektórych czynników), • uproszczenia prac związanych z obsługą – produkty często są wyposażone w funkcję szybkiego nauczania w  warunkach rzeczywistej pracy (wbudowany przycisk Teach-In), potencjometry regulacyjne, lampki sygnalizujące ich stan pracy, a  nawet wyświetlacze; nierzadko ułatwieniem są też protokoły zapewniające możliwość programowania z  poziomu PC i przesyłu danych, • zwiększenia odporności obudów – stopień ochrony IP67 lub IP68 jest już w  wielu rodzinach produktów standardem; coraz częściej możliwa jest praca w środowisku agresywnym, • urozmaicenia dostępnych wersji danego wyrobu pod kątem sposobu

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

33


Temat numeru      Czujniki do pomiarów bezdotykowych

Liniowość

Częstotliwość pomiarowa [Hz]

Sygnały wyjściowe

Średnica plamki

20

<1 % zakresu

40

0–10 V

0,8 mm

150–2000

1000–3000

b.d.

100

push-pull, PNP/NPN, NO/NC; 0–10 V

2–6 mm

b.d.

od 16–26 do 16–120

2–120

<0,006 – <0,35 mm

b.d.

0–10 V lub 4–20 mA

0,2–0,9 mm

niebieski, klasa 2

CCD

od 40–60 do 1000–2000

1,5–100

<0,08 – <0,1 % zakresu

2 500

0–10 V, –20 mA; RS-422

45 µm–2,5 mm

seria optoNCDT 2220

czerwony, klasa 2

CCD

od 24–26 do 130–330

0,03–3

<0,03 % zakresu

10 000

±5 V; RS-422

35–1300 µm

Omron

seria ZX-LD

czerwony, klasa 2

PSD

od 28–32 do 100–500

0,25–300

<0,2 – <2 % zakresu

b.d.

0–10 V, 4–20 mA; RS-232

b.d.

Panasonic Sunx

seria HL-G1

czerwony, klasa 2

CMOS

od 26–34 do 60–180

0,5–8

<0,1 % zakresu

5 000

PNP, NPN; 0–10 V, 4–20 mA

0,1–1,5 mm

Panasonic Sunx

seria HL-C2

czerwony, klasa 1, 2 lub 3

CMOS

od 9–11 do 95–125

0,01–0,25

<0,02 lub <0,03 % zakresu

100 000

PNP lub NPN; ±5 V, 4–20 mA

20–80 μm

Sick

seria OD Hi

czerwony

CMOS

od 26–34 do 100–400

4–75

<80 µm – <6 mm

1 000

NPN; 4–20 mA

0,5–3 mm

Sick

seria OD Precision

czerwony, klasa 1 lub 2

CMOS

od 24–26 do 300–700

0,2–10

<1,6 – <320 µm

10 000

PNP, NPN; 10 V, 4–20 mA; RS-422

25 µm–3,7 mm

Wenglor

HT66MGV80

podczerwony

b.d.

350–850

300–8000

<1% zakresu

100

PNP NO; 0–10 V

6–20 mm

Rodzaj diody Rodzaj laserowej detektora

Zakres Rozdzielczość pomiarowy [µm] [mm]

Producent

Typ

Balluff

BOD 26K-LA02-C-06

czerwony, klasa 2

b.d.

45–85

Balluff

BOD 66M-LA14-S92

czerwony, klasa 2

b.d.

Baumer

seria OADM12

czerwony, klasa 2

MicroEpsilon

seria optoNCDT 1700 BL

MicroEpsilon

Fot. 3. Czujnik laserowy TOF Sick serii DT

34

montażu, dopuszczeń do pracy w specyficznych aplikacjach (środowisko wybuchowe, przemysł spożywczy itp.), standardów sygnałów wyjściowych i komunikacyjnych. Opisane powyżej zmiany w  największym stopniu dotyczą sensorów optycznych. Należy zauważyć, że bezdotykowe czujniki do pomiaru odległości są rozwinięciem czujników zbliżeniowych (tzn. takich, które informują jedynie o obecności pewnego przedmiotu bez podawania konkretnej wartości dystansu dzielącego go od sensora) i  zazwyczaj mogą wypełniać też ich zadania. W zależności od stopnia integracji, sterowniki tych czujników są zabudowywane wewnątrz głowic pomiarowych lub nie. W pierwszym przypadku głowica stanowi kompletny przyrząd, w którym wszelkie ustawienia funkcji pomiarowych, jak też ich monitorowanie realizuje się za pomocą przycisków znajdujących się na jej obudowie i  wspomaganych niekiedy wspomnianymi już pokrętłami, lampkami sygnalizacyjnymi lub

Fot. Sick

Tab. 1. Właściwości przykładowych czujników triangulacyjnych


Fot. Sick

Czujniki fotoelektryczne Sensory fotoelektryczne (inaczej fotooptyczne, optyczne, fotosensory) do wykrywania obiektów i pomiaru odległości wykorzystują wiązkę światła z  zakresu widzialnego lub podczerwonego, emitowaną zwykle przez laser albo diodę laserową pierwszej lub drugiej klasy ochrony (stąd alternatywne określenie – czujniki laserowe). Wiązka jest wysyłana z czujnika w  kierunku powierzchni mierzonego przedmiotu (w wersji odbiciowej) lub elementu odblaskowego powiązanego z  tym przedmiotem (w  wariancie refleksyjnym), na którym następuje jej rozproszenie i  częściowy powrót do czujnika (a  właściwie do jego detektora). Znane są różne sposoby przetwarzania światła rozproszonego na sygnał pomiarowy, co skutkuje pewną różnorodnością dostępnych rozwiązań takich czujników. Niezależnie od zasady pracy sensora, obecnie sprzedawane przemysłowe sensory optyczne są urządzeniami kompaktowymi. W jednej, zwykle prostopadłościennej obudowie o  wymiarach rzędu kilkudziesięciu milimetrów mieści się źródło światła, detektor, układy optyczne oraz mniej lub bardziej zaawansowana elektronika do pozyskiwania danych z detektora. W zależności od stopnia jej skomplikowania, na wyjściu z głowicy pomiarowej można otrzymać sygnał gotowy lub wymagający dalszej obróbki w sterowniku znajdującym się w oddzielnej obudowie. Najczęściej występującym w  zastosowaniach przemysłowych mierzącym sensorem laserowym jest czujnik triangulacyjny, wykorzystujący do wyznaczenia odległości zasadę triangulacji optycznej. Część wiązki (występującej przeważnie w kolorze czerwonym, choć spotyka się rozwiązania z laserem niebieskim lub podczerwonym) po rozproszeniu na powierzchni jest skupiana przez układ optyczny sensora w  pewnym punkcie jego fotodetektora. Położenie tego punktu zależy od dystansu pomiędzy czujnikiem a powierzchnią obiektu mierzonego i można na jego podstawie wyznaczyć tę odległość. W tab. 1 zestawiono wybrane parametry kilku czujników triangulacyjnych pochodzących od czołowych

producentów tego typu sprzętu, natomiast przykładową głowicę przedstawiono na fot. 1. Możliwości sensorów różnią się zatem między sobą dość znacznie. Wersje z  większym zakresem pomiarowym pozwalają na wykonywanie pomiarów obiektów bardziej zróżnicowanych wymiarowo (ewentualnie na zdystansowanie głowicy od przedmiotu, aby ograniczyć ryzyko uszkodzenia), ale dzieje się to kosztem parametrów związanych z dokładnością pomiaru. Oprócz rozdzielczości, liniowości i  powtarzalności (ten parametr producenci rzadko podają), dość istotna jest też wielkość plamki wyświetlanej na powierzchni (im jest ona mniejsza, tym mniejsze szczegóły można mierzyć) oraz częstotliwość pomiarowa określająca szybkość realizacji danego zadania przy użyciu konkretnego czujnika. Kolejny parametr wyszczególniony w  tab. 1 to rodzaj detektora. Spotyka się głównie detektory PSD, CCD i  CMOS. Detektor PSD przetwarza pozycję padającej na niego plamki na sygnał prądowy. Jest to szybkie rozwiązanie, ale niestety najbardziej wrażliwe na zmianę natężenia światła, a zatem koloru i powierzchni mierzonego detalu. Pod tym względem lepiej wypadają bardziej dokładne matryce światłoczułe CCD i CMOS. Odmianą czujnika triangulacyjnego o  większych możliwościach jest skaner profili 2D. Zasada działania tego przyrządu jest identyczna, jak poprzednio opisanego, z  tym, że zamiast projekcji punktu na powierzchnię kontrolowanego detalu następuje wyświetlanie linii o  pewnej długości. Dzięki temu po przejściu przez układ optyczny w  fotodetektorze jest odwzorowywana odległość całej linii, a  zatem kształt profilu, który ta linia tworzy na powierzchni (należy zwrócić tu uwagę, że w  pewnych przypadkach nie jest możliwe odwzorowanie wszystkich szczegółów profilu). Pozwala to na wyznaczenie z jednego pomiaru większej liczby wymiarów (m.in. wysokości, szerokości, głębokości, kąta oraz położenia obiektów). Dostępne obecnie na rynku skanery 2D często mają zaawansowane oprogramowanie pomiarowe pozwalające łatwo przygotować czujnik do określonego zadania. Oprogramowanie takie, oprócz pomiarów, umożliwia prowadzenie różnego rodzaju statystyk, wizualizację pracy urządzenia,

Czujniki ze zintegrowanym konektorem M8 do siłowników z rowkiem typu T

 Uproszczone okablowanie dzięki bezpośredniemu podłączeniu na obudowie  Samoblokujący się mechanizm do montażu jedną ręką  Powierzchnia aktywna od frontu obudowy zapewnia niezawodną detekcję pozycji krańcowej  Szeroki wybór akcesoriów do różnych typów siłowników  Wytrzymały konektor i pewne mocowanie

Zapraszamy do odwiedzenia naszego stoiska na targach AUTOMATICON 2013 w Warszawie Hala 3, stoisko G 14/H 13

ifm electronic sp. z o.o. ul. Kościuszki 175, 40-524 Katowice tel.: +48 32 608 74 54 faks: +48 32 608 74 55 Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013 e-mail: info.pl@ifm.com 35 www: www.ifm.com/pl REKLAMA

wyświetlaczami. Drugie rozwiązanie z kolei służy m.in. zmniejszeniu wymiarów czujnika, co ułatwia pomiary np. w trudno dostępnych miejscach.


Temat numeru      Czujniki do pomiarów bezdotykowych

Tab. 2. Właściwości wybranych skanerów profili 2D Zakres Zakres Rozdzielczość Rozdzielczość pomiarowy pomiarowy pionowa pozioma pionowy [mm] poziomy [mm]

Liniowość

Częstotliwość pomiarowa [Hz]

Sygnały wyjściowe

1–1,7 mm

<1 % aktualnej wartości

100

PNP; 4–20 mA, 0–10 V; Ethernet

640 punktów

<50 – <200 μm

100

FireWire, Ethernet, RS-422

2–10 μm

od 0–9,5 do 0–50

1024 punkty

<30 – <200 μm

4 000

PNP, NPN; 4–20 mA, 0–10 V; FireWire, RS-232, RS-422

0,25–6 μm

od 0–3 do 0–70

5–111 μm

<0,1 % zakresu

200

PNP lub NPN; 4–20 mA, 0–10 V; USB2.0, RS-232

Producent

Typ

Leuze

seria LES36

od 0–200 do 0–800

1–3 mm

od 0–150 do 0–600

MicroEpsilon

seria scanCONTROL 2700

od 90–115 do 350–450

4–15 μm

od 0–23 do 0–112

MicroEpsilon

seria scanCONTROL 2810

od 70–80 do 145–245

Omron

seria ZG2-WDS

od 10,2–11 do 162–258

Producent

Typ

Rodzaj lasera

Zakres pomiarowy [m]

Rozdzielczość [mm]

Liniowość

Częstotliwość pomiarowa [Hz]

Średnica plamki [mm]

Sygnały wyjściowe

Balluff

BOD 63M-LB04-S115

czerwony, klasa 2

0,2–6

1

b.d.

250

10

PNP NO; 4–20 mA

Baumer

OADM250

czerwony, klasa 2

0,2–4

1,3

<15 mm

b.d.

5–20

push-pull; 4–20 mA lub 0–10 V

Datasensor

seria S80

czerwony, klasa 2

0,3–4 lub 0,3–7

0,9 lub 0,4

<0,30 % zakresu

500

b.d.

PNP NO lub NPN NO; 4–20 mA; RS-485

Datasensor

seria S80 – z reflektorem

czerwony, klasa 2

0,3–20,3 lub 0,3–100,3

0,6 lub 6

<0,15 mm

500

b.d.

PNP NO lub NPN NO; 4–20 mA; RS-485

Di-Soric

LHT 9-45 M10 P3IU-B4

czerwony, klasa 2

0,2–10

b.d.

b.d.

b.d.

b.d.

PNP NO/NC; 0–10 V, 4–20 mA

Pepperl+ Fuchs

VDM28-15

czerwony, klasa 2

0,2–15

1

b.d.

b.d.

b.d.

push-pull; 4–20 mA; IO-link

Sensopart

FR 92 ILA-PSL5

podczerwień, klasa 1

0,2–30

b.d.

<60 mm

b.d.

b.d.

PNP; 4–20 mA

Sick

seria DT50

czerwony, klasa 2

od 0,2–4 do 0,2–10

1

b.d.

b.d.

b.d.

PNP lub NPN; 0–10 V lub 4–20 mA

Sick

DML40-2

podczerwień, klasa 1

b.d.

1

b.d.

b.d.

b.d.

4–20 mA; RS-232, RS-422, Profibus

Wenglor

Y1TA100MHT88

czerwony, klasa 2

0,1–10,1

1–12

<0,05 % zakresu

100

5–20

PNP, NPN, push-pull; 0–10 V, 4–20 mA; RS232

tworzenie ze zmierzonych profili modeli trójwymiarowych możliwych do obróbki w programach 3D itp. Właściwości wybranych skanerów przedstawiono w tab. 2. Niektóre z nich mają budowę kompaktową, inne modułową (sterownik w  oddzielnej obudowie dla zmniejszenia wymiarów głowicy

36

pomiarowej). Wszystkie są wyposażone w półprzewodnikowy laser czerwony klasy 2M. Innym sposobem pomiaru odległości, również wykorzystującym światło laserowe, jest pomiar czasu przelotu światła (ang. Time Of Flight – TOF). W  sensorach opartych na tej metodzie

laser (pracujący w zakresie czerwonym lub podczerwonym) wysyła impulsy świetlne z określoną częstotliwością. Po odbiciu się od mierzonego detalu (ewentualnie od specjalnego lustra powiązanego z detalem) impulsy te trafiają do detektora – fotodiody. Zmierzony przez układ pomiarowy czas między

Fot. Baumer

Tab. 3. Właściwości wybranych sensorów TOF


Fot. 4. Przykładowe czujniki indukcyjne firmy Baumer

wyemitowaniem impulsu, a jego zarejestrowaniem przez fotodiodę jest, przy znanej prędkości światła w  powietrzu, podstawą do obliczenia dystansu dzielącego czujnik i obiekt mierzony. Porównując parametry czujników TOF (tab. 3) z  parametrami głowic triangulacyjnych (tab. 1) można stwierdzić, że zwykle mają one gorsze właściwości związane z  dokładnością, ale osiągają znacznie większe zakresy pomiarowe (nawet rzędu tysięcy metrów). Wynika to z  tego, że krótkotrwałe impulsy świetlne wysyłane przez lasery czujników TOF mają moc wielokrotnie wyższą od spotykanej w  emitowanych w  sposób ciągły wiązkach sensorów triangulacyjnych.

Zastosowanie wiązki laserowej jako źródła światła niesie ze sobą wiele korzyści. Ponieważ światło lasera jest spójne i mocno skoncentrowane, sensory laserowe osiągają wysoką rozdzielczość pomiaru i dodatkowo można nimi mierzyć małe przedmioty lub drobne szczegóły występujące w detalach. Monochromatyczność wiązki sprawia, że w wielu przypadkach światło z otoczenia nie wpływa znacząco na wyniki pomiaru (nie wolno jednak zupełnie lekceważyć tego czynnika, zwłaszcza, gdy warunki oświetlenia są zmienne). Badany przedmiot może być wykonany z  dowolnego materiału. Jedynym ograniczeniem jest zbyt duży stopień pochłaniania lub przepuszczania

światła padającego z czujnika, zatem problemem mogą być np. przedmioty przezroczyste lub substancje sypkie. Warto zauważyć, że jak na osiągane dokładności, sensory laserowe umożliwiają mierzenie z dużych odległości i charakteryzują się szerokim zakresem pomiarowym oraz dużą szybkością działania. Wymienione parametry są jeszcze lepsze w modelach dalmierzy z niebieskim laserem (spotykanym tylko w głowicach triangulacyjnych). Wiązka emitowana przez taki laser charakteryzuje się krótszą długością fali, dzięki czemu generowana na powierzchni plamka może być jeszcze mniejsza, a to z kolei poprawia stabilność i  dokładność wyników. Sensory z  niebieskim światłem są szczególnie polecane do mierzenia przedmiotów rozgrzanych do czerwoności. Ograniczenia czujników laserowych, oprócz już pośrednio przywołanych, to ich wrażliwość na pyły występujące na drodze wiązki. Zanieczyszczenia znajdujące się w powietrzu rozpraszają wiązkę i mogą doprowadzić do zmniejszenia zakresu pomiarowego, obniżenia dokładności, a  dodatkowo mogą się osadzać na elementach optycznych czujnika, wymuszając ich częstsze czyszczenie. Oprócz tego sensory, których działanie jest oparte na triangulacji laserowej, są czułe na zmiany koloru lub chropowatości powierzchni mierzonych przedmiotów, ale często mają algorytmy kompensujące wpływ tych czynników. Trudności może też sprawiać pomiar powierzchni bardzo gładkich. Wiązka odbija się od nich w zasadzie bez rozproszenia, przez co nie ma możliwości skupienia pewnej jej części na detektorze (prawie w  całości wraca do źródła). W  takich przypadkach,

Fot. Baumer

Tab. 4. Przegląd parametrów typowych czujników indukcyjnych Producent

Typ

Zakres pomiarowy [mm]

Rozdzielczość

Liniowość

Częstotliwość pomiarowa [Hz]

Sygnały wyjściowe

Balluff

BAW003K

25–105

b.d.

<1500 μm

b.d.

PNP; 0–10 V

Baumer

seria IPRM12

od 0,5–1,5 do 0–3

0,004–0,013 μm

<50 – <150 μm

b.d.

0–20 mA

Baumer

IWRM30

0–16

10 μm

<1600 μm

b.d.

4–20 mA lub 0–10 V

ifm electronic

IM5142

1–26

b.d.

<3 % zakresu

b.d.

0–10 V

Micro-Epsilon

seria eddyNCDT 3300

od 0–0,4 do 0–80

0,005 % zakresu

<0,2 % zakresu

b.d.

0–5 V, 0–10 V, ±2,5 V, ±5 V, ±10 V, 4–20 mA

Omron

seria ZX-E

od 0–0,5 do 0–7

1 μm

<0,5 % zakresu

6 500

PNP lub NPN; 4–20 mA, ±4V

Sunx

seria GP-X

od 0–0,8 do 0–10

0,02 % zakresu

<0,3 % zakresu

40 000

PNP, NPN; RS-232

Wenglor

IW045CM65MG3

1,5–4,5

1 μm

<1 % zakresu

b.d.

0–10 V

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

37


Temat numeru      Czujniki do pomiarów bezdotykowych

Tab. 5. Wybrane właściwości sensorów ultradźwiękowych Producent

Typ

Zakres pomiarowy [mm]

Rozdzielczość [mm]

Dokładność [%]

Częstotliwość pomiarowa [Hz]

Kąt wiązki [°]

Sygnały wyjściowe

Di-Soric

USTI12

20–150 lub 20–200

b.d.

b.d.

13

b.d.

4–20 mA lub 0–10 V

Leuze

seria HRTU418M

50–300 lub 15–1000

1

2,5

5

6

4–20 mA lub 0–10 V

Senix

seria TSPC

od 4–910 do 305–15 240

0,086–0,3438

0,5

20

12

PNP, NPN; 0–5 V, 0–10 V, 4–20 mA; RS-232 lub RS-485

Sensopart

seria UMT30

od 0–350 do 0–6000

0,18

2

b.d.

b.d.

4–20 mA lub 0–10 V

Turck

seria CP40

50–1000 lub 50–1800

b.d.

b.d.

3

60

PNP; 0–20 mA lub 0–10 V

Wenglor

UMD123U035

100–1200

1,375

b.d.

7

12

PNP NO/NC; 0–10 V; IO-Link

Producent

Typ

Zakres pomiarowy [mm]

Rozdzielczość

Liniowość

Częstotliwość pomiarowa [Hz]

Minimalna średnica

Sygnały wyjściowe

Micro-Epsilon

seria capaNCDT 6019

od 0–0,2 do 0–10

< 0,01 % zakresu

1 % zakresu

500

b.d.

0–10 V

Micro-Epsilon

seria capaNCDT 6500

od 0–0,05 do 0–10

0,0375–7,5 nm

0,05–5 μm

8 500

3–57 mm

4–20 mA lub 0–10 V; Ethernet

Lion Precision

Seria 190 i 290

od 0–0,01 do 0–12,5

0,0006–0,008 % zakresu

0,2 % zakresu

15 000

b.d.

±10 V

by móc po odbiciu trafić do detektora, powinna być ona kierowana pod pewnym kątem do powierzchni mierzonego obiektu (istnieje grupa czujników o konstrukcji przeznaczonej do takich zadań).

Czujniki wiroprądowe (indukcyjne) Czujniki wiroprądowe, popularnie zwane indukcyjnymi, są wyposażone w oscylatory generujące prąd przemienny, który przepływając przez cewkę sensora, wywołuje zmienne pole magnetyczne. Jeśli w  obszarze tego pola

Fot. 5a. Czujnik ultradźwiękowy Sick UM30 w obudowie cylindrycznej

38

znajdzie się przedmiot przewodzący, zaindukują się w nim prądy wirowe, których pole będzie skierowane przeciwnie do pola wywołującego je. W  konsekwencji doprowadzi to do obniżenia strumienia pola magnetycznego cewki i  jej indukcyjności. Z  kolei wielkość tych zmian będzie świadczyć o odległości obiektu od czujnika i  zostanie zarejestrowana przez detektor oraz przekształcona na odpowiedni sygnał wyjściowy. Najbardziej rozpowszechnione są rozwiązania z  wyjściami dwustanowymi PNP lub NPN pozwalające na detekcję obiektów z pewnej odległości, zatem służące do zadań typu zliczanie, informowanie o  przekroczeniu pewnej wartości itp. Można spotkać produkty wyposażone w  wyjścia analogowe umożliwiające pomiar dystansu, choć nie są one tak popularne. Tab. 4 przedstawia właściwości kilku takich czujników. Są one znacznie mniej wszechstronne od głowic wykorzystujących wiązkę świetlną – mają małe zakresy pomiarowe. Osiągane parametry związane z dokładnością pomiaru i  szybkością ich wykonywania są dobre, jednak ze względu na kształt pola magnetycznego nie jest możliwe mierzenie tak drobnych szczegółów, jak przy użyciu czujników

triangulacyjnych. Dodatkowo wykrywane są jedynie przedmioty przewodzące prąd (i to z czułością zależną od ich przewodności i kształtu, co oznacza, że zakres pomiarowy jest funkcją rodzaju metalu i należy przy każdej jego zmianie przeprowadzać kalibrację). Z  tej ostatniej wady czasem płyną jednak zalety. Przede wszystkim sensory indukcyjne są niewrażliwe na zanieczyszczenia występujące w  powietrzu (pod warunkiem, że nie są to pyły metaliczne), dobrze znoszą wilgotność i  wysokie temperatury, zatem są szczególnie przydatne w  trudnych warunkach przemysłowych. Poza tym pomiędzy głowicą a  detalem mierzonym mogą znajdować się inne przedmioty (jeśli tylko nie przewodzą prądu elektrycznego), dlatego nakrycie obiektów kartonem lub oddzielenie ich kurtyną z tworzywa sztucznego nie przeszkadza w mierzeniu. Sensory indukcyjne, w  odróżnieniu od fotoelektrycznych, mają zazwyczaj obudowy cylindryczne o średnicy kilkunastu i długości kilkudziesięciu milimetrów (fot. 4) z  naciętym gwintem ułatwiającym montaż (właściwie za regułę można przyjąć, że czujniki o większych obudowach mają szersze zakresy pomiarowe). Dodatkowo mogą się w nich

Fot. Sick

Tab. 6. Zestawienie parametrów przykładowych czujników pojemnościowych


przetwarzania sygnałów zazwyczaj stanowi oddzielny moduł.

Czujniki ultradźwiękowe

Fot. 5b. Prostopadłościenny czujnik ultradźwiękowy UC4 firmy Sick

znajdować przyciski i lampki sygnalizacyjne pozwalające na ustawianie, kalibrację i monitorowanie ich stanu. Układ

Zasada działania czujników ultradźwiękowych jest zbliżona do działania laserowych czujników TOF z tym, że nie mierzy się tu czasu przelotu wiązki świetlnej o długości fali rzędu nanometrów, lecz fali ultradźwiękowej, czyli fali o długości wyrażanej w centymetrach. Bardzo istotną cechą takiej fali jest odbijanie się właściwie od każdego materiału, niezależnie od jego koloru, chropowatości powierzchni i struktury. Dzięki temu, w  przeciwieństwie do czujników optycznych, można nimi bez problemu wykonywać pomiary odległości od obiektów przezroczystych (szkło, płyny) lub sypkich, również w środowisku wilgotnym i zapylonym. Z  tych względów sensory ultradźwiękowe często są wykorzystywane przy monitorowaniu stanu napełnienia zbiorników z  cieczami, silosów zbożowych (przeważnie czujniki mniej dokładne, o  dużym zakresie pomiarowym) oraz w automatyzacji rozmaitych procesów, zwłaszcza gdy pojawia się potrzeba mierzenia albo wykrywania elementów przezroczystych lub o dużej

rozpiętości cech związanych z ich powierzchnią (zazwyczaj sensory dokładniejsze, o  węższym zakresie pomiarowym). Przedstawione w  tab. 5 wartości parametrów metrologicznych przykładowych produktów należących do omawianej grupy dalmierzy wskazują, że osiągają one dość duże zakresy pomiarowe, jednak nie nadają się do tak precyzyjnych pomiarów, jak czujniki triangulacyjne, lub indukcyjne. Niektóre z  wyszczególnionych w  tej tabeli parametrów mogą być regulowane przyciskiem lub pokrętłem na obudowie i/lub przy wykorzystaniu dostępnych interfejsów komunikacyjnych. Dość ważnym parametrem czujników ultradźwiękowych jest kąt rozchodzenia się wiązki (od jego wartości zależy minimalna wielkość mierzonego przedmiotu). Czujniki ultradźwiękowe (podobnie jak sensory indukcyjne) zazwyczaj mają obudowy cylindryczne (fot. 5a) z naciętym gwintem lub gładkie, choć wersje prostopadłościenne też nie należą do rzadkości (fot. 5b). W  celu zmniejszenia wymiarów gabarytowych w niektórych rozwiązaniach przetwornik akustyczny umieszcza się poza właściwą obudową sensora.

REKLAMA

13 – 15 listopada 2013

Spotkajmy Się na targach w SoSnowcu!

Fot. Sick

Targi Hydrauliki, Automatyki i Pneumatyki

Targi Robotyzacji i Automatyzacji w Przemyśle

www.hapexpo.pl

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

www.robotshow.pl

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

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

Sosnowiec

39


Temat numeru      Czujniki do pomiarów bezdotykowych

Tab. 7. Porównanie wybranych typowych właściwości poszczególnych grup sensorów odległości

Wykrywane materiały

Triangulacyjny

TOF

Indukcyjny

Ultradźwiękowy

Pojemnościowy

Przewodzące

+

+

+

+

+

Nieprzewodzące

+

+

+

+–

Przezroczyste

+–

+–

+

+

Błyszczące

+–

+–

+

+

+

+

Różnokolorowe

+–

+

+

+

+

O zmiennej chropowatości

+–

+

+

+

+

Wilgotność

+

+

+

+

Zapylenie

+–

+–

+

+

Zmienne oświetlenie

+–

+–

+

+

+

Hałas

+

+

+

+–

+

kilkanaście – kilkaset mm

1 – kilkaset m

kilka – kilkadziesiąt mm

kilka m

kilka mm

Rozdzielczość

kilka µm

kilka mm

kilka nm – kilka µm

ok. 1 mm

kilka nm

Częstotliwość pomiarów

kilka kHz

kilkaset Hz

kilkanaście kHz

kilka Hz

kilka kHz

Sypkie

Środowisko

Zakres pomiarowy Możliwości pomiarowe

Objaśnienie możliwości wykrywania/odporności

Czujniki pojemnościowe Sensory pojemnościowe umożliwiają precyzyjny pomiar małych odległości od elementów wykonanych z dowolnego przewodnika (niektóre modele pozwalają na mierzenie detali nieprzewodzących). Obiekt mierzony wraz z  czujnikiem tworzy okładki kondensatora, którego pojemność zmienia się w zależności od dystansu pomiędzy nimi. Zmiany te, przy stałej amplitudzie prądu przemiennego przepływającego między okładkami, wymuszają zmiany amplitudy napięcia, które, w przypadku materiałów przewodzących, są proporcjonalne do odległości czujnik – przedmiot i  po prostych przekształceniach stanowią wyjściowy sygnał pomiarowy. Jeśli

(+) – wysoka

(+–) – ograniczona, w zależności od wersji

w pomiarze bierze udział obiekt nieprzewodzący, sygnał musi być odpowiednio linearyzowany. Czujniki pojemnościowe osiągają bardzo dobre wartości parametrów związanych z  dokładnością pomiaru (tab. 6). Nadają się one np. do pomiarów wibracji, małych odkształceń, lub makrogeometrii obiektów. Oczywiście nie można w nich osiągnąć „plamki” tak małej, jak w  głowicach triangulacyjnych, dlatego szczegóły poddawane mierzeniu muszą być odpowiednio większe. Największą wadą omawianych produktów jest zależność ich czułości pomiarowej od właściwości dielektryka wypełniającego szczelinę pomiędzy czujnikiem a  powierzchnią obiektu.

(–) – słaba lub brak

Przekłada się to na ich wrażliwość na wilgoć oraz zanieczyszczenia występujące w powietrzu itp. Typowe głowice pojemnościowe (fot. 6) nie są kompletnymi przyrządami pomiarowymi, lecz współpracują z  oddzielnie zabudowanymi modułami sterowników. W zależności od wersji, moduły takie mogą obsługiwać od jednej do kilku głowic, umożliwiając m.in. regulację zakresu i częstotliwości pomiarowej oraz zapewniając komunikację z dalszymi urządzeniami.

Podsumowanie Dzięki bogatej ofercie rozwiązań bezdotykowych przetworników odległości, niemal do każdego zadania pomiarowego można znaleźć bezkontaktowy czujnik pozwalający na jego zautomatyzowanie. Wprowadzane udoskonalenia przełamują kolejne bariery, sensory stają się coraz bardziej niezawodne, a praca z nimi łatwiejsza. Jednak pewne ograniczenia będą istniały zawsze, dlatego wybierając rodzaj czujnika do określonego zastosowania, należy dokładnie przeanalizować jego specyfikę. W tabelarycznym porównaniu (tab. 7) podsumowano typowe możliwości detekcyjne, odporność środowiskową oraz właściwości metrologiczne czujników przedstawionych w artykule.

Marcin Kamiński Przemysłowy Instytut Fot. 6. Sensory pojemnościowe serii capaNCDT firmy Micro-Epsilon

40

Automatyki i Pomiarów PIAP

Fot. Micro-Epsilon

Rodzaj czujnika


Czujniki do pomiarów bezdotykowych      Temat numeru

Magnetyczne enkodery liniowe we frezarce uniwersalnej Systemy magnetycznych enkoderów liniowych to alternatywa dla liniałów optycznych. Tego typu czujniki odległości BML firmy Balluff zastosowała w swoich frezarkach firma Emco Maier z Salzburga.

Fot. Balluff

– Mimo faktu, że liniały optyczne charakteryzują się wysoką precyzją, to jednak wzrost ich długości pociąga za sobą nieproporcjonalnie duży wzrost kosztów – mówi o swoich doświadczeniach Andreas Schnöl, projektant urządzeń w  firmie Emco Maier z  Salzburga produkującej obrabiarki. – Interesującą alternatywą dla tego rozwiązania są systemy magnetycznych enkoderów liniowych, które aktualnie stosujemy w  produkowanych przez naszą firmę frezarkach uniwersalnych Emcomat FB-450 L oraz FB-600 L do monitorowania pozycji osi X, Y i Z. Dzięki rozdzielczości od 1 µm do 10 µm ich dokładność jest w  zupełności wystarczająca,

Rejestracja położenia: widok szczegółowy

Promocja

Rejestracja położenia: zamontowana pod pokrywą stacjonarna głowica odczytująca (po lewej stronie środkowej części zdjęcia) służy do bezkontaktowej rejestracji położenia osi za pomocą zakodowanej taśmy

a koszt stanowi jedynie ułamek ceny liniałów optycznych – dodaje. Grupa Emco z siedzibą w Salzburgu to grupa europejskich dostawców dla sektora obrabiarek. Projektuje i  produkuje zaawansowane rozwiązania technologiczne dla przemysłu metalowego, np. tokarki i frezarki konwencjonalne, frezarki CNC, centra obróbcze CNC oraz wysokoobrotowe centra frezarskie.

Do grupy należą firmy Emco, Famup, Mecof oraz Magdeburg. Pod koniec 2011 r. grupa Emco stała się częścią Kuhn-Holding. Zakłady produkcyjne znajdują się także w  Niemczech i  Włoszech, a  biura sprzedaży również w  Niemczech, Włoszech, Republice Czeskiej, USA oraz na Tajwanie. W  opinii pracowników firmy Emco Maier z  Salzburga czujniki odległości BML firmy Balluff to niezawodne i szybkie systemy pomiarowe o wysokiej precyzji. Składają się z głowicy pomiarowej oraz zakodowanej taśmy magnetycznej. Ponieważ cały układ elektroniczny jest zamknięty w metalowej obudowie czujnika, system można także instalować w  miejscach o  ograniczonej przestrzeni. Podczas pomiaru głowica przesuwa się w  odległości do 0,35 mm nad powierzchnią taśmy z tworzywa sztucznego, która zawiera ułożone naprzemiennie północne i południowe bieguny magnetyczne z  syntetycznie naniesionego materiału ferrytowego. Pomiar polega na zliczaniu odstępów między biegunami magnetycznymi. Dane te są następnie przesyłane w  postaci sinusoidalnego sygnału analogowego lub cyfrowego

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

41


Temat numeru      Czujniki do pomiarów bezdotykowych

Precyzyjne toczenie i frezowanie

Andreas Schnöll, projektant urządzeń w firmie Emco Maier jest przekonany o korzyściach, jakie niesie enkoder liniowy z taśmą magnetyczną

sygnału prostokątnego w standardzie RS-422 (w  zależności od wersji czujnika). W  ten sposób uzyskuje się precyzyjną informację na temat odległości. System jest bardzo odporny na zanieczyszczenia, np. olejem lub pyłem, dzięki czemu doskonale sprawdza się w trudnych warunkach przemysłowych i  zapylonym otoczeniu. Rozdzielczość można dowolnie konfigurować w  zakresie nawet do 1 µm. Dokładność systemu osiąga poziom 10–20 µm przy

Modele Emcomat FB-450 L oraz Emcomat FB-600 L firmy Emco to dwie konwencjonalne frezarki uniwersalne o wszechstronnym zastosowaniu i bardzo przyjaznej dla użytkownika obsłudze, wyposażone w silnik główny o mocy 10 kW charakteryzujący się dużą dynamiką oraz wysoką precyzją. Systemy te są wykorzystywane w produkcji jednostkowej i małoseryjnej, a także do obróbki detali o prostych i skomplikowanych kształtach. Te sprawdzone w przemyśle maszyny doskonale nadają się do celów szkoleniowych, ponieważ jako jedne z  niewielu urządzeń dostępnych na rynku, obok standardowego osprzętu, są także wyposażone w  specjalne elementy np. pokrętła. Aby zapewnić precyzyjne pozycjonowanie osi oraz umożliwić szybsze przesuwy, maszyny wyposażono w  obiegową śrubę kulową oraz prowadnicę liniową, a  także enkoder liniowy BML, które odpowiadają za rejestrację położenia wszystkich trzech osi. Opuszczane drzwiczki chronią przed przedostawaniem się wiórów, a także zapewniają czystość i bezpieczeństwo podczas pracy oraz nieograniczony dostęp do obrabianego elementu. Zastosowanie w obrabiarce systemu BML niesie ze sobą

wiele korzyści. Wysoka liniowość oraz rozdzielczość rzędu nawet 1 µm w połączeniu z  dokładnością systemu (do ±10 µm) gwarantują niezwykle cichą pracę układu napędowego.

Zliczanie odstępów między biegunami Aby rejestrować informacje o przesunięciu, głowica pomiarowa jest prowadzona nad taśmą i nie ma z nią kontaktu. Taśmy magnetyczne w systemach BML firmy Balluff są w pełni namagnesowane, co zapewnia całkowicie jednorodne pole magnetyczne. Precyzyjne określenie odległości polega na zliczaniu odstępów między biegunami magnetycznymi. Służą do tego dwa czujniki pola magnetycznego, które wraz z kompletnym układem elektronicznym są umieszczone w  głowicy pomiarowej. Aby możliwy był także pomiar przesunięcia niezależny od kierunku, oba czujniki pola magnetycznego są ustawione tak, by generować sygnały przesunięcia wraz z  ich przemieszczaniem się wzdłuż sekcji pomiarowej. Z  tego względu czujniki te są zwykle umieszczone względem siebie w  głowicy pomiarowej w  odległości od pół do półtora okresu między biegunami magnetycznymi. Aby uzyskać rozdzielczość systemu pomiarowego rzędu mikrometrów, trzeba dokładnie określić bieżącą pozycję między biegunami. Za to zadanie jest odpowiedzialny interpolator wbudowany w głowicę pomiarową.

Łatwa obsługa i montaż Liniały optyczne są zawsze wstępnie zmontowane i mają długość odpowiednią dla danego zastosowania, natomiast taśma magnetyczna jest sprzedawana na szpuli i można ją dowolnie docinać na wymiar. Jest to niezwykle praktyczne

W celu rejestrowania informacji o przesunięciu głowica pomiarowa jest prowadzona nad taśmą bezkontaktowo

42

Promocja

Fot. Balluff

dopuszczalnej prędkości przesuwu do 10 m/s, która w znacznym stopniu przekracza prędkość 5 m/s wymaganą dla tokarki. Pomimo bardzo dużych prędkości głowica pomiarowa może być ustawiona nad taśmą w odległości przekraczającej 0,35 mm (ok. 30 % szerokości bieguna). Zmierzona wartość położenia jest dostępna w  systemie sterowania już po ułamku mikrosekundy, czyli w czasie rzeczywistym.


IDENTYFIKACJA PRZEMYSŁOWA RFID

Komunikacja bezkontaktowa! RFID firmy Balluff to technologie LF, HF oraz UHF. Nasze systemy RFID wyróżniają się największą różnorodnością komponentów, które mogą być zestawiane w całkowicie dowolny sposób. RFID firmy Balluff gwarantuje śledzenie wszystkich informacji oraz zapewnia największą możliwą przejrzystość procesów. Osiągaj najwyższą efektywność – skorzystaj z 30 lat naszych doświadczeń w systemach RFID.

Profinet Profibus DeviceNet EtherNet/IP EtherNet TCP/IP CC-Link EtherCAT IO-Link USB RS485, RS232

Tokarka uniwersalna FB-450 L tuż przed wysłaniem do klienta

rozwiązanie, ponieważ długość sekcji pomiarowych jest różna nie tylko w poszczególnych maszynach, lecz także dla osi X, Y i Z. Taśmy magnetyczne gwarantują więc większą elastyczność i znacznie upraszczają prowadzenie magazynu. Systemy enkoderów liniowych z  taśmami magnetycznymi to układy bezkontaktowe. Nie ulegają zużyciu, a ich okres użytkowania jest niemal nieograniczony. – Jeśli system nie zostanie umyślnie uszkodzony, będzie służył przez cały okres użytkowania maszyny – stwierdza Andreas Schnöll. Montaż jest prosty. Po przycięciu do odpowiedniego wymiaru konstruktorzy maszyn w firmie Emco przyklejają taśmę na właściwej osi, umieszczając ją w przygotowanym rowku. Pozostaje już tylko zabezpieczenie przed uszkodzeniem za pomocą stalowej taśmy oraz mechaniczne przymocowanie końców. Kolejnym ciekawym rozwiązaniem jest system absolutnego enkodera liniowego BML-S1H z taśmą magnetyczną. Ponieważ układ ten zawsze sygnalizuje pozycję bezwzględną, przebiegi referencyjne zostały całkowicie wyeliminowane. Obecnie układ firmy Balluff to prawdopodobnie najmniejszy na świecie system absolutnego magnetycznego enkodera liniowego. Dzięki dostępności wersji montowanej w kierunku poprzecznym lub wzdłużnym, urządzenie można zainstalować nawet w  skrajnie ograniczonej przestrzeni, a  duża szybkość pomiarów oraz duża liniowość zapewniają optymalizację uzyskiwania informacji o położeniu oraz najlepszą jakość sterowania.

Kompaktowy QQ QQ QQ

BALLUFF Sp. z o.o. tel. 71 338 49 29, fax 71 338 49 30 e-mail: balluff@balluff.pl www.balluff.pl

Procesor BIS V do systemów LF oraz HF REKLAMA

Fot. Balluff

ul. Muchoborska 16, 54-424 Wrocław

Zintegrowany master IO-Link Cztery niezależne kanały do podłączenia głowic Niewielka obudowa, prosta instalacja

Systemy i usługi | Sieci przemysłowe i połączenia | Identyfikacja przemysłowa | Detekcja obiektów | Pomiar drogi i odległości | Pomiar ciśnienia i poziomu | Akcesoria

TelefonPomiary +48 71 338 49 29 Automatyka Robotyka  nr 3/2013

www.balluff.pl

43


Temat numeru      czujniki do pomiarów bezdotykowych

Dokładność bezdotykowego pomiaru temperatury Urządzenia do punktowego, bezdotykowego pomiaru temperatury, zwane powszechnie pirometrami, cieszą się coraz większą popularnością.

Pirometry stosowane są wszędzie tam, gdzie pomiar dotykowy jest trudny (elementy wirujące, pod napięciem, środowisko agresywne, silne pole elektromagnetyczne) lub czas życia czujników kontaktowych jest krótki (wysoka temperatura otoczenia, ścieranie). Praktycznie wszystkie gałęzie przemysłu korzystają z dobrodziejstw pomiaru bezdotykowego – pomiar taki jest bardzo szybki, nie zaburza środowiska pomiarowego i zazwyczaj jest pomiarem dokładnym. Jednak dokładność tego pomiaru zależy od bardzo wielu czynników, z których nie zawsze użytkownicy pirometrów zdają sobie sprawę. Niezaprzeczalnie największy wpływ na pomiar ma współczynnik emisyjności badanego materiału. Parametr ten przyjmuje wartości w zakresie od 0 do 1 i zależy od składu materiału, stanu skupienia, rodzaju powierzchni, a także od kąta obserwacji i długości fali pomiarowej pirometru użytego do pomiaru. Generalnie, im ten współczynnik bliższy jest 1, tym pomiar pirometrem jest łatwiejszy i bardziej dokładny. Pomiary obiektów o współczynniku

44

Promocja

poniżej 0,5 są trudne i zaleca się stosowanie w takim przypadku specjalizowanych pirometrów pod konkretne aplikacje, albo kondycjonowanie powierzchni. Innym rozwiązaniem jest stworzenie specjalnych warunki pomiarowe. Przy niskim współczynniku emisyjności zazwyczaj trzeba wziąć pod uwagę wartość energii odbitej z otoczenia przez badany obiekt zwłaszcza jeśli temperatura otoczenia jest wyższa od temperatury samego obiektu. Praktycznie przyjmuje się, że w zakresie odchylenia pirometru do 30° od osi prostopadłej do powierzchni mierzonej, dokładność pomiaru mieści się w granicach błędu określonego w specyfikacji pirometru. Dla modeli dwubarwnych kąt ten może osiągnąć wartość 45°. Mimo dostępności różnych tabel ze współczynnikami emisyjności dla typowych materiałów i wybranych długości fal pomiarowych, czasami trudno jest znaleźć konkretny materiał i ustawić żądany współczynnik emisyjności. Można założyć, że dla większości materiałów niemetalicznych i powierzchni niebłyszczących/odblaskowych współczynnik emisyjności w paśmie 8–14 μm będzie zbliżony do 0,95. Błąd pomiaru spowodowany różnicą 10 % między współczynnikiem wpisanym w pirometrze a rzeczywistym współczynnikiem obiektu, w zależności od temperatury obiektu dla różnych długości fal pomiarowych, przedstawiony jest na wykresie. Analizując wykres można zauważyć, że błąd pomiaru, ze względu na źle ustawiony współczynnik emisyjności, będzie mniejszy przy wykorzystaniu pirometru o możliwie najkrótszej długości fali pomiarowej. Limitem tutaj jest

zakres pomiarowy – standardowe pirometry krótkofalowe można kalibrować tylko do pomiaru wysokich temperatur. Należy też pamiętać, że niektóre materiały (np. szkło, cienkie folie) najlepiej mierzy się pirometrami o określonej długości fali pomiarowej. 10% 8 – 14 µm

8%

5 µm 6%

2.2 µm 3.9 µm

4% 1 µm 2% 0

500

1000

1500

2000

2500

Temperature in °C

Błąd pomiaru dla różnych długości fal pomiarowych przy 10% błędzie nastawy współczynnika emisyjności

Kolejnym, dość częstym błędem pomiarów bezdotykowych jest złe określenie wielkości pola pomiarowego. Problem ten dotyczy zwłaszcza pirometrów przenośnych wyposażonych w celownik laserowy, który czasami jest utożsamiany z polem pomiarowym. Pirometry jednobarwowe zawsze wskazują średnią temperaturę dla całego swojego pola pomiarowego określonego rozdzielczością optyczną. Rzadko pole pomiarowe można jednoznacznie zdefiniować prostą zależnością jako stosunek odległości od soczewki i średnicy pola dla tej odległości, np. 50:1, co oznacza średnicę 1 cm przy odległości 50 cm. Współczynnik ten odnosi się do określonego zakresu odległości, a dokładna wielkość pola pomiarowego przedstawiana

bardzo dobrze

minimalnie

obiekt większy od pola pomiaru

obiekt i pole pomiaru takie same

błędnie

czujnik

obiekt mniejszy od pola pomiaru

Montaż pirometru

3000


jest tylko w instrukcjach obsługi i kartach katalogowych. Warto pamiętać, że specyfikacje rozdzielczości optycznej sporządzane są zwykle przy założeniu 90 % energii docierającej do detektora pirometru. Znaczy to mniej więcej tyle, że sam wynik wyliczany przez pirometr uwzględnia nieco większą powierzchnię niż wynika to ściśle ze specyfikacji optycznej. Wybierając miejsce montażu warto kierować się przedstawionym schematem. Zasada ta nie dotyczy pirometrów dwu- i wielobarwowych, które wskazują najwyższą temperaturę w całym swoim polu widzenia. Pirometry dwubarwowe mają także inne zalety zmniejszające błąd pomiaru, np. w przypadku zmiennego w trakcie procesu współczynnika emisyjności, wyższego zapylenia atmosfery lub zabrudzenia soczewki, ale to osobny temat. Mając na uwadze rozdzielczość optyczną trzeba też zachować ostrożność w pomiarach przez różnego typu otwory i wzierniki, zwłaszcza jeśli są one znacznie cieplejsze od samego obiektu. Stosowanie chłodzonych rur wziernikowych nie zawsze jest możliwe i opłacalne dlatego

Raytek

T RIRAT LT

Temperatura

Measurement uncertainty 2 s

- 49,9 °C

0,11 K

- 20,0 °C

0,08 K

0,0 °C

0,07 K

25,1 °C

0,07 K

50,1 °C

0,07 K

100,0 °C

0,08 K

150,0 °C

0,17 K

200,0 °C

0,18 K

250,0 °C

0,20 K

270,0 °C

0,21 K

Błąd pomiaru pirometru wzorcowego Trirat LT

sugeruje się zostawienie przynajmniej dwa razy większego otworu pomiarowego niż wynika to ze specyfikacji optycznej pirometru. Mówiąc o dokładności pomiarów pirometrycznych warto wspomnieć

o modelach specjalnych, których niepewność pomiaru jest bardzo mała i które mogą pełnić rolę pirometrów wzorcowych. Przykładem takiego pirometru jest model Trirat firmy Raytek dostępny w wersji LT o zakresie -50..300 °C oraz MT o zakresie 200..800 °C. Niepewność pomiaru tego pirometru względem wzorcowego ciała doskonale czarnego przedstawia tabelka. Należy też pamiętać, że podzespoły elektroniczne pirometrów ulegają starzeniu jak wszystkie inne i raz na dwa lata warto sprawdzić poprawność wskazań tych urządzeń w laboratorium. Przedstawione aspekty dokładności bezdotykowego pomiaru temperatury nie pokrywają w całości, ani nawet w połowie tego zagadnienia. Więcej informacji można znaleźć w publikacji IR  Theory Booklet firmy Raytek, do pobrania ze strony www.irtech.pl.

IRTECH ul. Wyżynna 8 H, 30-617 Kraków tel.: 12 267 37 74, 12 266 67 50 e-mail: info@irtech.com.pl www.irtech.pl

REKLAMA

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

45


Temat numeru      czujniki do pomiarów bezdotykowych

Niezawodność pomiaru poziomu w trudnych warunkach środowiskowych Dokonując wyboru właściwego czujnika do detekcji i pomiaru poziomu materiałów sypkich w zbiornikach, często stajemy przed problemem eliminacji wpływu zakłóceń powstających w trakcie eksploatacji, a szczególnie podczas ich zasypu. W wielu przypadkach klient decyduje się na zastosowanie kosztownych rozwiązań, np. sond radarowych. Okazuje się, że tego typu urządzenia nie muszą być jedynym rozwiązaniem w środowisku o dużym zapyleniu lub natężeniu decybeli. Pewność detekcji może również zapewnić dużo tańszy czujnik ultradźwiękowy! Należy jednak zwrócić uwagę

Oferta firmy Sels, która dostarcza klientom czujniki indukcyjne i pojemnościowe od ponad 29 lat, została poszerzona o zaawansowane technicznie czujniki ultradźwiękowe amerykańskiej firmy Senix. W krótkim czasie urządzenia te znalazły zastosowanie w wielu aplikacjach, w których dotychczas raczej nie wykorzystywano czujników ultradźwiękowych. Poniżej pozwolimy sobie przedstawić przykładowe rozwiązania zaprojektowane przez naszych inżynierów. Jeden z największych producentów kostki brukowej w Polsce od dłuższego czasu poszukiwał ekonomicznego rozwiązania pomiaru poziomu kruszywa w metalowych zbiornikach o wysokości 8 m. Problemem było nie tylko

46

Promocja

zapylenie powstające podczas zasypu, ale również hałas spowodowany uderzeniami w metalowe ściany zbiornika. Rozważane było zastosowanie czujnika radarowego, który prawdopodobnie spełniłby oczekiwania, ale przy dużej liczbie zbiorników inwestycja zrobiła się zbyt kosztowna. Bazując na naszym doświadczeniu, przeprowadziliśmy testy z wykorzystaniem czujnika ultradźwiękowego firmy Senix typu TSPC21S. W początkowej fazie istniały wątpliwości co do stabilności pracy czujnika ultradźwiękowego oraz obawa przed zanikami detekcji. Jednak wykorzystując możliwości programowe czujnika, okazało się, że doskonale sprawdził się on zarówno pod względem niezawodności,

jak i ciągłości detekcji oraz dokładności pomiaru poziomu kruszywa w zbiorniku. Czujniki firmy Senix dzięki swoim parametrom technicznym – obudowa ze stali nierdzewnej, IP68 oraz temperatura pracy od –40 do +70 °C, są w czołówce urządzeń instalowanych na zewnątrz obiektów. W wyżej opisanej aplikacji udało się wyeliminować zakłócenia spowodowane zapyleniem poprzez aktywację odpowiednich filtrów oraz wprowadzenie niewielkiej zwłoki czasowej sygnału wyjściowego, natomiast wpływ nadmiernego hałasu przez wprowadzenie odpowiedniego uśredniania próbkowanego sygnału analogowego. Wybór konkretnego modelu czujnika typu TSPC21S podyktowany był wysokością zbiorników. Czujniki te dokonują detekcji i pomiaru w zbiornikach do 15 m. Czujniki firmy Senix mają wiele dodatkowych funkcji, które są przydatne w bardziej skomplikowanych procesach, gdzie wymagana jest archiwizacja odczytów w czasie rzeczywistym, komunikacja Modbus RS-485 lub RS-232, analiza rozkładu błędów odczytu, aktywacja funkcji uzależnień czasowych czy też pełna uniwersalność konfiguracji wyjść z poziomu PC (wybór formatów wyjść: PNP/NPN,

Fot. Sels

na kilka aspektów decydujących o powodzeniu rozwiązania.


analogowe 0–10 V, 0–5 V, 4–20 mA). W ofercie firmy Senix dostępne są również specjalne czujniki serii LVL dedykowane do detekcji i pomiaru materiałów agresywnych chemicznie. Obudowy tych czujników oraz ich czoło wykonane jest z tworzywa Kynar PVDF, odpornego na szereg substancji chemicznych, dzięki czemu mogą być stosowane np.

w elektrociepłowniach czy oczyszczalniach ścieków. Kolejną rozwiązaną przez nas aplikacją, w oparciu o czujniki ultradźwiękowe, jest detekcja poziomu płatków śniadaniowych. W tym przypadku czujnik TSPC30S1, z maksymalną strefą działania 427 cm, dokonuje pomiaru poziomu niejednorodnego materiału, jakim są płatki. Dodatkowym elementem zakłócającym pracę czujnika jest moment zasypu zbiornika. Również w tym przypadku szerokie możliwości programowe czujnika pozwoliły na skuteczne rozwiązanie problemu. Wprowadzając odpowiednio zwłokę czasową, czujnik ignorował moment zasypu i przedstawiał realny poziom w zbiorniku bez potrzeby stosowania innych urządzeń. Dodatkowo, wykorzystując komunikację RS-485 czujnika z panelem operatorskim otrzymujemy pełną wizualizację pracy wielu zbiorników, na których zostały zainstalowane czujniki ultradźwiękowe. Serie czujników TSPC i LVL od momentu wprowadzenia ich na rynek polski cieszą się dużą popularnością i znajdują zastosowanie w wielu projektach. Do mniej złożonych aplikacji proponujemy klientom zastosowanie

prostszych wersji czujników firmy Micro Detectors lub Sensopart. Nasi inżynierowie, w oparciu o wieloletnie doświadczenie, zaproponują optymalne rozwiązania, które zadowolą wymagania stawiane zarówno przez konstruktorów maszyn, jak i przeznaczone do inwestycji przemysłowych. Reasumując, czujniki ultradźwiękowe Senix oprócz typowych walorów pomiarowych skupiają w sobie duże możliwości programowe i predysponują je do pracy w trudnych warunkach środowiskowych. W celu zapoznania się ze szczegółami oraz pełną ofertą firmy zapraszamy Państwa na stronę www.sels.pl. inż. Adam Osipowski SELS Sp. z o.o. sp.k. www.sels.pl

Fot. Sels

REKLAMA

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

47


Aplikacje       Aplikacje      przemysł drzewny

Modernizacja układów wentylatorowych procesów odpylania Firma Danfoss należy do liderów branży napędowej, a nazwa VLT od lat kojarzona jest z przetwornicami częstotliwości i softstartami o najlepszych parametrach technicznych, najwyższej niezawodności i funkcjonalności. Urządzenia te pracują na całym świecie. Danfoss oferuje najbardziej

HDF, blatów kuchennych, folii finish, filmów oraz żywic dla meblarstwa. Nowoczesne wzornictwo, szeroki wybór elementów dekoracyjnych i przede wszystkim sprawdzona technologia produkcji gwarantują produkty o wysokiej jakości. Aby sprostać wciąż rosnącym wymaganiom technologicznym – przy zachowaniu, a nawet zwiększeniu wydajności – konieczne są nowe inwestycje w innowacyjne rozwiązania techniczne, pozwalające na ciągłą optymalizację produkcji i szukanie oszczędności. Dlatego w zakładach grupy Pfleiderer stale podejmowane są inicjatywy, mające na celu modernizację linii produkcyjnych oraz zmniejszanie zużycia energii elektrycznej i  innych mediów. Niezwykle istotnym aspektem działalności grupy

jest także dbałość o środowisko naturalne. Pfleiderer konsekwentnie podejmuje szereg docenianych w branży przedsięwzięć i  inwestycji zgodnych z  ideą zrównoważonego rozwoju. Firma uzyskała certyfikat FSC (Forest Stewardship Council) – jeden z najważniejszych w  Europie dokumentów świadczących o  proekologicznym zarządzaniu surowcem drzewnym. Ważniejsze inicjatywy firmy to modernizacje w  układach sterowania pracą trójfazowych silników asynchronicznych napędzających wentylatory. Wdrożono je w  pierwszej połowie 2012 r. Wprowadzone zmiany usprawniły układy odpylania, które są niezwykle istotne w  technologii przetwórstwa drzewnego. Ideą tych modyfikacji było

rozległą sieć doświadczonych specjalistów i partnerów z zakresu

Firma Elmark Jędrzejewska z siedzibą w  Olsztynie to wieloletni dystrybutor produktów Danfoss oraz partner handlowy. Dostawca komponentów automatyki i  elektrotechniki do grupy Pfleiderer Grajewo ma na swoim koncie liczne wdrożenia energooszczędnych układów napędowych. Przedsiębiorstwo płyt wiórowych Pfleiderer Grajewo to jeden z zakładów produkcyjnych grupy Pfleiderer Grajewo – czołowego producenta płyt drewnopochodnych. Spółka ma ugruntowaną pozycję na rynkach Europy Środkowo-Wschodniej. Najważniejszym odbiorcą jej produktów jest branża meblarska, do której trafia prawie 100 % sprzedaży. Zakład Pfleiderer Grajewo znaczną część produkcji eksportuje, głównie na rynki wschodnie. Spółki tej grupy specjalizują się w  produkcji płyt meblowych surowych, laminowanych i  oklejanych, surowych i  lakierowanych płyt

48

Promocja

VLT HVAC Drive FC100: nazwa VLT od lat określa przetwornice częstotliwości o najlepszych parametrach technicznych, najwyższej niezawodności i funkcjonalności

Fot. Danfoss, Pfleiderer

techniki napędowej.


Fot. Danfoss, Pfleiderer

Wdrożenie wykonane przez Elmark Jędrzejewska: napędy Danfoss w układzie odpylania przy produkcji płyt wiórowych w zakładzie Pfleiderer Grajewo SA

uzyskanie większej wydajności procesu lub jego optymalizacja dla zminimalizowania zużycia energii. Modernizacje przeprowadzono poprzez zastosowanie przetwornic częstotliwości do sterowania prędkością obrotową silników. Szukano urządzeń renomowanych producentów, dedykowanych do układów wentylatorowych, z funkcjami zapewniającymi m.in. optymalizację sterowania, zabezpieczenie przetwornicy i  napędu, monitorowanie zużycia energii. Do ważnych czynników wpływających na wybór oferty należały też dostępność serwisu w  Polsce i  pełne wsparcie techniczne producenta. Po analizie oferty rynkowej zdecydowano się na przetwornice serii VLT HVAC Drive FC100 firmy Danfoss. Poza spełnieniem wszystkich wymagań technicznych również oferta cenowa na przetwornice 55 kW i  75 kW okazała się bardzo atrakcyjna. Jedna z  modernizacji miała na celu podniesienie wydajności procesu odpylania w  urządzeniach stacji formujących (wentylator osiowy). Cel osiągnięto dzięki zastosowaniu falownika  FC102 o mocy 55 kW w układzie napędowym, którego silnik przed modernizacją zasilany był przez układ rozruchowy gwiazda/trójkąt. Pozwoliło to na zwiększenie liczby obrotów silnika z  1440 obr./min do ok. 1550 obr./min. W efekcie znacznie wzrosła wydajność wentylatora, a co za tym idzie – całego układu odpylania. Druga wdrożona aplikacja służyła zminimalizowaniu zużycia energii w układzie odpylania trzech skrawarek

pierścieniowych do zrębek drzewnych przez optymalizację pracy wentylatorów. Przed modernizacją system odpylania pracował z wydajnością stałą, niezależną od konfiguracji pracy i  chwilowego wykorzystania trzech maszyn. Po jej przeprowadzeniu wydajność wentylatorów wyciągowych jest regulowana w  zależności od pracy poszczególnych skrawarek, a więc dopasowana do chwilowego zapotrzebowania. Dało to, w  porównaniu ze stanem sprzed modernizacji, nawet do 30 % oszczędności energii elektrycznej zużywanej przez system odpylania. W  tym przypadku wykorzystano przetwornicę  FC102 o mocy 75 kW. W kontekście omówionych modernizacji warto jeszcze wspomnieć o  kilku bardzo istotnych, dodatkowych funkcjach przetwornicy częstotliwości Danfoss serii VLT HVAC Drive FC100.

Automatyczna optymalizacja zużycia energii AEO Standardowa funkcja zapewniająca optymalne magnesowanie silnika przy dowolnej prędkości i w każdych warunkach obciążeniowych. Przy częściowym obciążeniu (poniżej nominalnego) AEO zapewnia dodatkowe oszczędności zużycia energii rzędu 5–15 %.

zapewniając maksymalną sprawność oraz trwałość. • Tryb zachowania czystości wewnątrz przetwornicy – wdmuchiwane przez wentylator chłodne powietrze przepływa wyłącznie przez radiator, kanał przelotu powietrza można łatwo czyścić bez konieczności ingerencji w podzespoły elektroniczne.

Kompensacja przepływu Funkcja kompensacji przepływu zapewnia znaczącą redukcję zużycia energii i kosztów instalacji. Ma ona zastosowanie zarówno w  układach pompowych, jak i układach wentylatorowych. Przetwornice do Pfleiderer Grajewo dostarczyła firma Elmark Jędrzejewska z  Olsztyna. Montażu i  uruchomienia urządzeń dokonali we własnym zakresie doskonale wykwalifikowani pracownicy służb technicznych firmy Pfleiderer z Grajewa. Więcej informacji na temat bogatej funkcjonalności i  możliwych korzyści, jakie daje zastosowanie przetwornic częstotliwości firmy Danfoss, nie tylko w układach wentylatorowych i pompowych, znaleźć można na stronie producenta www.danfoss.pl/napedy.

ELMARK sp.j. Jędrzejewska

Inteligentne zarządzanie chłodzeniem przetwornicy

ul. Lubelska 45, 10-410 Olsztyn tel. 89 537 66 00

• Tryb temperatura otoczenia do 50 °C – VLT  HVAC  Drive pracuje niezawodnie z nominalnymi parametrami w  temperaturze do 50 °C,

e-mail: firma@elmarkasp.pl www.elmarkasp.pl Danfoss VLT Drives Partner www.danfoss.pl/napedy

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

49


Aplikacje      Przemysł Wydobywczy

Modernizacja zakładu produkcji kruszyw SKSM Suwałki zrealizowanych w 2012 r. przez spółkę Automatyka-Pomiary -Sterowanie (APS) była modernizacja zakładu kruszyw Suwalskie Kopalnie Surowców Mineralnych (SKSM) Suwałki. Zmodernizowano układy sterowania i automatyki, opomiarowania oraz monitoringu i wizualizacji procesu technologicznego produkcji kruszyw.

Przenośnik PT-14A, wylot przesiewacza S-9 – część produkcyjna węzła kruszyw budowlanych

50

Promocja

W kwietniu 2012 r. spółka APS rozpoczęła realizację umowy zawartej z zakładem SKSM, polegającej na modernizacji układów sterowania i automatyki instalacji produkcji kruszyw. Zakres umowy obejmował: • dostawę aparatury kontrolnej, pomiarowej i okablowania; • częściowy demontaż istniejących układów automatyki zabezpieczeniowej i przeróbki w rozdzielniach SO-1, SO-2, SO-3, SO-4, SO-7, SO-8, R1/1, R1/2, R4/1, R4/2, R4/3, E1/1; • realizację projektu elektrycznego układów sterowania, opomiarowania oraz instalacji kamer przemysłowych na terenie zakładu; • montaż i okablowanie docelowych układów automatyki i sterowania zgodnie z wykonanym projektem; • wykonanie instalacji kamer przemysłowych (wraz z kamerami obrotowymi w liczbie trzech sztuk i sterowaniem do nich, oraz dwanaście kamer stacjonarnych); • wykonanie pomiarów kontrolnych po montażu całości instalacji; • realizację systemu sterowania opartego na sterowniku Siemens ET 200S z pięcioma kasetami oddalonych wejść/wyjść oraz sterowniku Siemens S7-1200; • realizację systemu wizualizacji procesu technologicznego produkcji kruszyw drogowych, budowlanych oraz instalacji wydobycia kruszyw (kopalin) opartego na systemie Asix firmy Askom; • realizację układów automatyki uruchomieniowej (sekwencji uruchamiania) oraz zabezpieczeniowej; • realizację systemu raportowania i rozliczenia energii elektrycznej zakładu z podziałem na węzły technologiczne; • realizację systemu raportowania o wielkości produkcji kruszyw (podłączenie sześciu wag taśmowych do systemu komputerowego za pomocą programu firmy Tamtron, w tym

Przenośniki PT-13, PT-14, PT-15, PT-16, PT-17, PT-18 w SKSM Suwałki – część instalacji kruszyw budowlanych i przeładunku kruszyw drogowych

podłączenie wagi części kopalnianej za pomocą anteny kierunkowej WiFi Ubiquiti NanoBridge M5); • uruchomienie, sprawdzenie i testy układów automatyki i sterowania całej instalacji technologicznej; • szkolenie pracowników obsługi; • wykonanie dokumentacji powykonawczej. Ze względu na konieczność zapewnienia ciągłości produkcji większość prac prowadzono przy pracującej instalacji, a zatrzymywanie jej części było możliwe tylko tymczasowo. Sterowanie wszystkimi napędami przenośników, kruszarek, przesiewaczy czy pomp oraz zabezpieczenia i blokady przed modernizacją odbywało się elektrycznie. Po wdrożeniu inwestycji przez spółkę APS układy sterowania i automatyka zabezpieczeniowa realizowane są przez sterownik PLC. Pozostawiono możliwość sterowania urządzeniami z pulpitów lokalnych. Założeniem jest jednak w pełni zintegrowane sterowanie z wykorzystaniem systemu komputerowego. Automatyka instalacji SKSM Suwałki podzielona jest na węzły technologiczne. W jej skład wchodzą:

Fot. APS

Jedną z większych inwestycji

C

M

Y

CM

MY

CY

CMY

K


Fot. APS

• węzeł kruszyw budowlanych – produkcja kruszyw dedykowanych do przemysłu budowlanego, • węzeł kruszyw drogowych – produkcja kruszyw dedykowanych do budowy dróg i autostrad, • węzły przeładunkowe – wewnętrzne instalacje służące do transportu kruszyw na terenie zakładu, • węzeł wydobywczy – instalacja części kopalnianej, w której skład wchodzi koparka kruszywa i część przerobowa z węzłem sortowni wstępnej, przygotowująca kruszywa do dalszej obróbki, • węzeł wzbogacania kruszywa, • węzeł podbudowy. Poszczególne węzły mogą być uruchamiane na kilka sposobów. W przypadku każdego z nich blokady i zabezpieczenia technologiczne są aktywne. Załączenia można dokonać przez włączenie poszczególnych napędów lokalnie bądź z poziomu systemu komputerowego. W niektórych przypadkach (np. węzeł kruszyw budowlanych) jest możliwe automatyczne (sekwencyjne) uruchomienie całego węzła. Operator musi wówczas jedynie wcisnąć „Start„ sekwencji, po czym automatycznie załączane są kolejne urządzenia wchodzące w skład węzła. W przypadku, gdy dany węzeł ma kilka możliwości (dróg) uruchomienia, operator może wybrać urządzenia, które mają być uruchomione w sekwencji. Zrealizowano również tryb remontowy, w którym uruchomienie lokalnie

Maska technologiczna instalacji kruszyw budowlanych

któregokolwiek z napędów powoduje, że zabezpieczenia i blokady są świadomie wyłączane przez operatora. Tryb ten jest stosowany jedynie do sprawdzania urządzenia po przeglądach lub remoncie. Spółka APS oferuje kompleksowe usługi z dziedziny automatyki przemysłowej i branży elektrycznej, począwszy od projektu, przez produkt, po wdrożenie i serwis. Firma świadczy również usługi pomiarowe i prowadzi bezpośrednią sprzedaż urządzeń automatyki przemysłowej. APS SA zaliczane jest do grupy najbardziej prężnych w tej branży na terenie Polski.

Firma powstała w 1994 r. w wyniku restrukturyzacji Elektrociepłowni Białystok, która do dzisiaj jest jednym z jej głównych klientów. APS od szeregu lat wdraża tam nowoczesne systemy automatyki przemysłowej i prowadzi kompleksową eksploatację układów automatyki.

mgr inż. Tomasz Sołbut AUTOMATYKA-POMIARY-STEROWANIE SA 15-257 Białystok, ul. A. Mickiewicza 95 F tel. 85 748 34 00, 85 748 34 03 fax 85 748 34 19

REKLAMA

C

M

Y

CM

MY

CY

CMY

K

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

51


automatyka      Sterowniki PLC

Programowanie sterowników PLC zgodnie z normą IEC 61131-3. Część 1 cykl poświęcony programowaniu sterowników PLC. Większość producentów sterowników oferuje dedykowane narzędzia programistyczne, zawierające często specyficzne rozwiązania. Celem cyklu jest przedstawienie zagadnienia w sposób możliwie uniwersalny. Cykl artykułów nie odnosi się do żadnego konkretnego typu PLC, natomiast wszędzie tam, gdzie jest potrzebne podejście formalne, jest zgodny z wymaganiami normy IEC 61131-3, pełniącej rolę wyznacznika zarówno dla programistów, jak i producentów środowisk do programowania PLC.

C

elem artykułu jest przedstawienie możliwie dużej części zagadnień w formie przykładów. Większość z nich została opracowana i sprawdzona w środowisku CoDeSys, stosunkowo wiernie implementującym zalecenia normy IEC 61131-3. Jest ono dostępne bezpłatnie, a do uruchomienia programów zaimplementowano tzw. software’owy sterownik czasu rzeczywistego przeznaczony do instalacji na komputerze klasy PC (którego wersja

52

Fot. 1. Szafa sterownicza z przekaźnikami

demonstracyjna również jest dostępna za darmo). Więcej informacji oraz oprogramowanie można znaleźć na stronie www.codesys.com.

Trochę historii Historia programowalnego sterownika logicznego sięga końca lat 60. ubiegłego wieku. Systemy sterowania w większości bazowały wówczas na elementach elektromechanicznych, tj. różnego rodzaju przekaźnikach (fot. 1). W praktyce oznaczało to nieraz długie ciągi szaf wypełnionych po brzegi przekaźnikami i łączącymi je przewodami. Były to rozwiązania mało elastyczne i uciążliwe w utrzymaniu. W przypadku tych najbardziej złożonych trzeba było nieraz godzin, żeby znaleźć usterkę, której usunięcie zajmowało kilka minut. A usterki nie były rzadkością. W przekaźnikowych układach sterowania występowały takie problemy, jak różne czasy propagacji poszczególnych elementów, drgania styków czy ich nierówne zużywanie się. Taki stan rzeczy nie zadowalał inżynierów z GM Hydramatic (działu General Motors zajmującego się automatycznymi skrzyniami biegów). Aby to zmienić, opracowali oni i zaprezentowali wytyczne dla nowego rodzaju systemu sterowania. W odróżnieniu od tradycyjnych układów przekaźnikowych miał się on cechować prostotą programowania i możliwością łatwych zmian algorytmu sterowania, adekwatnie do zmieniających się warunków pracy. Rozwiązanie to miało być również bardziej

niezawodne, a w razie awarii umożliwiać szybkie naprawy dzięki modułowej konstrukcji. Oczywiście układ ten musiał być też przystosowany do ciągłej pracy w warunkach przemysłowych. Budowę prototypów zlecono czterem firmom: Allen-Bradley, Digital Equipment Corporation, Century Detroit oraz Bedford Associates. W tym czasie (to jest od 1968 r.) w tej ostatniej trwały już prace nad podobnym urządzeniem, nazwanym roboczo „084” (jako że był to 84. projekt tej firmy). Inżynierowie zaangażowani w ten projekt, między innymi Richard E. Morley (nazywany dzisiaj ojcem sterowników programowalnych), utworzyli firmę Modicon (skrót od MOdular DIgital CONtroller – modułowy kontroler cyfrowy) i w 1969 r. na bazie modelu 084 zbudowali sterownik programowalny Modicon 084, który wygrał rywalizację (fot. 2). Prawdziwym sukcesem okazał się jednak kolejny model opracowany w 1973 r. – Modicon 184. Dzisiaj marka Modicon jest własnością firmy Schneider Electric. Określenie PLC (ang. Programmable Logic Controller, Programowalny Sterownik Logiczny) pojawiło się po raz pierwszy w 1971 r.; kiedy to firma Allen-Bradley (obecnie część koncernu Rockwell Automation) użyła go w nazwie jednego ze swoich pierw-

Fot. 2. Modicon 084

Fot. archiwum autora

Niniejszym artykułem rozpoczynamy


szych urządzeń tego typu („Bulletin 1774 PLC”). Sterowniki programowalne, początkowo stosowane w przemyśle samochodowym, bardzo szybko przyjęły się również w innych gałęziach przemysłu. Co ciekawe, na niekorzyść sterownika programowalnego działało kojarzenie go z komputerami, które w tamtych czasach pozostawiały wiele do życzenia w kwestii niezawodności. W 1976 r. po raz pierwszy zastosowano sterowniki wyposażone w zdalne kasety wejść/wyjść, a rok później firma Allen-Bradley jako pierwsza zastosowała w sterownikach mikroprocesor 8080 z wykorzystaniem dodatkowego koprocesora dla operacji bitowych. Rynek sterowników przeżył gwałtowny rozkwit w pierwszej połowie lat 80., wówczas japońscy producenci wprowadzili małe tanie sterowniki o rozbudowanych możliwościach. Kolejnym impulsem był rozwój komputerów typu PC i powstanie oprogramowania typu SCADA przeznaczonego do sterowania nadrzędnego i zbierania danych. Równolegle z rozwojem sterowników programowalnych rozwijano też ich oprogramowanie. Pierwsze modele (np. wspomniany Modicon 084) programowane były jedynie w języku drabinkowym (będącym dziedzictwem po schematach elektrycznych układów przekaźnikowych), i to wyłącznie z użyciem podstawowych funkcji logicznych. Zastępowały w ten sposób przekaźnikowe systemy sterowania, ale nie rozszerzały ich możliwości. Potem zaczęto wzbogacać zbiór funkcji o proste operacje matematyczne, a później i inne, bardziej złożone (regulatory PID, sterowanie silnikami, komunikację). Dzisiejsze sterowniki integrują w sobie funkcje procesowe, a nawet zaawansowane funkcje sterowania ruchem (Motion Control). Pojawiły się też kolejne języki programowania, specjalizowane do rozwiązywania określonych rodzajów problemów.

Fot. archiwum autora

Podstawowe cechy sterowników programowalnych PLC Pomimo dużej różnorodności konstrukcji można określić uniwersalną strukturę funkcjonalną cechującą wszystkie sterowniki programowalne (rys. 1). Ich głównym zadaniem jest przetwarzanie sygnałów ze sterowanego obiektu (maszyny czy procesu) oraz poleceń otrzymanych z poziomu interfejsu operatora (HMI) lub z innego systemu za pośrednictwem magistrali komunikacyjnej. Przetwarzanie danych zapisanych

Rys. 1. Struktura funkcjonalna sterownika PLC

w pamięci odbywa się w programie pracującym pod kontrolą systemu operacyjnego. Wypracowane wyniki są przekazywane do sterowanego obiektu za pomocą układów wykonawczych. Struktura funkcjonalna sterownika programowalnego została szczegółowo opisana w normie IEC 61131-1. Realizacja sprzętowa zwykle wygląda tak, że za przetwarzanie sygnałów odpowiada centralna jednostka przetwarzająca CPU (ang. Central Processing Unit), w skład której wchodzi procesor wraz z pamięcią, w której przechowywane jest oprogramowanie systemowe oraz program i dane użytkownika. Programowanie sterownika (za pomocą programatora lub komputera PC) umożliwia interfejs komunikacyjny. Połączenie sterownika z obiektem, którym ma sterować, zapewnia układ wejściowy-wyjściowy, do którego mogą być podłączane czujniki (sensory) i urządzenia wykonawcze (aktuatory) komunikujące się za pomocą sygnałów cyfrowych i analogowych. Podstawowe elementy mogą w razie potrzeby być uzupełnione o dodatkowe (na przykład interfejsy sieciowe, umożliwiające komunikację z innymi urządzeniami). Działanie wszystkich tych elementów zapewnia zasilacz. Ze względu na budowę sterowniki programowalne można podzielić na

dwa zasadnicze typy: modułowe oraz kompaktowe. W sterownikach kompaktowych podstawowe elementy znajdują się w jednej obudowie, w sterownikach modułowych zrealizowane są w postaci odrębnych konstrukcyjnie elementów (np. moduł zasilacza, moduł procesora, moduły wejściowe i wyjściowe). Sterowniki kompaktowe mogą być rozszerzane o dodatkowe moduły, ale zwykle nie są one niezbędne do pracy (w odróżnieniu od sterowników modułowych, których uruchomienie, np. bez modułu zasilacza nie jest możliwe). Kolejną cechą charakterystyczną dla sterowników programowalnych jest ściśle określony sposób działania. Po uruchomieniu następuje inicjalizacja i przejście do pracy cyklicznej. Pojedynczy cykl (zwany potocznie skanem) obejmuje odczyt wejść, wykonanie programu, zapis wyjść oraz diagnostykę i komunikację (w tym z programatorem). Sygnały wejściowe i wyjściowe nie są przetwarzane bezpośrednio (z pewnymi wyjątkami), ale zapisywane w specjalnej pamięci zwanej obrazem wejść i wyjść. Gwarantuje to niezmienność wejść w trakcie pojedynczego cyklu i jednoczesne wysterowanie wyjść po jego zakończeniu. Cykl pracy sterownika PLC został przedstawiony na rys. 2.

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

53


automatyka      Sterowniki PLC

przemysłowych, gdzie duży nacisk kładzie się na niezawodność i szybkość usuwania awarii, możliwość szybkiej analizy i modyfikacji programu bywa niezwykle przydatna.

Norma IEC 61131

Rys. 2. Cykl pracy sterownika PLC

Istotną cechą PLC jest sposób ich programowania. Wynika on po części ze sposobu działania sterownika (na przykład struktura pamięci z wyróżnionym obszarem wejść i wyjść), po części z konieczności zapewnienia przejrzystości i względnej prostoty (co zapewniają między innymi graficzne języki programowania). W warunkach

Jak wspomniano, jedną z głównych zalet sterowników programowalnych, która zadecydowała o ich sukcesie rynkowym, była możliwość szybkiej i stosunkowo łatwej modyfikacji algorytmu sterowania realizowanego z ich użyciem. Jednak w przypadku konieczności wymiany samego sterownika sprawa się komplikowała. Przyczyniali się do tego producenci, z których każdy tworzył swoje własne narzędzia do programowania i diagnostyki, używając odmiennej składni języka i innego zestawu funkcji. Powodowało to trudności przy wymianie sterownika na inny i znacząco ograniczało możliwości łatwego przenoszenia programów pomiędzy nimi.

Prace nad rozwiązaniem tego problemu rozpoczęła w latach 90. ubiegłego wieku Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna (International Electrotechnical Commission, w skrócie IEC). Jej rezultatem jest specyfikacja własności funkcjonalnych i eksploatacyjnych sterowników programowalnych zawarta w normie IEC 61131. Poszczególne części tej normy wraz z opisem ich zawartości zestawiono w tab.1.

Model oprogramowania i przepływu danych Spośród wszystkich części normy IEC 61131 największe znaczenie dla sposobu programowania sterowników PLC ma część trzecia. Elementy oprogramowania w niej opisane oraz relacje między nimi można zobrazować za pomocą tzw. modelu oprogramowania (rys. 3). Najwyższy poziom tego modelu KONFIGURACJA (ang. CONFIGURATION), jest zbiorem wszystkich elementów koniecznych do rozwiązania

Tab. 1. Standard IEC 61131

Oznaczenie

Edycja

Tytuł

Streszczenie

2.0 (2003-05)

Programmable controllers – Part 1: General information

Zawiera ogólne definicje i typowe właściwości funkcjonalne sterowników programowalnych odróżniające je od innych systemów, takie jak cykliczne przetwarzanie programu w oparciu o obraz wejść i wyjść czy przydział czasu pracy na komunikację z programatorem.

IEC 61131-2

3.0 (2007-07)

Programmable controllers – Part 2: Equipment requirements and tests

Zawiera elektryczne, mechaniczne i funkcjonalne wymagania dla sterowników oraz ich urządzeń peryferyjnych wraz z opisem metod ich badania. Opisuje warunki użytkowania, przechowywania i transportu. Określa także warunki środowiskowe (temperatura, wilgotność powietrza itp.) oraz przedstawia klasyfikację sterowników i narzędzi programowania.

IEC 61131-3

2.0 (2003-01)

Programmable controllers – Part 3: Programming languages

Stanowi opis formalny zharmonizowanego i zorientowanego przyszłościowo systemu opartego na modelu programowym i komunikacyjnym. Zawiera również ujednoliconą specyfikację języków programowania z ich podziałem na graficzne i tekstowe oraz specyfikację elementów konfiguracyjnych.

IEC 61131-1

IEC/TR 61131-4

2.0 (2004-07)

Programmable controllers – Part 4: User guidelines

Jest to rodzaj przewodnika dla użytkowników sterowników programowalnych, którego zadaniem jest wspomóc ich we wszystkich fazach projektowania systemu automatyki. Zawiera praktyczne informacje i wskazówki, zaczynając od analizy systemu i wyboru sprzętu, a kończąc na zastosowaniach i konserwacji.

IEC 61131-5

1.0 (2000-11)

Programmable controllers – Part 5: Communications

Specyfikuje zasady komunikacji pomiędzy sterownikami programowalnymi oraz innymi urządzeniami, w tym usługi, które udostępnia sterownik i które powinny być mu udostępniane przez inne urządzenia.

IEC 61131-6

1.0 (2012-10)

Programmable controllers – Part 6: Functional safety

IEC 61131-7

1.0 (2000-08)

Programmable controllers – Part 7: Fuzzy control programming

Definiuje język do programowania aplikacji wykorzystujących sterowanie rozmyte (ang. Fuzzy Control).

2.0 (2003-09)

Programmable controllers – Part 8: Guidelines for the application and implementation of programming languages

Zawiera wskazówki dotyczące zastosowania i implementacji języków programowania opisanych w IEC 61131-3.

IEC/TR 61131-8

54

Określa wymagania dla sterowników programowalnych i powiązanych urządzeń peryferyjnych, które mają być zastosowane jako elementy systemu bezpieczeństwa.


Rys. 3. Model oprogramowania

Rys. 4. Wymiana danych w obrębie programu Rys. 5. Wymiana danych za pomocą zmiennych globalnych

Rys. 6 Wymiana danych z użyciem bloków funkcyjnych

Rys. 7. Wymiana danych z użyciem ścieżek dostępu

konkretnego problemu sterowania. W skład konfiguracji może wchodzić jeden lub więcej ZASOBÓW (ang. RESOURCE). Zasoby są elementami modelu, które przetwarzają ZADANIA (ang. TASK). Zadanie natomiast kontroluje wykonywanie poszczególnych modułów programu nazywanych też JEDNOSTKAMI ORGANIZACYJNYMI PROGRAMU (ang. PROGRAM ORGANIZATION UNIT, w skrócie POU). Jednostką wywoływaną przez zadanie może być PROGRAM lub BLOK FUNKCYJNY (ang. FUNCTION BLOCK, FB) utworzone z użyciem jednego z języków programowania opisanego w normie IEC 61131-3. Zadanie może być wykonywane cyklicznie lub po wystąpieniu określonego zdarzenia. Wreszcie w ramach programu wykonywane mogą być dowolne inne jednostki organizacyjne, tj. oprócz wspomnianych już programów i bloków funkcyjnych także FUNKCJE (ang. FUNCTION, FC). Podstawowym elementem służącym przechowywaniu danych jest w opisywanym modelu ZMIENNA (ang. VARIABLE). Zmienne (na rys. 3 oznaczone pustymi prostokącikami) stanowią reprezentację danych na poziomie programu, bloku funkcyjnego lub funkcji, ale elementami modelu programowego są również ZMIENNE GLOBALNE (ang. GLOBAL VARIABLES), przechowujące dane wspólne w obrębie całej konfiguracji. ŚCIEŻKI DOSTĘPU (ang. ACCESS PATHS) umożliwiają natomiast udostępnianie tych danych (mechanizm ten został opisany szczegółowo w normie IEC 61131-5). Norma IEC 61131-3 rozróżnia również kilka sposobów wymiany danych między elementami konfiguracji oraz między konfiguracjami. W obrębie pojedynczego programu dane mogą być przekazywane przez bezpośrednie połączenie dwóch elementów programu (rys. 4). Można to zrealizować na przykład łącząc wyjście jednego z nich z wejściem drugiego. Takie połączenie jest często przedstawiane w sposób jawny w graficznych językach programowania. Do wymiany danych pomiędzy programami, w obrębie jednej konfiguracji można natomiast wykorzystać zmienne globalne. Graficzną reprezentację takiego przypadku przedstawia rys. 5. Dane będące wynikiem działania programu, bloku funkcyjnego lub funkcji przekazywane są do zmiennych globalnych, z których mogą być odczytane przez inny program, blok funkcyjny lub funkcję. Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

55


automatyka      Sterowniki PLC

Aby przesyłać dane pomiędzy elementami programów lub pomiędzy programami, w obrębie jednej lub kilku konfiguracji, można użyć dedykowanych bloków funkcyjnych (oznaczonych na rys. 6 jako SEND i RCV). Zazwyczaj jeden z tych bloków odpowiedzialny jest za zapis, a drugi za odczyt danych. Bloki te opisane są szczegółowo w normie IEC 61131-5. Dane do wymiany pomiędzy konfiguracjami mogą być udostępniane również za pomocą ścieżek dostępu wspomnianych wcześniej. W takim wypadku wartość w jednej z konfiguracji przechowywana jest w zmiennej, która następnie jest udostępniana za pomocą ścieżki dostępu, co umożliwia jej odczyt w innej konfiguracji (za pomocą dedykowanego bloku funkcyjnego). Na rys. 7 przedstawiono taki mechanizm wymiany (blok odpowiedzialny za odczyt jest na nim oznaczony jako READ). Narzędzia utworzone w oparciu o opisany model umożliwiają zastosowanie uporządkowanego podejścia podczas tworzenia konfiguracji i programu dla sterownika PLC. Proces ten można zacząć „od góry”, czyli od najbardziej ogólnych zagadnień, rozbijając je następnie na coraz mniejsze elementy, lub „od dołu”, czyli od stworzenia elementarnych modułów,

które potem zostaną połączone w coraz bardziej skomplikowaną całość.

Słowa kluczowe, identyfikatory i inne elementy składni W zależności od zastosowanego narzędzia i języka programowania elementy modelu oprogramowania mogą być tworzone w sposób graficzny lub tekstowy. Producenci sterowników,

Rys. 8. Przykładowe okienko konfiguracyjne (CoDeSys)

Tab. 2. Podstawowe typy danych Słowo kluczowe

Rodzaj danych

Rozmiar (w bitach)

Zakres wartości

Wartość domyślna (początkowa)

BOOL

logiczny typ danych

1

0 (FALSE) 1 (TRUE)

0

SINT

liczba całkowita ze znakiem

8

od -27 do 27-1

0

INT

liczba całkowita ze znakiem

16

od -215 do 215-1

0

DINT

liczba całkowita ze znakiem

32

od -231 do 231-1

0

LINT

liczba całkowita ze znakiem

64

od -263 do 263-1

0

USINT

liczba całkowita bez znaku

8

od 0 do 28-1

0

UINT

liczba całkowita bez znaku

16

od 0 do 216-1

0

UDINT

liczba całkowita bez znaku

32

od 0 do 232-1

0

ULINT

liczba całkowita bez znaku

64

od 0 do 264-1

0

REAL

liczba rzeczywista

32

wg normy IEC 60559

0.0

LREAL

liczba rzeczywista

64

wg normy IEC 60559

0.0

TIME

czas trwania

-

zależny od implementacji

T#0s

DATE

data

-

zależny od implementacji

D#0001-01-01

TIME_OF_DAY TOD

czas

-

zależny od implementacji

TOD#00:00:00

DATE_AND_TIME DT

data i czas

-

zależny od implementacji

DT#0001-01-01-00:00:00

STRING

łańcuch znaków o długości 1 bajta każdy

8

nie dotyczy

¢¢ (pusty łańcuch)

BYTE

łańcuch bitów

8

nie dotyczy

0

WORD

łańcuch bitów

16

nie dotyczy

0

DWORD

łańcuch bitów

32

nie dotyczy

0

LWORD

łańcuch bitów

64

nie dotyczy

0

WSTRING

łańcuch znaków o długości 2 bajtów każdy

16

nie dotyczy

““ (pusty łańcuch)

56


tworząc aplikacje do ich programowania zgodnie z rynkowymi trendami, dążą do minimalizacji wpisywanego tekstu na rzecz okienek konfiguracyjnych czy też tzw. kreatorów (rys. 8). Norma IEC 61131-3 pozwala jednak przedstawić cały wspomniany model w formie tekstowej. W tym celu określony jest zestaw tzw. słów kluczowych. Są to unikalne kombinacje liter, które nie mogą być wykorzystywane w żaden inny sposób (tylko jako wbudowane elementy składni języka). Poszczególne słowa kluczowe będą sukcesywnie omawiane. W przykładach są one wyróżniane kolorem niebieskim. Z kolei elementy tworzone przez programistę (takie jak zmienne czy bloki funkcyjne) mogą być nazywane z użyciem tzw. identyfikatorów. Identyfikator jest dowolnym ciągiem liter, cyfr oraz znaków podkreślenia, zaczynającym się literą lub znakiem podkreślenia i nie będący słowem kluczowym. Norma określa, że przynajmniej sześć pierwszych znaków powinno być znaczące (tj. umożliwiać odróżnienie jednego identyfikatora od drugiego), a wielkość liter nie powinna być rozróżniana. Aby umożliwić dokumentację tworzonego programu, w normie określa się również składnie komentarzy (elementów służących do opisu programu, ale nie wpływających na jego działanie). Powinny być one ograniczone kombinacją znaków: „(*” i „*)”.

Przykład 2 Użyjmy aliasu STR, aby zdefiniować krótszą nazwę dla typu STRING. TYPE STR : STRING; END_TYPE

Innym rodzajem typu pochodnego jest typ wyliczeniowy. Jak sama nazwa wskazuje, powstaje on przez wyliczenie wszystkich możliwych wartości przyjmowanych przez elementy (zmienne) tego typu. Lista wartości oddzielonych przecinkami jest ujęta w nawiasy i może zawierać zarówno liczby, jak i identyfikatory literowe. Ta druga możliwość jest szczególnie przydatna, gdy chcemy poprawić przejrzystość programu.

Przykład 1 Poniżej przedstawiono deklarację zmiennej (struktura takiej deklaracji zostanie opisana dalej). Słowami kluczowymi są w niej: VAR, INT oraz END_VAR oznaczone na niebiesko, identyfikatorem ciąg „Nazwa_zmiennej_1”, natomiast ciągi znaków oznaczonych kolorem zielonym to komentarze ignorowane w procesie kompilacji (przetwarzania programu do postaci wewnętrznych instrukcji sterownika). VAR Nazwa_zmiennej_1 :INT; (* Zmienna przykładowa *) (* Nazwa_zmiennej_1 :BOOL; *) END_VAR Jak widać na powyższym przykładzie komentarze, poza dokumentacją, mogą być również stosowane do wyłączania części kodu programu (np. w celach testowych lub diagnostycznych).

Typy danych Typy danych określają sposób użycia pamięci przez dane w programie PLC. Określając typ przekazuje się kompilatorowi informacje o wielkości, sposobie inicjacji a także operacjach, które można na danych tego typu wykonać co pozwala uniknąć wielu trudnych do wykrycia błędów. Typy danych można podzielić na podstawowe oraz pochodne. Typy podstawowe są wbudowane w środowisko programowania, natomiast typy pochodne tworzone są przez programistę w oparciu o typy podstawowe. Norma IEC 61131-3 definiuje 21 podstawowych typów danych (tab. 2). Typy pochodne powstają z rozwinięcia typów podstawowych lub innych typów pochodnych. W celu utworzenia nowego typu używa się konstrukcji rozpoczynającej się słowem kluczowym TYPE i kończącej słowem kluczowym END_TYPE. Wewnątrz niej znajduje się formalny opis typu zależny od sposobu w jaki jest on tworzony. Najprostszym rodzajem typu pochodnego jest alias, czyli inna nazwa dla już istniejącego typu.

Rys. 9. Zbiornik z mieszadłem

Przykład 3 Załóżmy, że sterujemy procesem mieszania dwóch składników (nazwanych symbolicznie A i B). Są one dozowane z dwóch zbiorników do trzeciego, wyposażonego w mieszadło. Układ ten przedstawia rys. 9. Pierwszym zadaniem będzie utworzenie typu opisującego recepturę, która powinna zawierać proporcje składników, oraz czas i prędkość ich mieszania (wolno, szybko lub bez mieszania). Na początek utwórzmy typ MIXING_SPEED opisujący warianty mieszania. Będzie on miał trzy możliwe wartości (NO – bez mieszania, SLOW – wolne mieszanie, FAST – szybkie mieszanie). TYPE T_MIXING_SPEED : (NO, SLOW, FAST); END_TYPE Kolejnym wariantem typu pochodnego jest typ okrojony. Definiuje on podzbiór wartości innego typu określony za pomocą dolnej i górnej granicy.

Przykład 4 Teraz z kolei utwórzmy typ, który będzie określał proporcje składników wlewanych do zbiornika z poprzedniego przykładu. Niech będą one wyrażone liczbą całkowitą w procentach. Nasz typ T_INGREDIENT_QTY będzie więc okrojeniem typu SINT do wartości z przedziału od 0 do 100. Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

57


automatyka      Sterowniki PLC

TYPE T_INGREDIENT_QTY : SINT (0..100); END_TYPE Typ pochodny może być również tablicą zawierającą elementy typu podstawowego lub innego typu pochodnego. Tablica jest zbiorem elementów jednego typu, identyfikowanych za pomocą kolejnych indeksów (numerycznych). Elementy te są najczęściej poukładane w kolejnych komórkach pamięci o rozmiarze określonym przez ich typ.

Przykład 5 Utwórzmy typ T_NAME, który będzie umożliwiał przechowanie nazwy składającej się maksymalnie z 16 znaków (typu STR zdefiniowanego wcześniej). TYPE T_NAME : ARRAY [0..15] OF STR; END_TYPE Ostatnim rodzajem typu pochodnego jest tzw. typ strukturalny. Struktura jest zbiorem elementów, z których każdy ma nazwę i typ. W odróżnieniu od tablicy elementy struktury mogą być różnych typów (podstawowych i pochodnych), a identyfikowane są za pomocą nazw, a nie indeksów.

Przykład 6 Utwórzmy typ T_RECIPE opisujący recepturę dla zbiornika z mieszadłem z wcześniejszych przykładów. Receptura zawiera nazwę produktu (pole NAME typu T_NAME), prędkość oraz czas mieszania (pola M_SPEED typu T_MIXING_SPEED oraz M_TIME typu TIME) i proporcje składników (pola ING_A i ING_B typu T_INGREDIENT_LEVEL). TYPE T_RECIPE : STRUCT NAME ING_A ING_B M_SPEED M_TIME END_STRUCT END_TYPE

:T_NAME; :T_INGREDIENT_QTY; :T_INGREDIENT_QTY; :T_MIXING_SPEED; :TIME;

Literały Literały służą do reprezentacji wartości stałych wykorzystywanych bezpośrednio w programie na przykład jako parametry wywołania funkcji lub bloków funkcyjnych albo w instrukcjach przypisania czy formułach matematycznych. W odróżnieniu od zmiennych o stałych wartościach, omówionych dalej, nie są przechowywane w pamięci. Norma IEC 61131-3 określa trzy główne rodzaje literałów: liczbowe, znakowe oraz reprezentujące czas. Literały liczbowe mogą reprezentować wartości logiczne, wartości dowolnego typu całkowitego w zapisie dziesiętnym, dwójkowym, ósemkowym lub szesnastkowym oraz liczby rzeczywiste (w tym również w zapisie naukowym). Aby zwiększyć przejrzystość zapisu dużych liczb można użyć do ich podziału znaku podkreślenia ”_”. Można też „wymusić” konkretny typ literału, dzięki poprzedzeniu go prefiksem składającym się z nazwy typu oraz znaku ”#”.

58

Przykład 7 Wartości logiczne

0 1 FALSE TRUE

Liczby całkowite

–87 0 87_321 +123

Liczby dwójkowe

2#0100_0011

Liczby ósemkowe

8#340

Liczby szesnastkowe

16#A3 16#ff

Liczby rzeczywiste

3.14 1.23E+4 1.23e4

Z określeniem typu

BOOL#0 DINT#0 UINT#16#9AF

Literały znakowe są natomiast ciągiem zera lub większej liczby znaków (dostępne znaki definiuje norma ISO/IEC 10646-1), przy czym znaki te mogą być zapisywane za pomocą jednego lub dwóch bajtów. W obydwu przypadkach mogą być zastąpione przez kombinację znaku dolara ”$” i liczby szesnastkowej. Literały powinny być ograniczone z obu stron znakiem ”´” (w przypadku znaków jednobajtowych) lub ””” (w przypadku znaków dwu-bajtowych).

Przykład 8 Pusty łańcuch jednobajtowy

´

Jednobajtowy łańcuch o długości 1

´A´´´´$0A´

Pusty łańcuch dwu-bajtowy

””

Dwubajtowy łańcuch o długości 1

”A” ” ” ”$00C4”

Literały reprezentujące czas mogą określać czas trwania lub pewien punkt czasowy. Składają się one z prefiksu określającego typ, znaku ”#” oraz wartości zapisanej w formacie odpowiednim dla tego typu. Również w tym przypadku dla poprawienia czytelności zapisu można użyć znaku podkreślenia.

Przykład 9 Czas trwania

T#15ms t#-7.5h TIME#4d_12h_8m_32s_1.2ms

Data

D#2011-05-12 d#2011-05-12 DATE#2011-05-12 date#2011-05-12

Czas

TOD#11:55:32.27 tod#11:55:32.27 TIME_OF_DAY#11:55:32.27 time_of_day#11:55:32.27

Data i czas

DT#2011-05-12-11:55:32.27 dt#2011-05-1211:55:32.27 DATE_AND_TIME#2011-05-12-11:55:32.27 date_and_time#2011-05-12-11:55:32.27

Zmienne O ile typ określa sposób użycia pamięci (jej rozmiar, format danych i możliwe operacje), to zmienna jest identyfikatorem powiązanym z konkretnym obszarem pamięci i danymi w tym obszarze przechowywanymi. Innymi słowy zmienna identyfikuje dane i pozwala je modyfikować. Norma IEC 61131-3 rozróżnia zmienne jednoelementowe i wieloelementowe. Zmienna jednoelementowa reprezentuje pojedynczy element danych jednego z typów podstawowych, typu pochodnego wyliczeniowego, okrojonego lub typu będącego aliasem jednego z nich. Zmienne jednoelementowe dzielą się na reprezentowane bezpośrednio (ze wskazaniem


Tab. 3. Słowa kluczowe wykorzystywane do tworzenia bloku deklaracji zmiennych Słowo kluczowe

Zastosowanie w deklaracji

POU

VAR

Zmienna wewnętrzna w POU

P, FB, FC

VAR_INPUT

Zmienna dostarczana z zewnątrz, jej wartość nie może być zmieniana wewnątrz POU

P, FB, FC

VAR_OUTPUT

Zmienna dostarczana przez POU na zewnątrz

P, FB, FC

VAR_IN_OUT

Zmienna dostarczana z zewnątrz i wyprowadzana na zewnątrz POU, jej wartość może być zmieniana wewnątrz POU

P, FB, FC

VAR_EXTERNAL

Zmienna globalna dostarczana przez konfiguracje

P, FB

VAR_GLOBAL

Zmienna globalna

P

VAR_ACCESS

Ścieżka dostępu

P

VAR_TEMP

Zmienna tymczasowa (jej wartość nie jest przechowywana pomiędzy wywołaniami)

P, FB

Tab. 4. Atrybuty zmiennych Słowo kluczowe

Znaczenie

RETAIN

Zmienna o wartości podtrzymywanej w przypadku zatrzymania zasobu

NON_RETAIN

Zmienna o wartości niepodtrzymywanej w przypadku zatrzymania zasobu

CONSTANT

Zmienna, której wartości nie można modyfikować

AT

Przypisanie lokalizacji

konkretnego miejsca w pamięci) i symboliczne. Zmiennymi wieloelementowymi są z kolei tablice i struktury. Każda jednostka organizacyjna programu (POU) powinna zaczynać się co najmniej jednym blokiem deklaracji zmiennych. Rozpoczyna się on jednym ze słów kluczowych zestawionych w tab. 3, a kończy słowem kluczowym END_VAR. Wewnątrz tej konstrukcji umieszczone powinny być deklaracje poszczególnych zmiennych oddzielone średnikami. W tab. 3 określono również, w jakiego typu POU mogą wystąpić poszczególne bloki deklaracji (P – program, FB – blok funkcyjny, FC – funkcja). Wszystkie zmienne mają zasięg (miejsce w programie, w którym są widoczne) ograniczony do POU, w obrębie której zostały zadeklarowane z wyjątkiem zmiennych globalnych (deklarowanych w bloku rozpoczynającym się słowem kluczowym VAR_GLOBAL) Deklaracje poszczególnych zmiennych składają się natomiast z nazwy i typu. Mogą w nich występować również słowa kluczowe określające dodatkowe atrybuty zmiennych zestawione w tab. 4. Każda zmienna może w momencie deklaracji zostać również zainicjowana (wyjątkiem są zmienne deklarowane w bloku VAR_EXTERNAL). Zmienne – jak już wspomniano – mogą być reprezentowane w sposób bezpośredni (poprzez adres, bez użycia identyfikatora). Reprezentację taką umożliwia specjalny symbol składający się ze znaku procent ”%”, przedrostka określającego położenie oraz drugiego określającego rozmiar. Przedrostki te zestawiono w tab. 5. Poza reprezentacją bezpośrednią symboli tych można również użyć, aby wymusić konkretną lokalizację zmiennej reprezentowanej symbolicznie. W tym celu po jej nazwie należy użyć słowa kluczowego AT i opisanego wcześniej symbolu. Zostanie to przedstawione na przykładzie.

Tab. 5. Przedrostki określające położenie oraz rozmiar zmiennej Przedrostek

Znaczenie

Typ domyślny

I

Położenie – wejście

Q

Położenie – wyjście

M

Położenie – pamięć

X lub brak

Rozmiar – pojedynczy bit

BOOL

B

Rozmiar – bajt (8 bitów)

BYTE

W

Rozmiar – słowo (16 bitów)

WORD

D

Rozmiar – słowo podwójne (32 bity)

DWORD

L

Rozmiar – słowo poczwórne (64 bity)

LWORD

Przykład 10 Utwórzmy blok deklaracji zmiennych, który będzie można zastosować w programie sterowania układem z poprzednich przykładów. Przede wszystkim należy przechowywać w jakimś miejscu receptury, opisane utworzonym wcześniej typem T_RECIPE. Zbudujmy w tym celu tablicę RECIPES zawierającą zbiór 10 receptur. Następnie należy utworzyć interfejs operatora. Powinien on mieć możliwość wybrania receptury, zadania ilości produktu do wymieszania i załączenia układu. Numer wybranej receptury będzie przechowywany w zmiennej RCP_N, przyjmującej początkową wartość 1. Z kolei do przechowywania zadanej ilości produktu (np. w litrach) utwórzmy zmienną VOL o początkowej wartości 500. Załączenie układu będzie realizowane przełącznikiem podłączonym do wejścia %IX0.0, a przypisanym do zmiennej START. Na koniec utwórzmy zmienne wejściowe reprezentujące aktualny przepływ obydwu zaworów FLOW_A i FLOW_B, zlokalizowane w obszarze wejść, odpowiednio: %IW i %IW4 (mogą być to np. sygnały analogowe z przepływomierzy) oraz zmienne wyjściowe sterujące zaworami VALVE_A i VALVE_B zlokalizowane w obszarze wyjść: %QX10.0 i %QX10.1. Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

59


automatyka      Sterowniki PLC

VAR RECIPES

:ARRAY [0..9] OF T_RECIPE;

(* Tablica z recepturami *)

RCP_N

:SINT := 1;

(* Numer wybranej receptury *)

VOL

:REAL := 500;

(* Zadana ilość gotowego produktu (mieszanki) w litrach *)

START AT %IX0.0

:BOOL;

(* Przełącznik startu *)

FLOW_A AT %IW2

:INT;

(* Przepływ przez zawór A w ml/s *)

FLOW_B AT %IW4

:INT;

(* Przepływ przez zawór B w ml/s *)

VALVE_A AT %QX10.0

:BOOL;

(* Zawór A *)

VALVE_B AT %QX10.1

:BOOL;

(* Zawór B *)

END_VAR

Jednostki organizacyjne programu Jak już wspomniano, bloki, z których składa się program w normie IEC 61131-3 nazywane są Jednostkami Organizacyjnymi Programu (ang. Program Organization Unit – POU). Według tej normy POU dzielą się na trzy rodzaje: programy, bloki funkcyjne oraz funkcje. Mogą być one dostarczane przez producenta sterownika PLC lub tworzone samodzielnie przez programistę. POU mogą się wywoływać wzajemnie, przy czym w programie i bloku funkcyjnym może być wywołana funkcja i inny blok funkcyjny, a w funkcji tylko funkcja (rys. 10). W odróżnieniu natomiast od elementów organizacyjnych programu obecnych w językach programowania dla komputerów PC (takich jak funkcje w C czy C++) jednostki POU nie mogą być wywoływane rekurencyjnie, tzn. nie mogą wywoływać same siebie.

Bloki funkcyjne mają konstrukcję zbliżoną do funkcji. Różnią się od nich tym, że nie zwracają wyniku i mają pamięć stanu. Powoduje to konieczność zarezerwowania pamięci dla każdego egzemplarza bloku funkcyjnego. W związku z tym bloki funkcyjne muszą być deklarowane tak jak zmienne, zanim będzie można ich użyć. Każdy egzemplarz (instancja) bloku funkcyjnego identyfikowany jest unikalną nazwą. FUNCTION_BLOCK Nazwa_Bloku_Funk. VAR_INPUT ... END_VAR VAR_IN_OUT ... END_VAR VAR_OUTPUT ... END_VAR VAR_EXTERNAL ... END_VAR VAR ... END_VAR Kod_Bloku_Funkcyjnego END_FUNCTION_BLOCK

– nagłówek zawierający nazwę

opcjonalne deklaracje zmiennych tworzących interfejs

opcjonalne deklaracje zmiennych lokalnych

– ciało bloku funkcyjnego – zakończenie

Rys. 10. Możliwe wzajemne wywołania POU

Funkcja jest elementem programu, który pobiera dane wejściowe, przetwarza je i zwraca wynik (oraz ewentualnie dane wyjściowe), nie ma jednak pamięci stanu. Oznacza to, że przy tych samych wartościach wejściowych, w każdym wywołaniu da takie same wyniki, a jej zmienne lokalne nie przechowują swoich wartości pomiędzy wywołaniami. Konstrukcje funkcji przedstawiono poniżej. FUNCTION Nazwa_Funkcji: Typ_Wyniku VAR_INPUT ... END_VAR VAR_IN_OUT ... END_VAR VAR_OUTPUT ... END_VAR VAR ... END_VAR Kod_Funkcji END_FUNCTION

60

Program jest jednostką organizacyjną, w której wykonywane są główne operacje oraz z której wywoływane są bloki funkcyjne i funkcje. Struktura programu jest taka sama jak bloku funkcyjnego. Tworzy się go, używając słów kluczowych PROGRAM i END_PROGRAM.

nagłówek zawierający nazwę oraz typ zwracanego wyniku

opcjonalne deklaracje zmiennych tworzących interfejs

opcjonalne deklaracje zmiennych lokalnych

– –

ciało funkcji (jej kod w jednym z języków programowania) zakończenie


Przykład 11 Ponownie wykorzystamy układ ze zbiornikiem mieszającym opisany w poprzednich przykładach. Tym razem utworzymy szkielety POU sterujących pracą zaworów A i B. Szkielety te zawierały będą interfejs i zmienne lokalne, nie będą natomiast zawierać ciała POU (wyjątkiem będzie program), ponieważ nie został jeszcze omówiony żaden z języków programowania. We wcześniejszym przykładzie utworzono zmienną RECIPES przechowującą receptury, w których podane były procentowe zawartości składników A i B. Aby można było na ich podstawie sterować zaworami, trzeba je wpierw przekształcić na jednostki objętości. Można to zrobić, korzystając ze wzoru Objętość_składnika [l] = Objętość_gotowego_produktu [l] * Zawartość_składnika [%] / 100 [%]. Ta prosta kalkulacja nie wymaga przechowywania danych, a więc można ją zrealizować wewnątrz funkcji. Szkielet takiej funkcji przedstawiono poniżej. Funkcję rozpoczyna jej nazwa i typ zwracanej wartości. FUNCTION VOL_CALC: REAL VAR_INPUT TVOL :REAL; QTY :T_INGREDIENT_QTY; END_VAR VAR TMP :REAL; END_VAR ... END_FUNCTION

(* Ilość gotowego produktu w litrach *) (* Procentowa zawartość składnika *)

W bloku zmiennych wejściowych zadeklarowano zmienną TVOL określającą ilość gotowego produktu i QTY odpowiadającą zawartości procentowej składnika. W bloku zmiennych wewnętrznych zadeklarowano zmienną lokalną TMP, której można użyć do przechowywania wyników pośrednich obliczeń (ale tylko w czasie jednego wywołania funkcji). Możemy teraz utworzyć POU sterujące pracą zaworu. Zakładamy, że będzie on otwierany aż do czasu, gdy aktualnie podana objętość składnika zrówna się lub przekroczy objętość zadaną. Aktualnie podaną objętość można obliczyć w sposób przybliżony, stosując wzór Objętość(T) [l] = Objętość(T-1) [l] + ( Przepływ(T) [ml/s] / 1000 [ml/l] ) * Interwał [s]. Przechowywanie aktualnej objętości wymaga pamięci wewnętrznej, a więc należy zastosować blok funkcyjny. FUNCTION_BLOCK VALVE_CTRL VAR_INPUT RST :BOOL; (* Inicjacja bloku – zerowanie VOL_CV *) INTV :REAL; (* Czas pomiędzy wywołaniami w sekundach *) VOL_SP :REAL; (* Objętość zadana w litrach *) F_RATE :INT; (* Przepływ w ml/s *) END_VAR VAR_OUTPUT VALVE :BOOL; (* Sterowanie zaworem *) END_VAR VAR VOL_CV :REAL; (* Objętość aktualna w litrach *) END_VAR VAR_TEMP VOL_DIFF :REAL; RATE_LPS :REAL; END_VAR ... END_FUNCTION_BLOCK

Szkielet bloku funkcyjnego rozpoczyna się nazwą. Następnie zadeklarowano zmienne wejściowe: RST – sygnał inicjujący blok (zerujący sumę przepływu); INTV – czas pomiędzy wywołaniami bloku (w sekundach) potrzebny do obliczenia objętości na podstawie przepływu chwilowego; VOL_SP – zadana objętość (w litrach) oraz F_RATE – przepływ chwilowy (zakładamy, że jest to sygnał analogowy z przepływomierza, np. w ml/s). W bloku deklaracji zmiennych wyjściowych umieszczono jedynie zmienną VALVE odpowiadającą sygnałowi sterującemu zaworem. Zmienne wewnętrzne to VOL_CV, służąca do przechowywania sumy przepływów chwilowych (odpowiadającej aktualnej objętości w litrach), oraz tymczasowe VOL_DIFF i RATE_LPS, będące zmiennymi pomocniczymi do wykorzystania w obliczeniach. Na koniec utwórzmy szkielet programu, który będzie realizował sterowanie zaworami, wykorzystując utworzone wcześniej typy, zmienne oraz POU. Zakładamy przy tym, że program będzie wykonywany w zadaniu cyklicznym, wywoływanym co 100 ms. PROGRAM MAIN VAR RECIPES

:ARRAY [0..9] OF T_RECIPE; (* Tablica z recepturami *)

RCP_N

:SINT := 1;

VOL

:REAL := 500; (* Zadana ilość gotowego prod. w litrach *)

VOL_A

:REAL;

VA_CTRL, VB_CTRL

:VALVE_CTRL;

START AT %IX0.0

:BOOL; (* Przełącznik startu *)

FLOW_A AT %IW2

:INT; (* Przepływ przez zawór A w ml/s *)

FLOW_B AT %IW4

:INT; (* Przepływ przez zawór B w ml/s *)

(* Numer wybranej receptury *)

VALVE_A AT %QX10.0 :BOOL; (* Zawór A *) VALVE_B AT %QX10.1 :BOOL; (* Zawór B *) END_VAR ... END_PROGRAM

Szkielet zawiera omówione już w większości wcześniej deklaracje zmiennych. Z nowych elementów pojawiła się zmienna VOL_A, która zostanie wykorzystana do przechowywania zadanej objętości składnika A oraz VA_CTRL i VB_ CTRL będące instancjami bloku funkcyjnego VALVE_CTRL. Na rys. 11 przedstawiono realizację programu w języku FBD. Język ten zostanie szczegółowo omówiony w następnym artykule. Tutaj został użyty jedynie, aby zademonstrować graficzne przedstawienie POU i ich połączeń. W linii oznaczonej etykietą 0001 wywoływana jest funkcja VOL_CALC. Na wejście TVOL (odpowiadające zadanej ilości gotowej mieszanki) przekazywana jest wartość zmiennej VOL (zawierająca zadaną przez operatora ilość produktu), a na wejście QTY (zawartość składnika) przekazywana jest wartość pola ING_A receptury o numerze RCP_N. Obliczona w funkcji wartość (zadana objętość składnika A) jest zapisywana do zmiennej VOL_A. W linii 0002 wywoływana jest instancja VA_CTRL bloku VALVE_CTRL, która poprzez wyjście VALVE steruje zaworem A (zmienna VALVE_A). Na jego wejście RST (kasujące) podawana jest negacja sygnału START (negacja oznaczona jest Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

61


automatyka      Sterowniki PLC

kółkiem). W ten sposób blok jest zerowany, dopóki układ nie zostanie uruchomiony. Na wejście INTV (interwał wywoływania w sekundach) podana jest wartość 0,1 odpowiadająca cyklowi wykonywania programu (100 ms). Obliczona w poprzedniej linii wartość zmiennej VOL_A przekazywana jest do zmiennej wejściowej VOL_SP (jako zadana objętość). Odczytana z przepływomierza wartość zmiennej FLOW_A kierowana jest natomiast do zmiennej wejściowej F_RATE (przepływ chwilowy).

Podsumowanie W artykule przedstawiono podstawowe elementy, z których składa się program dla sterownika PLC utworzony zgodnie z wymaganiami normy IEC 61131-3. Poprzedzone to zostało omówieniem podstaw teoretycznych, takich jak budowa modelu oprogramowania i sposoby komunikacji pomiędzy jego elementami. W kolejnych artykułach omówione zostaną graficzne i tekstowe języki tej normy umożliwiające implementa-

Rys. 11. Realizacja przykładowego programu

W linii 0003 analogiczne operacje wykonywane są dla drugiego zaworu. Dla odmiany jednak wyjście funkcji VOL_ CALC zostało połączone bezpośrednio z wejściem instancji VB_CTRL.

cję jednostek organizacyjnych programu oraz pewne techniki programowania pozwalające na ich efektywne wykorzystanie.  mgr inż. Marcin Zawisza PAR

REKLAMA

Firma Inżynierska Tadeusz Wędzony ul. Bronowicka 133, 30-121 Kraków tel./fax: 12 637 95 55

Oferujemy wykonanie aplikacji wykorzystującej wszelkie możliwości kamer Skanery ręczne i stacjonarne z algorytmem IDMax® Niezawodne i wydajne przemysłowe systemy wizyjne Oprogramowanie PC dla najbardziej wymagających zastosowań

62

firma@wedzony.com.pl www.wedzony.com.pl


systemy komunikacji      automatyka

Przemysłowe switche firmy Antaira W ostatnich latach sieć Ethernet stała się najczęściej wybieranym standardem w szeroko pojętej automatyce przemysłowej. Przemysłowe sieci Ethernet zapewniają stabilną i szybką komunikację na poziomie urządzeń, np. między PLC i panelami HMI, oraz łączność na poziomie informacyjnym między komputerami w przedsiębiorstwie.

Wymagania stawiane osprzętowi do budowy sieci przemysłowej to przede wszystkim odporność na wstrząsy, wibracje i wysoką temperaturę. Przełączniki przemysłowe nie mogą mieć żadnych elementów ruchomych, a podzespoły, z których są wykonane, powinny być wysokiej jakości, aby zapewnić odpowiednio wysoki MTBF. W przypadku osprzętu sieciowego niezawodność to nie tylko solidna obudowa i odporność na ekstremalne temperatury, ale również zdolność utrzymania sieci w ruchu nawet w przypadku jednoczesnego wystąpienia kilku awarii. Dlatego wymagania w stosunku do komponentów przemysłowych są różne i zależą od tego, do jakiej aplikacji są przeznaczone i jakiego rodzaju dane będą przesyłane. Ostatnio coraz częstszym postulatem klientów odnośnie switchy przemysłowych jest również prędkość portów przełącznika. W aplikacjach, w których mamy do czynienia z dużą ilością danych (np. przesyłaniu obrazów), odbiorcy coraz chętniej sięgają po switche Gigabit. Zainteresowaniu temu sprzyja wzrastająca popularność osprzętu z portami Gigabit oraz coraz bardziej przystępna cena. Należy jednak pamiętać, że w automatyce przemysłowej często mamy do czynienia z pakietami wielkości kilku bajtów, podczas gdy minimalna długość ramki Fast Ethernet to 64 bajty, a dla Gigabit Ethernet już 512 bajtów. Może się więc okazać, że w niektórych aplikacjach zastosowanie znacznie szybszych przełączników nie przyniesie spodziewanych rezultatów. Również w segmencie switchy zarządzalnych coraz więcej jest przełączników w pełni gigabitowych, np LNX-1212GN-T firmy Antaira. Switche te, oprócz wzmocnionej konstrukcji, mają rozszerzoną funkcjonalność, która pozwala na budowanie deterministycznych sieci, odpornych na przerwanie łącza. Protokołem zapewniającym redundancję połączeń jest technologia redundantnego pierścienia. W przypadku przerwania pierścienia protokół wymusza natychmiastową rekonfigurację sieci i przejście na połączenia zapasowe w czasie krótszym niż 20 ms. W przełącznikach zarządzalnych firmy Antaira zaimplementowano większość dostępnych mechanizmów i protokołów zwiększających niezawodność przesyłu danych. Umożliwiają one tworzenie wirtualnych sieci lokalnych VLAN, co pozwala na logiczny podział sieci, bez ingerencji w fizyczną infrastrukturę. IGMP

Snooping zapewnia odpowiednie filtrowanie wiadomości multicast, a QoS czuwa nad determinizmem przesyłanych danych. LNX-1212GN-T został zaprojektowany w zgodzie z najnowszym trendem do wyposażania switchy zarządzalnych w dużą liczbę slotów SFP. Switch ma aż dwanaście slotów SFP dzięki czemu wszystkie porty mogą być portami światłowodowymi lub RJ-45. Sloty SFP dają duże możliwości w doborze portów światłowodowych. Dla każdego portu indywidualnie wybierany jest typ światłowodu oraz dystans transmisji. Dzięki wzrostowi popularności oraz coraz niższym cenom komponentów do budowy przemysłowej sieci Gigabit sprzęt ten nie jest już zarezerwowany tylko do budowy sieci szkieletowych. Switche oraz mediakonwertery Gigabit stosuje się nie tylko tam, gdzie potrzebna jest duża przepustowość łącza. W nowych instalacjach można się pokusić o nadmiarowe zainstalowanie takich komponentów z uwagi na ich bardzo długą żywotność. Zastosowanie switcha z dużą liczbą portów SFP pozwoli w przyszłości na wprowadzanie dowolnych zmian w topologii sieci, ponieważ parametry portu są zdeterminowane przez moduł, który można w każdej chwili wymienić. Cezary Kalista ANTAIRA Technologies Sp. z o.o. www.antaira.pl REKLAMA

WIELOPORTOWY SWITCH ŚWIATŁOWODOWY NA NIC TE SZTUCZKI. TUTAJ POTRZEBNA JEST ANTAIRA.

LNX-1212GN-SFP-T Zarządzalny switch światłowodowy ► 8 portów Gigabit combo + 4 porty 1000Base-X SFP ► Obsługa ramek Jumbo frame do 9K Bytes ► Redundantny Pierścień z czasem rekonfiguracji < 20ms ► MSTP/RSTP/STP (IEEE 802.1s/w/D) ► QoS, DOS/DDOS, DDM ► IGMP v2/v3 (IGMP snooping), ACL, 802.1x ► SNMP v1/v2c/v3, RMON, 802.1Q VLAN ► Konfiguracja przez konsolę Web, Telnet, CLI ► Obsługa protokołu LLDP ► Aluminiowa obudowa IP30 ► Gwarancja 5 lat

TEL.: +48 22 862 88 81 | E-MAIL: info@antaira.pl

Formerly Aaxeon Technologies www.antaira.pl

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

63


automatyka      Systemy komunikacji

HARTING RJ Industrial 10G Nowe wymagania technologii Ethernet i duże szybkości transmisji wymuszają wprowadzenie nowych rozwiązań. Wtyczki HARTING RJ Industrial 10G należą do nowej generacji złączy: gwarantują

sieci Ethernet 10 Gb, umożliwiają łatwy montaż bez użycia zaciskarki oraz charakteryzują się wysoką niezawodnością.

64

Promocja

Szybki i łatwy montaż bez użycia zaciskarki Połączenie przewodu z wtyczką RJ45 Industrial wymaga tylko kilku prostych czynności. W  dostarczanym zestawie znajduje się rysunek schematyczny ilustrujący sposób podłączenia żył (oznaczenia kolorów). Umożliwia to łatwą identyfikację poprawnej pozycji przewodów podczas wykonywania okablowania. Kolorystyka oznaczeń jest zgodna z EIA/ TIA-568/A, B oraz dla 4-żyłowych aplikacji sieci Fast Ethernet. Złącze HARTING RJ  Industrial  10G RJ45 charakteryzuje

się solidnością wykonania, jednocześnie ma lekką konstrukcję, zoptymalizowaną pod kątem stosowania w gniazdach wieloportowych. Opcjonalnie można używać kolorowych oznaczników montowanych na wtyczkę. Oznacznik może zawierać chip RFID, pozwalający na rejestrację identyfikatorów kabli i parametrów. Dzięki tak wielu możliwościom użytkownicy uzyskują korzyści wynikające z szybkiego i bezpiecznego montażu w miejscu instalacji – oszczędność czasu wynosi nawet  do 30 % w porównaniu ze stosowaniem standardowego złącza.

Fot. Harting

prędkość przesyłu danych dla


nym za pomocą dwóch płaszczyzn styku, w przeciwieństwie do powszechnie stosowanych na rynku połączeń nożowych. Dzięki podwójnej płaszczyźnie styku wtyczki HARTING RJ  Industrial wykazują wysoką odporność na drgania, a dodatkowo mają wewnętrzne ekranowanie 360°.

Elastyczność zastosowania Wtyczki RJ45 Industrial dostępne są w dwóch wersjach: kątowej oraz tradycyjnej prostej. Modułowa budowa złącza kątowego umożliwia wybór i  montaż strony podejścia w  jednym z  czterech kierunków. Wtyczki te charakteryzują się łatwością stosowania dzięki przemyślanej konstrukcji. Zawierają one trwałe i  dobrze wykonane wypustki mocujące („języczki”), które ułatwiają łączenie wtyczki z gniazdem oraz zapobiegają problemom spowodowanym wyłamaniem wypustki.

Odpowiednie również do zastosowań zewnętrznych

przewodów typu linka oraz drut od AWG 27 do AWG 22. Zaciski kablowe gwarantują bezpieczne mocowanie w zakresie od 4,5 mm do 9 mm. Dzięki temu złącze pasuje do prawie wszystkich typów kabli używanych w sieciach biurowych i  przemysłowych. Integracja złącza RJ45  Industrial z  wszystkimi obudowami od Han 3A do PushPull o  klasie ochrony IP65/67 pozwala na stosowanie ich w wymagających środowiskach przemysłowych i  aplikacjach zewnętrznych.

HARTING Polska Sp. z o.o.

Złącza HARTING RJ Industrial 10G zaprojektowano w  dwóch wykonaniach – dla cztero- i  ośmiożyłowej skrętki Ethernet. Możliwe jest stosowanie

ul. Duńska 9 54-427 Wrocław tel. 71 352 81 71 fax 71 350 42 13 pl@HARTING.com www.HARTING.pl

Jakość wykonania

Fot. Harting

Wtyczki RJ45 Industrial wykonane są w technice zacisku  IDC. Charakteryzują się zaciskiem przewodu realizowa-

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

65


Automatyka      urządzenia i systemy transportowe

Nowoczesne transportery, platformy i mobilne suwnice do ciężkich ładunków Transport dużych ładunków ważących od 10 do ponad 100 ton od lat nastręczał firmom produkcyjnym wiele problemów. Mało elastyczne i kosztowne rozwiązania typu suwnice czy transportery szynowe nie nadążają już za wymogami nowoczesnych

Zmiana konfiguracji czy transport poza ściśle wyznaczone torowisko jest przy zastosowaniu tych tradycyjnych rozwiązań praktycznie niewykonalny. Pociąga to za sobą konieczność bardzo kosztownej modyfikacji lub rozbudowy oprzyrządowania transportowego. Oferowane przez firmę manulift rozwiązania spełniają wymagania w zakresie elastyczności produkcji, bezpieczeństwa, wiążą się niskimi kosztami użytkowania i  serwisowania, a  ponadto są łatwe w obsłudze. Poniżej scharakteryzowano najbardziej popularne i  innowacyjne rozwiązania przeznaczone do transportu ponadgabarytowych i  ciężkich ładunków. Wspólne cechy wszystkich rozwiązań to: 1. Możliwość jazdy po standardowych drogach i posadzkach w  zakładach przemysłowych bez konieczności ich modyfikacji, zabudowy w  nich torowiska. Transport na oferowanych mobilnych platformach realizowany jest także w niskich halach, gdzie nie ma możliwości zamontowania suwnicy. 2. Swobodny ruch we wszystkich kierunkach – jazda do przodu i do tyłu, skręt w  lewo i  w  prawo, zawracanie w  miejscu, tzw. ruch kraba czy

66

Promocja

szczególnie przydatna w niektórych przypadkach jazda bokiem. Cechy te umożliwiają transport praktycznie w każdej aplikacji. Jeśli na planach i  rysunkach platforma mieści się w  drodze transportowej czy korytarzu, wyjątkowa ruchliwość transporterów gwarantuje realizację transportu również w  rzeczywistości. Zmiana parametrów jazdy – prędkości, kierunku, nie wymaga zatrzymywania transportera i  może nastąpić praktycznie natychmiast. 3. Najbardziej kompaktowa konstrukcja na rynku – bez porównania mniejsze gabaryty w  porównaniu z  wózkiem widłowym, który potrzebuje dodatkowego miejsca do manewrów poza przestrzenią ładunku. Wyjątkowo niewielka wysokość platformy, nawet poniżej 300  mm, zapewnia wygodę użytkowania, szczególnie w połączeniu z systemem samoładowania platform. 4. Czysta technologia to hasło przewodnie producenta. Brak napędów spalinowych, płynów hydraulicznych i  minimalna ilość smarów. Zamiast tego: nowoczesne mechatroniczne rozwiązania, bezszczotkowe silniki, które pozwoliły wyeliminować pneumatyczne i hydrauliczne napędy bez

zakładów produkcyjnych.

utraty mocy i zwartości, przy jednoczesnej poprawie niezawodności i wydajności konstrukcji.

Transporter niskopodłogowy ze zintegrowanym systemem unoszenia

Transporter niskopodłogowy 10 ton

Fot. manulift

Transporter 20 ton


opcjonalnie wyposażone w układ podnoszenia, pozwalający na samozaładunek platformy paletami z ładunkiem. W tej grupie produktów znajdują się również: • specjalne platformy do zabudowy oprzyrządowania produkcyjnego, • platformy do zabudowy systemów ładowania Big-Bag, • platformy do zabudowy systemów pakowania/paletyzacji.

Rozwiązania do transportu form i tłoczników, zwojów, formatek

Transporter zintegrowany z urządzeniem produkcyjnym

5. Wyjątkowa estetyka i design – te cechy mogą iść w parze z zaawansowaniem i funkcjonalnością konstrukcji. 6. Modułowość – platformy bazują na kilku krytycznych podstawowych komponentach, które są stosowane we wszystkich modelach. Oznacza to brak błędów prototypowania. Rozwiązania są w pełni dopracowane i zoptymalizowane. Dzięki modułowej konstrukcji czas przygotowania i dostawy dedykowanych rozwiązań do konkretnej aplikacji klienta skrócony został do minimum. Części zamienne dostępne z magazynu zapewniają bezpieczeństwo użytkowania i  brak przestojów spowodowanych oczekiwaniem na ich dostawę.

Fot. manulift

Platformy SPMT (Self Propelled Modular Transporters) – samobieżne modułowe platformy transportowe Dostępne w ofercie wyjątkowo niskie platformy umożliwiają elastyczne organizowanie transportu w  zakładzie produkcyjnym. Zasilanie bateryjne i  swoboda poruszania w różnych kierunkach pozwalają np. na zmianę prędkości poszczególnych stacji w linii produkcyjnej. Możliwe jest nawet opuszczenie ich, by wyizolować produkty, które wymagają dodatkowej uwagi lub są wadliwe. Po wykonaniu odpowiednich zabiegów mogą wrócić na linię. Platformy drugiej generacji serii TPP -Low mają niewielką wysokość – jedynie 260  mm. Oznacza to wysokość jednego stopnia/kroku dla mężczyzn. Prędkość jest sterowana w zakresie od 0 do 40 m/min. Transportery mogą być

zakładu. Idealnym rozwiązaniem są wówczas mobilne suwnice bramowe. Zastosowanie analogicznych jak w przypadku platform napędów zapewnia te same zalety funkcjonalne – swoboda ruchów, sterowanie szybkością jazdy, zdalne sterowanie. Za pomocą jednej suwnicy można przetransportować też ładunek między halami. Suwnice tego typu nie wymagają dodatkowych nakładów na prace budowlane przy modernizacji zakładu. Do transportu długich elementów można wykorzystać dwie i więcej suwnic pracujących w tandemie.

Zoptymalizowane kosztowo rozwiązania pozwalające na transport ładunków zarówno wewnątrz hali, jak i poza jej obszarem. Autonomiczne zasilane bateryjnie platformy umożliwiają pracę z dala od źródła zasilania/ładowania. Opcjonalne systemy samozaładunku sprawiają, że rozwiązanie jest szczególnie atrakcyjne dla tłoczni, zakładów posiadających duże wtryskarki i innych, których produkcja wymaga wymiany ciężkich narzędzi lub użycia w procesie produkcji materiałów i surowców o znacznej masie i/lub gabarytach.

Systemy szybkiej wymiany tłoczników form (QDC oraz QMC) manulift ma ogromne doświadczenie w dziedzinie budowy rozwiązań SMED (Single Minute Exchange of Die) do tłoczników i  form wtryskowych. Różne dostępne konfiguracje systemów, w tym system z  dwiema stacjami zmieniarek (transfer) i  z  systemem transportowym łączącym do siedmiu wtryskarek, pozwalającym na wymianę kilku 40-tonowych matryc w czasie krótszym niż 20 s. System ma niezależne układy zmieniarki i transportera, dzięki czemu można wykorzystać transporter do przenoszenia form i  oddzielić obszar ich składowania od obszaru pracy wtryskarek/ pras.

Mobilne suwnice bramowe Klasyczne suwnice, stosowane powszechnie w fabrykach do przenoszenia dużych elementów, mimo wielu zalet mają pewne ograniczenia i wady. Do transportu między halami konieczne jest zastosowanie dodatkowych elementów, np. ciężkich przyczep. W przypadku dużych udźwigów nakłady inwestycyjne są znaczne. Do wzrostu kosztów przyczynia się także specjalna konstrukcja hali i  fundamentów. Stanowi to szczególny problem w  przypadku modernizacji

Mobilna suwnica i transporter 100 ton

Suwnice dostarczane są z wyposażeniem o różnych konfiguracjach, z jednym lub wieloma wciągnikami pracującymi na mostach lub bez możliwości przesuwu. Konstrukcja suwnicy może być wspierana dwiema, trzema lub większą liczbą podpór. Możliwe jest również wykonanie suwnic w wersji ze sztywnym portalem. Ładunek unoszony jest ponad podłoże na wysokość 100 mm za pomocą standardowych modułów razem z całą ramą suwnicy. Takie rozwiązanie pozwala uniknąć bujania podczas transportu ładunku, co zdecydowanie zwiększa bezpieczeństwo. Innymi opcjami wykonania są: teleskopowa rama lub zmienna wysokość suwnicy.

Jacek Cabała manulift Sp. z o.o. www.manulift.com.pl

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

67


Automatyka      systemy komunikacji

Integracja standardów PROFIBUS i PROFINET Urządzenia Moxa wspomagają komunikację

Sieci przemysłowe bazujące na protokołach Profinet i Profibus stosuje się w przemyśle już od dawna. Wykorzystywane są głównie w sterownikach firmy Siemens, ale również w urządzeniach innych producentów. Protokoły te mają, jak inne rozwiązania, zarówno wady jak i zalety.

Z pomocą przychodzi firma Moxa.

Charakterystykę warto zacząć od protokołu Profibus, na którym bazuje Profinet. Profibus to szybki i niezawodny protokół sieci przemysłowych. W  warstwie fizycznej mogą być stosowane przewody miedziane (standard szeregowy RS-485), jak i  połączenia

Nowe switche dla Profinetu występują w dwóch wersjach: 5- i 8-portowej

68

Promocja

światłowodowe. Protokół ten ma dwie podstawowe odmiany: Profibus DP (Decentralized Peripherals) – służy głównie do komunikacji urządzeń rozproszonych z  jednostką centralną, i wolniejszy Profibus PA (Process Automation) – stosowany do komunikacji z  urządzeniami wymagającymi znacznie mniejszej przepustowości. Profibus jest zamkniętym protokołem, a jego maksymalny zasięg to 1200 m. Profinet (PROcess Field NETwork) jest to otwarty protokół komunikacyjny, który używa stosu TCP/IP i  działa w  czasie rzeczywistym (małe opóźnienia), a  w  warstwie fizycznej korzysta z  Ethernetu. Jest on stosowany w  wielu gałęziach przemysłu. Dzieli się na dwie główne klasy. Pierwsza z  nich to Profinet  CBA  (Component Based Automation) – komunikacja bezpośrednio między komponentami urządzeń, używa TCP/IP, jeden cykl magistrali trwa od 50 ms do 100  ms. Druga klasa to Profinet  IO – wymiana danych odbywa się między urządzeniami w  czasie rzeczywistym, co w  praktyce oznacza bardzo małe opóźnienia, czas cyklu trwa od 10  ms do nawet 1  ms (tak małe czasy wynikają z używania kanału czasu rzeczywistego). Maksymalny zasięg tego protokołu to 100 m.

Nowe produkty firmy Moxa: media konwerter i brama komunikacyjna MGate

Switch EDS-408A-PN Firma Moxa, wychodząc naprzeciw potrzebom integratorów systemów, opracowała trzy urządzenia dla opisanych protokołów. Jednym z nich jest switch klasy przemysłowej EDS-408APN. Przełącznik ten to dobrze znany EDS-408A, ale ze zmodyfikowanym firmwarem. Umożliwia on zarówno przesyłanie ramek Profinet, jak i  pozostały ruch sieciowy. Wyposażony jest m.in. w  funkcję tworzenia połączeń redundantnych (RSTP, Turbo Ring), QoS, VLAN bazujący na portach i oznaczeniach ramek (IEEE 802.1Q), SNMP oraz możliwość ustawienia powiadomień o zdarzeniach przez e-mail lub za pomocą przekaźnika alarmowego. Dzięki wspomnianej funkcji Turbo Ring idealnie nadaje się do zapewnienia redundancji w  sieci Profinet. W  przypadku EDS-408A-PN również czas ponownego uruchomienia po zaniku zasilania (tzw. cold start), wynoszący ok. 9 s, należy do jednych z najszybszych.

Brama MGate-5102-PBM-PN Kolejnym nowym urządzeniem jest brama komunikacyjna sprzęgająca Profinet z protokołem Profibus. Jest to sprzęt klasy przemysłowej, z licznymi opcjami, które znacznie ułatwiają konfigurację i  uruchomienie. Innowacyjną

Fot. Elmark Automatyka

Łączenie sieci pracujących na bazie tych protokołów daje duże korzyści.


funkcjonalnością w tym urządzeniu jest 3-stopniowa konfiguracja przyspieszająca ustawienie bramy. W  tradycyjnych rozwiązaniach proces konfiguracji przebiegał następująco: 1. Uruchomienie oprogramowania Step 7; 2. Zaznaczenie odpowiedniego modułu; 3. Zdefiniowanie każdego wejścia/wyjścia (należy powtarzać kroki  2 i  3 dopóki nie zostaną skonfigurowane wszystkie wejścia/wyjścia); 4. Testowanie metodą prób i błędów. Ustawienie bramy MGate-5102 jest zdecydowanie prostszym zadaniem. Kolejne kroki są tutaj następujące: 1. Skanowanie urządzeń przez przeglądarkę internetową i eksport pliku konfiguracyjnego GSDML; Firma Moxa oferuje sprzęt dla każdego poziomu automatyki 2. Otwarcie Step  7 i  import pliku GSDML. Inne cechy tej bramy komunikacyjnej to m.in. możliwość Gdy w opisanych przykładach konieczna jest realizacja izomonitorowania statusu urządzenia, redundantne wejście zasilacji galwanicznej węzłów Profibus, utworzenie redundancji lające, wysoka ochrona ESD oraz możliwość ustawienia alardla zwiększenia niezawodności lub po prostu połączenie odlemów dotyczących zdefiniowanych zdarzeń i wysyłania ich przez głych segmentów sieci, bardzo pomocny okazuje się konwere-mail lub sygnalizowania za pomocą przekaźnika alarmowego. ter ICF-1x80I. Nowa seria urządzeń firmy Moxa to kompleksowe rozwiązania do nowoczesnych i niezawodnych sieci przemysłowych. Mediakonwerter ICF-1280I Aby rozszerzyć maksymalną długość linii Profibus, firma Moxa wprowadziła konwertery skrętka ekranowana – światłowód Piotr Gocłowski ICF-1180I oraz ICF-1280I. Są to profesjonalne przemysłowe ELMARK Automatyka Sp. z o.o. urządzenia do łączenia sieci/węzłów Profibus znacznie oddawww.elmark.com.pl lonych od siebie lub po prostu służące do odizolowania ich REKLAMA galwanicznie. Konwertery ICF-1x80I umożliwiają transmisje na dystansie od 4 km (światłowód wielomodowy) do 45 km (światłowód jednomodowy). Funkcja Auto Baudrate Detection automatycznie dostosowuje jej prędkość do urządzenia, z którym odbywa się komunikacja, co skraca czas uruchomienia. Profibus Fail Safe zapobiega przeniesieniu zakłóconych datagramów do innych segmentów sieci. Łatwiej jest więc diagnozować źródło zakłóceń. Warto też wspomnieć o  funkcji Fiber Inverse, dzięki której użytkownik może sam określić, czy jedynką logiczną na światłowodzie będzie stan On (świeci) czy Off (nie świeci).

Fot. Elmark Automatyka

Synergia rozwiązań firmy Moxa Rozwiązania firmy Moxa stosowane razem przynoszą duże korzyści, zarówno w odniesieniu do już istniejących sieci, jak również tych, które dopiero powstają. Przykładowo, gdy zachodzi potrzeba nadzorowania wejść/wyjść rozproszonych, które komunikują się za pomocą sieci Profibus z  jakiejkolwiek lokalizacji w  fabryce, bądź wglądu do nich z  poziomu komputerów znajdujących się w  biurach, dzięki protokołowi Profinet staje się to możliwe, a rozwiązanie stanowi właśnie brama MGate 5102-PBM-PN. Szybka konfiguracja znacznie ułatwia i przyśpiesza to zadanie. Profinet ma stosunkowo niewielki maksymalny zasięg transmisji, przez co sygnał trzeba regenerować co najmniej raz na 100 m. Dodatkowo, gdy sieć ma dużo węzłów, wymaga zastosowania wielu switchy. EDS-408A-PN idealnie sprawdza się w roli węzła sieci, a protokół Turbo Ring pozwala stworzyć redundantną sieć.

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

69


Automatyka      Kontrola jakości

Kamery przemysłowe IDS w systemach wizyjnych OPTOSOFT Systemy wizyjne we współczesnym przemyśle odgrywają znaczącą rolę w procesie weryfikacji gotowych wyrobów lub kontroli produkcji półproduktów. Mają wpływ na jakość końcowego wyrobu i skrócenie cyklu wytwarzania produktu, co przekłada się na bezpośrednie

połączeń w systemie wizyjnym, co ma wpływ na prostotę układu, upraszcza „utrzymanie ruchu” oraz obniża koszty materiałowe. W jednym z obecnie realizowanych projektów dla przemysłu drukarskiego OPTOSOFT wykorzystuje 16 kamer UI-5240CP-M-HQ właśnie z  interfejsem GigE. Kamery serii CP mają małą kompaktową obudowę o  wymiarach 29,0  mm × 29,0 mm × 40,5  mm, masę 61 g oraz stopień ochrony IP30. Oprócz złącza RJ-45 są wyposażone w  6-pinowe złącze Hirose, na którym dostępne są: 1  wyjście, 1  wejście oraz zasilanie do kamery, będące alternatywą zasilania przez PoE. Zastosowany w  projekcie model kamery został zbudowany na sensorze  CMOS wielkości 1/2 cala o  rozdzielczości 1280 × 1024  px, szybkość przesyłania obrazu wynosi 50  fps (frames per second). Kamera wyposażona jest w migawkę typu Global Shutter. System

Fot. Optosoft

obniżenie kosztów wykonania.

Spółka OPTOSOFT od ponad dwudziestu lat tworzy i wdraża własne systemy wizyjne na całym świecie. Od dziesięciu lat firma stosuje głównie kamery przemysłowe uEye niemieckiej firmy IDS, która od początku swej działalności sprzedała 250  000  kamer. Cechy, które zadecydowały o  wyborze kamer uEye, to doskonały obraz generowany przez kamery, szeroka oferta ze względu na rozdzielczość sensora, interfejs i obudowę, perfekcyjna jakość wykonania, bezawaryjność oraz niezwykle rozbudowany i przyjazny SDK (Software Development Kit). Podstawowym kryterium podziału kamer IDS jest interfejs do komunikacji z  komputerem. Producent oferuje: USB  2.0, USB  3.0 oraz GigE z  technologią  PoE (Power  over  Ethernet), które doskonale sprawdzają się w systemach wizyjnych, gdzie wykorzystuje się więcej kamer. Wbudowana technologia PoE pozwala ograniczyć liczbę

70

Promocja


OPTOSOFT sp. z o.o. ul. Radzionkowska 10 51-506 Wrocław tel. + 48 71 369 99 50 fax +48 71 369 99 69 vision@optosoft.pl http://optosoft.pl

Przemysłowe kamery IDS serii CP z interfejsem GigE

wizyjny OPTOSOFT po odczycie obrazów z 16  kamer składa je w jeden kompletny, następnie wyszukuje i analizuje obiekty podlegające kontroli i podaje wyniki analizy, przy czym wszystkie operacje wykonywane są w czasie rzeczywistym. Oprogramowanie OPTOSOFT do analizy obrazu wykorzystuje zaawansowane autorskie algorytmy, w  których zaimplementowano najnowsze metody statystyczne. Tworząc oprogramowanie do systemów wizyjnych, firma OPTOSOFT zwraca przede wszystkim uwagę na wysoką wydajność przetwarzania obrazu, elastyczność (co  umożliwia dodawanie nowych narzędzi w  przyszłości), przyjazny interfejs użytkownika. Ważna jest również minimalizacja liczby parametrów konfiguracyjnych, co upraszcza i  przyśpiesza konfigurację oraz sprawia, że system jest przyjazny w użytkowaniu. Zastosowana architektura umożliwia zapewnienie zdalnej pomocy przy rozwiązywaniu problemów oraz zdalne dodawanie nowych narzędzi. Producent kamer  IDS zapewnia pełne wsparcie dla programistów, udostępniając bogaty SDK (Software Development Kit). Można również skorzystać z bezpłatnego oprogramowania IDS, które pozwala na zarządzanie parametrami kamery oraz wykonywanie prostych pomiarów (ostrość, głębia itd.). Firma OPTOSOFT, będąca oficjalnym dystrybutorem kamer IDS w Polsce, zaprasza do współpracy handlowej. 

GigE transfer 100 MB/s technologia PoE (Power Over Ethernet) sensory od 0.36 Mpx do 5 Mpx szybkość klatek od 14.1 fps do 100.2 fps mała, lekka, kompaktowa obudowa dwie linie I/O Zastosowanie:

przemysłowe systemy wizyjne endoskopy mikroskopy astrofotografia

ZAUFAJ ŚWIATOWEJ MARCE

Marcin Lizak OPTOSOFT sp. z o.o. ul. Radzionkowska 10

fax 71 36999 69 vision@optosoft.pl http://optosoft.pl

REKLAMA

Fot. Optosoft

51-506 Wrocław tel. 71 36999 50

It’s so easy! http://optosoft.pl

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

71


Pomiary      czujniki i systemy pomiarowe

Firma Guenther od ponad 40 lat zajmuje się budową

gałęziach przemysłu, w których wymagane jest korzystanie

Początkowo produkty firmy Guenther były dostarczane w przeważającej części firmom zajmującym się produkcją pieców przemysłowych, jednak w dość krótkim czasie producent rozszerzył swoją ofertę i  nawiązał współpracę z  przedstawicielami niemal wszystkich gałęzi przemysłu. Obecnie Guenther zalicza się do grupy największych dostawców technologii pomiaru temperatury na świecie.

z przeciwwybuchowego sprzętu pomiarowego i kontrolnego.

Funkcje, budowa i zastosowania

elektrycznych czujników temperatury. Na początku 2012 roku firma wprowadziła do swojej oferty szeroką gamę specjalnych termometrów oporowych, przeznaczonych do stosowania w tych wszystkich

Czujniki firmy Guenther z serii EX to termometry oporowe. Przeliczają temperaturę zarejestrowaną w punkcie pomiaru na wartości elektryczne (napięcie, opór). W  połączeniu z  odpowiednią aparaturą kontrolną służą one do pomiaru, re-

72

Promocja

Fot. Guenther Polska

Czujniki temperatury stosowane w warunkach iskrobezpiecznych zgodne z dyrektywą ATEX nr 94/9/WE


a dostarczane czujniki temperatury dostosowane są do wymogów ATEX i indywidualnie do środowiska wskazanego przez Klienta. Czujniki tej firmy typu EX stosuje się w klasycznych gałęziach przemysłu chemicznego, petrochemicznego, w  zakładach budowy maszyn i  instalacji przemysłowych, jak również w przemyśle wydobycia ropy naftowej i gazu.

Certyfikowany zakład produkcyjny Wprowadzony w firmie Guenther w  2011 roku System Zarządzania Jakością zgodny z  dyrektywą ATEX (ATmosphères EXplosibles) nr 94/9/WE stanowi wymóg dla produkcji homologowanych czujników temperatury. Aby również w przyszłości spełniać wymogi nieustannie rozwijającego się przemysłu i stosowanych rozwiązań technologicznych, firma stawia nie tylko na stały rozwój własnych produktów, ale i  dostosowanie czujników do najróżniejszych aplikacji. Dlatego też od 2013 roku planuje dalsze rozszerzenie oferty o  termopary i  termometry oporowe przeznaczone do stosowania w warunkach iskrobezpiecznych – zarówno tych, w  których istnieje prawdopodobieństwo wystąpienia zagrożenia wybuchem metanu, jak i pyłu węglowego.

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

REKLAMA

Fot. Guenther Polska

jestrowania i regulowania temperatury w zakresie od –200 do +600 °C. Termometry oporowe serii W1–W6 stosuje się w  warunkach iskrobezpiecznych do pomiaru temperatury zarówno w  środowiskach ciekłych, jak i  gazowych. Czujniki temperatury z  serii W1–W4 składają się z  osłony wyposażonej w  różnego rodzaju przyłącza procesowe, głowicy oraz wymiennego wkładu pomiarowego. Czujniki z serii W5 i W6 zawierają wkłady pomiarowe z  głowicą przyłączeniową, różnego rodzaju przyłącza procesowe lub czujnik z  prostą rurą ochronną, bądź izolowany mineralnie kabel ze złączami kablowymi. Wszystkie obudowy ochronne (elementy stykowe ze środowiskiem pomiarowym) poddawane są próbom szczelności. W  obudowie ochronnej wbudowane są czujniki temperatury Pt 100, zgodne z normą PN-EN 60751 w klasach tolerancji A lub B z przyłączami dwu-, trzy- lub czteroprzewodowymi. Możliwe jest także zastosowanie rozwiązań dwuobwodowych. Czujniki te spełniają wymogi grupy warunków wybuchowych  II, kategorie 1/2  G i/lub 2  G. Dlatego też stosuje się je w przestrzeniach zagrożonych wybuchem strefy  1 środowisk gazowych. Rura ochronna o  ściankach grubości 1  mm może być stosowana również w  strefie  0. Guenther oferuje system modułowy pozwalający na zbudowanie czujnika z różnorodnych elementów składowych,

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

73


Pomiary      Czujniki i systemy pomiarowe

Czystość, precyzja, wydajność Optymalne połączenie pomiaru temperatury i wykonania higienicznego to cechy wyróżniające nowe produkty WIKA.

74

Promocja

Kompaktowy termometr rezystancyjny do montażu z zastosowaniem spawania orbitalnego TR21-B (przekrój)

kalibracji danego przyrządu pomiarowego zależy od tego, w jakim stopniu pomiar wpływa na jakość i bezpieczeństwo procesu technologicznego. Przerwy między poszczególnymi kalibracjami nie powinny trwać dłużej niż 2 lata. W odniesieniu do krytycznych procesów mogą być znacznie krótsze. W  skrajnych przypadkach przyrządy pomiarowe podlegają sprawdzeniu po wyprodukowaniu każdej partii produktu. Z tego względu czujniki temperatury WIKA zaprojektowano z myślą o prostej kalibracji na miejscu. Osłona pozostaje w  środowisku procesu technologicznego, co pozwala uniknąć niepotrzebnych ingerencji w  proces. Główkę przyłączeniową trzeba wysunąć z  osłony termometrycznej wraz z  wkładem pomiarowym. Następnie należy skalibrować

bezpośrednio na miejscu w punkcie pomiarowym za pomocą odpowiedniego kalibratora temperatury firmy WIKA z suchym otworem pomiarowym. Umożliwia to kalibrację termometru rezystancyjnego (czujnik, przetwornik temperatury i  przewód pomiarowy służący do sterowania łącznie z  przyłączami kablowymi) w  ramach całego łańcucha pomiarowego, bez konieczności odłączania przyłączy elektrycznych. Warunkiem działania takiego rozwiązania jest odpowiednio zaprojektowany układ sterowania, pozwalający na kalibrację na miejscu. Jeśli ten warunek jest spełniony, przyrządy pomiarowe można kalibrować szybko i  bez zbędnych nakładów pracy bezpośrednio w  urządzeniu. Dzięki temu użytkownik urządzenia nie musi przeprowadzać oddzielnej

Fot. Wika Polska

W przemyśle spożywczym temperatura jest jednym z najczęściej mierzonych parametrów, odgrywa niezwykle istotną rolę w wielu procesach i wywiera zasadniczy wpływ na jakość produktu końcowego. Z tego względu przyrządy pomiarowe, będące źródłem decydujących danych, są kluczowym aspektem jakościowym produkcji. Aktualnie mają one spełniać trzy podstawowe wymagania: wysoka precyzja pomiarów, odpowiedni standard higieniczny oraz skuteczne zarządzanie jakością. Nowe produkty WIKA przeznaczone do pomiaru temperatury w urządzeniach wykorzystywanych w branży spożywczej zostały opracowane z uwzględnieniem wskazanych przez użytkowników wymagań. W  przypadku przyrządów do mierzenia temperatury wymogi higieniczne można spełnić, stosując odpowiednie osłony termometryczne, które dodatkowo wykluczają kontakt czujnika z  podatnymi na wszelkiego rodzaju zanieczyszczenia artykułami spożywczymi. Wymienny wkład umożliwia kalibrację przyrządów pomiarowych na miejscu, bez ingerencji w proces produkcji. Jest to ważna zaleta w przypadku wymagających zachowania sterylności procesów technologicznych. Dzięki temu operator urządzenia może, zgodnie z  założeniami HACCP, regularnie przeprowadzać kalibrację systemu bez konieczności ponownego czyszczenia i sterylizacji. Przyrządy pomiarowe należy regularnie kalibrować, aby zagwarantować trwałą wiarygodność i niezmienne wartości pomiarowe. W tym celu przyrząd porównywany jest ze wzorcem; sprawdzane jest, czy błąd pomiaru mieści się w zakresie tolerancji. Częstotliwość


kalibracji przewodu elektrycznego i czujnika oraz przenosić każdego przyrządu pomiarowego z punktu pomiarowego do laboratorium kalibracyjnego. Pozwala to zaoszczędzić czas i  ograniczyć liczbę wymienianych czujników. Tego typu rozwiązanie zwiększa dostępność urządzenia przy jednoczesnej minimalizacji poniesionych kosztów i  zmniejszeniu liczby pracowników potrzebnych do przeprowadzenia kalibracji. Do montowania czujników temperatury w  przewodach rurowych służy specjalna osłona, która spełnia wszelkie wymagania stawiane sterylnym technologiom procesów przetwórczych. Osłonę należy zamontować w rurociągu z zastosowaniem spawania orbitalnego. Dzięki dokładnie wyznaczonej i starannie przygotowanej spoinie proces ten jest szybki i  ekonomiczny. Instalacja przyrządu pomiarowego w rurociągu nie wymaga stosowania uszczelnień, które z konieczności miałyby styczność z wytwarzanymi środkami spożywczymi. Jednak najważniejszą cechą produktów spełniających standardy higieniczne jest nowa, opatentowana i  pozbawiona obszarów martwych konstrukcja elementów, które biorą bezpośredni udział w  przebiegu procesów technologicznych. Dzięki wgłębieniu korpusu

rury do montażu tulei ochronnej czujnika wykluczono martwy obszar. Dotychczas istniał on przy wywijaniu kołnierza wokół otworu w korpusie rurowym. Rozwiązanie to zapobiega odkładaniu produktu lub środków czyszczących w  urządzeniu i  w  dużym stopniu ułatwia opróżnianie i czyszczenie systemu. Zwiększa to bezpieczeństwo przeprowadzania tych czynności i  minimalizuje ryzyko zanieczyszczenia związane ze stosowaniem czujnika temperatury. Osłona umożliwia montaż czujnika w samym środku przewodu rurowego lub w  strumieniu przepływającego środka roboczego. Należy pamiętać o rozkładzie temperatury w płynnym produkcie – jest ona dużo wyższa w  środku strumienia niż przy ścianach rury, nawet podczas silnego przepływu w rurze. W zależności od warunków przepływu i  różnicy między temperaturą otoczenia i temperaturą medium przepływającego w przewodzie rurowym jej odchylenia mogą przekroczyć 5 K. Z tego względu tak ważny jest jej precyzyjny pomiar dokładnie w środku strumienia. Optymalne wykorzystanie ciepła procesu i obniżenie zużycia energii podczas ogrzewania produktu i czyszczenia można uzyskać wyłącznie dzięki dokonywaniu bardzo dokładnego pomiaru danych procesowych.

Systemy zaprojektowane w standardzie higienicznym umożliwiają dokładne czyszczenie urządzenia również z zewnątrz

W wielu urządzeniach czyści się regularnie nie tylko te części, które mają styczność z  produkowanymi artykułami spożywczymi, ale również te, które nie mają z  nimi kontaktu. W  związku z tym czujniki temperatury powinny być tak zaprojektowane, aby ułatwić czyszczenie elementów obudowy urządzenia. Ponadto obudowa musi spełniać wysokie wymagania higieniczne i  mieć odpowiedni stopień ochrony  IP. Łączenie przyrządów pomiarowych z  innymi komponentami systemowymi i urządzeniami wykonanymi w  standardzie higienicznym umożliwia skuteczne czyszczenie instalacji, chroniąc jednocześnie przed szkodliwym zanieczyszczeniem produktów spożywczych.

Wnioski Ze względu na punkty pomiaru temperatury, które są wykonane przy uwzględnieniu specjalnych wymagań higienicznych, należy już na etapie projektowania maszyny czy urządzenia pamiętać o włączeniu do procesu przygotowawczego firmy oferującej odpowiednie rozwiązania do mierzenia temperatury. Tylko w taki sposób odbiorca zyskuje pewność, że projekt punktów pomiarowych urządzeń produkcyjnych będzie zgodny z najnowszym stanem wiedzy. Ponadto zastosowanie najlepszych rozwiązań z zakresu techniki pomiaru i  wykonanie w  standardzie higienicznym zwiększy opłacalność i  bezpieczeństwo procesu technologicznego.

Fot. Wika Polska

WIKA Polska spółka z ograniczoną odpowiedzialnością sp.k. ul. Łęgska 29/35, 87-800 Włocławek Porównanie: nowa osłona pozbawiona obszaru martwego do montażu z zastosowaniem spawania orbitalnego i osłona używana dotychczas

e-mail: info@wikapolska.pl www.wikapolska.pl

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

75


Nowości      systemy komunikacji

Prowadnica liniowa i prowadzenie przewodów w jednym System kompaktowy i odpowiedni do małych ciężarów

Na targach Compamed 2012 firma igus zaprezentowała swój nowy, lekki system liniowy drylin Q. Dzięki specjalnej konstrukcji może on wykonywać równocześnie kilka zadań, których do tej pory nie udało się realizować

System ten składa się z niewymagającej smarowania prowadnicy liniowej z  możliwością prowadzenia przewodów wewnątrz profilu prowadzącego. Oznacza to, że drylin Q to pierwszy system z  asortymentu 90  tysięcy produktów firmy igus, który w jednym ekonomicznym rozwiązaniu łączy funkcję prowadnicy liniowej z prowadzeniem przewodów. Nowy produkt znajdzie zastosowanie przede wszystkim w technologiach medycznych.

Najlepsze z kilku światów Nowy system drylin  Q funkcjonuje jak klasyczna prowadnica umieszczona na wałku.

Nowy, odporny na momenty skręcające oraz kompaktowy liniowy system prowadzący drylin Q. Obudowa łożyska (u góry) z tworzywa sztucznego może być mocowana za pomocą dwóch połączeń śrubowych lub w otworze o średnicy 22 mm. W aluminiowym profilu można bezpiecznie prowadzić przewody. Do szerokiego programu akcesoriów modułowego systemu drylin Q należy również opcja oprawy aluminiowej ze zintegrowanymi łożyskami z tworzywa sztucznego (na dole)

Składa się z zamkniętej obudowy, która może być poruszana na nim liniowo. Drylin  Q nie ma jednak okrągłego wałka, lecz kwadratowy profil aluminiowy, o krawędzi długości 7,5 mm. Dzięki temu, w  przeciwieństwie do systemów okrągłych, jest całkowicie zabezpieczony przed obrotem. Aluminiowy profil jest dodatkowo pusty w  środku, dlatego można w  nim

poprowadzić przewód ze sprężonym powietrzem, cieczą, przewód sygnałowy lub zasilający. Takie hybrydowe rozwiązanie, stosowane w aplikacjach miniaturowych, jak np. wyposażenie laboratoryjne, gwarantuje oszczędność przestrzeni konstrukcyjnej na ułożenie przewodów.

Akcesoria i warianty do zaskakujących rozwiązań Obudowa drylin Q jest obecnie dostępna w  dwóch różnych wersjach, co zapewnia oszczędność przestrzeni, a jednocześnie jest niedrogim rozwiązaniem w  wykonaniu z  tworzywa sztucznego,

Z dużego zakresu akcesoriów drylin Q: proste i efektywne zaciski ręczne, które umożliwiają błyskawiczne ustawienie w odpowiedniej pozycji

76

Promocja

Fot. igus

za pomocą jednego komponentu.


Za pomocą zaledwie kilku akcesoriów, takich jak adaptery chwytaków, element przyłączeniowy do prowadnika przewodów i prowadnik przewodów E2 micro, można skonstruować prostą i trwałą pipetę

konstrukcji. Przykładem takiego rozktóre można różnie mocować: za powiązania może być pipeta. Profil alumocą dwóch połączeń śrubowych lub miniowy prowadzony przez dwie obuw otworze o  średnicy 22  mm. Druga igus Sp. z o.o. dowy z  tworzywa sztucznego zawieopcja to solidny wariant z  metalowym ul. Nakielska 3, 01-106 Warszawa ra przewód do transportu cieczy. Na kołnierzem, w  którym bezsmarowne tel. 22 863 57 70, fax 22 863 61 69 drugim końcu za pomocą specjalneślizgi z  tworzywa sztucznego są zintee-mail: info@igus.pl, www.igus.pl go elementu przyłączeniowego podłągrowane w obudowie z aluminium. Moczono prowadnik przewodów igus z sedułowy system uzupełniają liczne akcerii E2 micro, który zapewnia bezpieczne soria systemu drylin Q: wsporniki kołprowadzenie przewodu z  cieczą. Drynierza, zaciski ręczne, krańcówki, elelin Q można również używać w kamementy przyłączeniowe do prowadników Automaticon 2013 rach obsługiwanych manualnie, w apliprzewodów, zestawy montażowe do Zapraszamy do współpracy kacjach z zakresu przesuwu czujników chwytaków oraz poprzeczki z  tworzyi odwiedzenia naszego stoiska czy też w zadaniach z dziedziny obsłuwa sztucznego. Tak szeroki ich wybór – Hol, stoisko E1. gi manipulacyjnej lekkich elementów. umożliwia łatwe tworzenie trwałych PL-904-Energieeffiziente-ketten 170x125M_PL-904-Energieeffiziente-ketten 170x125M 13.02.13 11:11 Seite 1 REKLAMA

Wydajne energetycznie-prowadniki:

ć! oś w no

ć! oś w no ć! oś w no

E2/000

ć! oś w no

E4.1

P4

Działanie zielonych punktów dostrzegamy dopiero przy płaceniu rachunków za prąd: oszczędność 57% mocy napędowej poprzez zmniejszenie tarcia dzięki prowadnikom rolkowym. Teraz opcjonalnie jeszcze więcej prowadników od igus®. Zapytaj nas o próbki! Konfigurowane w minuty, dostarczone w godziny, stworzone na lata.

Fot. igus

Prosimy nas odwiedzić: Automaticon – Hol, Stoisko E1

.pl/moje-prowadnikiod24h

Tel. 22 863 57 70 Faks 22 863 61 69 Pon. – Piątek 8.00 – 20.00, Sob. do 12.00 plastics for longer life®

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

77


Nowości      Napędy pneumatyczne

Siłownik DSBC jest zawsze prawidłowo ustawiony, nawet podczas pracy synchronicznej oraz w sytuacjach, gdy dostęp jest utrudniony

Bezproblemowa instalacja

Projekt1

Nowy siłownik znormalizowany DSBC z inteligentnym systemem amortyzacji PPS

do sprzedaży nową serię siłowników znormalizowanych DSBC z samonastawną amortyzacją PPS dostępną w standardzie.

Siłowniki serii DSBC gwarantują konstruktorom i użytkownikom końcowym amortyzację pneumatyczną zachowującą wszystkie swoje zalety, ale pozbawioną trudności w  zakresie instalacji i  bez dodatkowych kosztów związanych z  uruchomieniem czy eksploatacją napędu. Siłownik znormalizowany DSBC z  systemem amortyzacji PPS to gotowe rozwiązanie do wielu zastosowań. Pracuje on automatycznie i  w  bezpieczny, kontrolowany sposób wytraca energię na końcu skoku, stosownie do

78

Promocja

prędkości, z jaką siłownik się porusza, oraz stosownie do obciążenia, jakie przenosi. Dzięki temu łatwiej jest spełnić wymagania norm bezpieczeństwa i sporządzić instrukcje instalacji zgodne z Dyrektywą Maszynową. Sercem systemu amortyzacji PPS firmy Festo jest innowacyjna konstrukcja tłoka z nakładką amortyzującą. Znajdują się w niej specjalne kanaliki o przekroju półokrągłym i w kształcie V, biegnące przez całą lub tylko część jej długości. Taka konfiguracja umożliwia wypychanie pewnej objętości powietrza, proporcjonalnej do inercji tłoka w  momencie jego wsuwania się, do zamkniętej komory w pokrywie końcowej. W ten sposób uzyskiwane jest płynne i  powtarzalne zwalnianie ruchu na końcu skoku.

Oszczędność czasu Samonastawna amortyzacja PPS firmy Festo oznacza brak konieczności wielokrotnego korygowania ustawień, wymaganego zazwyczaj podczas regulowania amortyzacji standardowych siłowników

pneumatycznych. System amortyzacji w siłownikach znormalizowanych DSBC ułatwia uruchomienie i oszczędza czas. Amortyzacja w położeniach końcowych jest dynamiczna i  zarazem łagodna, a ręczna regulacja nie jest wymagana. Stosowanie siłowników nowej serii DSBC przynosi korzyści również projektantom. Mają oni do wyboru dużą liczbę modułowych wariantów umożliwiających dostosowanie konfiguracji do specyficznych środowisk pracy i  zastosowań, przy jednoczesnym zachowaniu efektywności ekonomicznej. Seria siłowników DSBC to następca sprawdzonych produktów DNC oraz DNCB. Dzięki wymiarom zgodnym z  wymogami ISO  15552 siłowniki DSBC mogą bez problemu zastąpić produkty starsze – z  wykorzystaniem znacznie bardziej uproszczonego procesu doboru komponentów. Siłowniki DSBC są dostępne w sześciu średnicach tłoka (do 100 mm) i ze skokami do 2,8 m. Szeroki zakres wariantów uszczelnień, zoptymalizowanych

N z

N w Fot. Festo

Firma Festo wprowadziła

A A ro

M


Siłownik znormalizowany DSBC

Wariant siłownika ze szpilkami ściągającymi DSBG

pod kątem specyficznych zastosowań, obejmuje twarde pierścienie zgarniające chroniące przed pyłem, uszczelnienia do pracy bezsmarowej w środowiskach, w  których np. tłoczyska są myte, uszczelnienia przeznaczone do pracy w  temperaturach do –40 °C lub odporne na wysokie temperatury do +150 °C, a także uszczelnienia kwasoodporne. Opcjonalne warianty udostępniają kwadratowe tłoczysko stanowiące zabezpieczenie przed obrotem, opcje uszczelnień przeznaczone do eksploatacji przy małych stałych prędkościach bez efektu ruchu skokowego lub dla uzyskania bardzo niskiego tarcia, głowicę zaciskową Projekt1:Makieta 1

2013-02-21

13:17

i blokadę położeń końcowych zapobiegające ruchom siłownika nawet w  przypadku przerwy w  dostawie powietrza, a  także wersję do pracy w  obszarach zagrożonych wybuchem wersję zgodną z ATEX 2G wraz z odpowiednią dokumentacją. Strategia wspólnych części, stosowana przez Festo, pozwala obniżyć koszty logistyki i  produkcji, w  wyniku czego klient uzyskuje krótszy czas realizacji serii produkcyjnej oraz konkurencyjne ceny. Dodatkowo, w magazynach Festo znajduje się duża liczba siłowników o  standardowych skokach, które mogą być dostarczone następnego dnia. Siłowniki o skoku niestandardowym są

dostępne na zamówienie. Minimalizacja kosztów jest możliwa dzięki zastosowaniu opatentowanej konstrukcji tłoka, w której zastosowano innowacyjną technikę trójstopniowego formowania. Nowy tłok stanowi konstrukcyjnie jeden element, który składa się z uszczelnień, pierścienia prowadzącego oraz magnesu dla sygnalizacji położenia tłoka. Więcej informacji na temat siłowników  DSBC można znaleźć na stronie internetowej www.festo.pl.

FESTO Sp. z o.o. Janki k. Warszawy ul. Mszczonowska 7, 05-090 Raszyn tel. 22 711 41 00, fax 22 711 41 02 www.festo.pl

Strona 1

REKLAMA

Nowy siłownik znormalizowany DSBC zgodny z ISO 15552

Fot. Festo

Nowy siłownik DSBC z systemem samonastawnej amortyzacji PPS w sposób optymalny dostosowuje się do zmian obciążeń i prędkości.

Festo Sp. z o.o. Janki k/Warszawy ul. Mszczonowska 7 05-090 Raszyn Amortyzacja PPS zrewolucjonizowała świat siłowników standardowych. Contact Center Tel. + 48 22 711 41 00 Automatyczna - czysta - bezpieczna: dla szybszej instalacji i natychmiastowego Fax + 48 22 711 41 02 rozruchu. festo_poland@festo.com Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013 79 www.festo.pl

Mniej oznacza więcej! - sprawdź na www.festo.pl


Nowości      bezpieczeństwo

Na targach SPS IPC Drives 2012 grupa Schmersal zaprezentowała niezwykle innowacyjną elektromagnetyczną blokadę bezpieczeństwa, której konstrukcję oparto na nietypowej zasadzie działania.

80

Promocja

Już na pierwszy rzut oka blokada AZM 300 znacząco różni się od urządzeń tego typu oferowanych dotychczas na rynku. Innowacyjny system ryglowania w  formie krzyża maltańskiego umożliwia aktywację blokady w  trzech płaszczyznach. Dzięki temu rozwiązaniu jedna i  ta sama wersja blokady może być wykorzystywana w  osłonach uchylnych z  zawiasami po lewej lub prawej stronie oraz w  osłonach przesuwnych. Inną zaletą prezentowanego rozwiązania jest brak konieczności stosowania dodatkowych komponentów, takich jak

odboje lub zatrzaski. Funkcjonalności te są już zintegrowane z blokadą, co z  pewnością docenią producenci maszyn i linii produkcyjnych. AZM  300 ma także inną przydatną opcję – regulowanie siły zatrzasku, niezwiązaną z  bezpieczeństwem funkcję przytrzymywania drzwi, gdy blokada nie jest zaryglowana. Dzięki temu urządzenie można łatwo dopasować do indywidualnych wymagań. W  nowej blokadzie innowacyjna jest nie tylko konstrukcja mechaniczna. Również w  zakresie elektroniki wykorzystano najnowsze technologie.

Fot. Schmersal-Polska

AZM 300 – blokada bezpieczeństwa z indywidualnym kodowaniem i regulacją siły zatrzasku


www.schmersal.pl

Użytkownik może wybierać spośród dostępnych trzech rodzajów kodowania, a zintegrowany czujnik  RFID wykrywa zastosowany rodzaj kodowania aktywatora. W  wersji podstawowej czujnik akceptuje każdy aktywator. Druga, kodowana wersja zadziała jedynie przy wykorzystaniu indywidualnie kodowanego aktywatora. Procedura parowania aktywatora z  blokadą może być wielokrotnie powtarzana. Ostatnia dostępna wersja wymaga zastosowania aktywatora, z  którym blokada została skojarzona przy pierwszym uruchomieniu. Użytkownik może wybrać wariant kodowania najbardziej odpowiedni do swojej aplikacji. Jest to duże udogodnienie. Jak wykazują badania, nieuprawniona manipulacja w systemie bezpieczeństwa nadal pozostaje bardzo istotnym problemem. Stosowanie blokad z  indywidualnie kodowanymi aktywatorami oczywiście nie wyklucza całkowicie takich działań, ale znacznie je utrudnia. Nowa elektromagnetyczna blokada bezpieczeństwa spełnia wymagania PLe wg normy PNEN  ISO  13849-1 oraz SIL  3. Przy projektowaniu wykorzystano m.in. konkretne wymagania zgłaszane przez producentów maszyn i  linii pakujących, którzy poszukiwali kompaktowej blokady o szerokim wachlarzu zastosowań, z  możliwością użycia kodowanych aktywatorów i  regulowaną siłą zatrzasku. Ponieważ potrzeby klientów z  branży opakowań często są podobne do tych zgłaszanych przez odbiorców z  branży spożywczej, projektanci dostosowali nową blokadę do wysokich wymagań higienicznych. Obudowa urządzenia i  aktywator zostały wykonane z  elementów o  zaokrąglonych krawędziach, by uniemożliwić gromadzenie się na nich osadu. Dodatkowo blokada AZM 300 jest odporna na działanie większości detergentów, a dzięki wysokiemu stopniowi ochrony IP69K sprawdzi się w zastosowaniach, w których obowiązują wysokie wymagania higieniczne.

NOWOŚĆ

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

SCHMERSAL-POLSKA sp.j. ul. Baletowa 29 02-867 Warszawa tel. 22 250 88 01

Fot. Schmersal-Polska

www.schmersal.pl

Zderzak

REKLAMA

Czujnik RFID

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

81


Nowości      Komputery przemysłowe

Automation PC 910 Komputer przemysłowy

Diody statusowe: zasilanie, HDD, sieć, praca

Automation PC 910 (APC 910) ma szereg zalet, które sprawiają, że znakomicie nadaje się do realizacji większości zadań

Przycisk zasilania

automatyzacji. Dzięki wydajności

Przycisk reset

i elastyczności spełnione są

Gniazdo USB

najszersze wymagania: użytkownicy mogą wybierać między dowolną wielkością kombinacji jednostki Zasobnik na kartę CFast

Bateria

Gniazdo wentylatora

APC 910 ma wytrzymałą konstrukcję i  doskonale pracuje w  systemie  24/7 w  trudnych warunkach przemysłowych. Serce tego potężnego komputera tworzą procesory trzeciej generacji Intel Core i, reprezentujące osiągnięcia najnowszej technologii. Procesory serii i są wielordzeniowe i mają zintegrowaną jednostkę graficzną bezpośrednio na procesorze. W  porównaniu z poprzednią generacją wydajność jest większa o  20  %, przy jednoczesnym ograniczeniu zużycia energii. Procesory Core  i3, Core  i5 oraz Core  i7, mające do czterech rdzeni, w  połączeniu z  nowym QM77  Express Chipset zapewniają najwyższy obecnie osiągalny poziom wydajności komputera przemysłowego. Duże wrażenie robi zintegrowana z  procesorem karta graficzna HD  Graphics  4000, zapewniająca też obsługę DirectX 11. Pozwala to na realizację nawet bardzo wymagających zadań graficznych, takich jak system

82

Promocja

wizualizacji, bez konieczności stosowania dodatkowej karty graficznej. Pozostała część infrastruktury komputera również jest nastawiona na maksymalną wydajność obliczeniową i uzyskanie optymalnej przepustowości danych. APC  910 został wyposażony w kartę Serial ATA – CFast, która zastąpiła wcześniej używaną Compact Flash. Łączy ona formę karty Compact  Flash z szybkim interfejsem SATA. Za przednią obudową w  APC  910 umieszczono łatwo dostępne gniazdo na kartę CFast. Dzięki temu można ją wykorzystywać jako wyjmowalną pamięć do transferu danych lub aktualizacji systemu. W  urządzeniu zastosowano nowatorski projekt systemu chłodzenia, z  nowym radiatorem. Ulepszona jest konwekcja w  bezwentylatorowym modelu APC  910. W  systemach z  wentylatorem strumień powietrza kierowany jest przez zintegrowane części

głównej i wydajności CPU, z procesorem trzeciej generacji serii Intel Core i.

Fot. B&R Automatyka Przemysłowa

Gniazdo kart CFast


Nadeszła generacja 3iii ! generacja Nadeszła

chłodzące. W związku z tym, że procesory mają coraz mniejsze wymiary, ciepło jest wytwarzane na mniejszych powierzchniach. W takim przypadku przewody ciepła są najlepszym sposobem zapewniającym jego optymalne odprowadzenie. Mają one postać rurek wypełnionych płynem, który wykorzystuje procesy parowania i  kondensacji do efektywnego transferu dużej ilości ciepła poza tę małą przestrzeń. Przewody są bardzo lekkie i zajmują znikomą ilość miejsca w obudowie komputera. APC 910 bez wentylatora może uzyskać taką wydajność jaka w komputerach przemysłowych poprzednich generacji była możliwa do osiągnięcia tylko w wersjach z wentylatorem. APC 910 pracuje na systemach Linux lub Microsoft Windows Embedded Standard 7. Jest również dostępna wersja Windows 7 Premium, zapewniająca takie możliwości jak: wsparcie dla paneli wielodotykowych i  interfejsy wielojęzyczne. Obydwa wymagają mniejszej pamięci i kosztują mniej niż pełna wersja Professional i Ultimate. Wszechstronny box  PC firmy B&R daje użytkownikom swobodę, jakiej potrzebują, by uzyskać jak największą wydajność urządzenia i  systemu automatyzacji. APC 910 doskonale dostosowuje się do indywidualnych wymagań klienta, czyniąc to rozwiązanie znakomitym wyborem do prawie każdej aplikacji.

`` Komputer`przemysłowy`B&R`Automation`PC`z` procesorami``trzeciej`generacji`Intel®`Core™`i3/i5/i7` `` Praca`bez`wentylatora`nawet`w`najwyższej`klasie` wydajności`z`procesorem`Core™`i7 `` Technologia`Intel®`Turbo`Boost`z``4`rdzeniami`i` wsparciem`DirectX`11` `` Bezkompromisowa`jakość`dla`maksymalnej` wydajności,`która`przetrwa`najbardziej`uciążliwe` warunki`przemysłowe

B&R Automatyka Przemysłowa Sp. z o.o. ul. Strzeszyńska 33, 60-479 Poznań tel. 61 8460500 e-mail: office.pl@br-automation.com www.br-automation.com

REKLAMA

Fot. B&R Automatyka Przemysłowa

Jeszcze`silniejsza`–`jeszcze`szybsza`–`jeszcze`mądrzejsza

www.br-automation.com/automationpc Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013 Perfection in Automation

www.br-automation.com

83


Nowości      Prezentacja firmowa

Fot. 1. Nowy budynek biurowo-produkcyjny firmy .steute

Dla firmy .steute ostatni rok był czasem ogromnych zmian i nowych wyzwań. Dynamiczny wzrost sprzedaży, zakończenie przekształceń struktury działów sprzedaży i marketingu, sukcesywnie zwiększająca się liczba oferowanych produktów – wszystko to wymusiło szereg inwestycji.

Co nowego w firmie .steute?

84

Promocja

Następstwem wzrostu sprzedaży, konieczności sprawowania lepszego nadzoru nad procesami biznesowymi oraz rozwoju sieci dystrybucyjnej było też wdrożenie od 1 stycznia br. systemu informatycznego SAP, dostosowanego do wymagań firmy .steute. Obecnie trwa zmiana procedur handlowych na linii siedziba główna – dystrybutorzy. Obejmuje ona także kłopotliwy proces modyfikacji numerów identyfikacyjnych produktów. Wdrażane zmiany pozwolą na utrzymanie wysokich standardów handlowych oraz możliwie krótkich terminów dostaw, do których odbiorcy są przyzwyczajeni od wielu lat. Klienci powinni być także zadowoleni z  wciąż rozbudowywanego portalu internetowego www.steute.com (w 2013 roku udostępniona będzie także jego spolszczona wersja). Obecnie można w  nim samodzielnie odszukać

Fot. 2. Wyłączniki bezprzewodowe LR (Long Range) i ULR (Ultra Long Range)

wszelką dostępną dokumentację produktów, obejmującą m.in. strony katalogowe, DTR-ki, rysunki 3D CAD, certyfikaty i/lub deklaracje zgodności. Ponieważ zawartość jest oparta o  aktualizowane bazy danych, znaczna część dokumentacji jest generowana na bieżąco, co gwarantuje jej zgodność ze stanem obecnym w momencie pobrania. Swoją premierę w marcu tego roku ma też nowa wersja serwisu www.wylaczniki-linkowe.pl, poświęconego wyłącznikom linkowym i  czujnikom zbiegania taśmy przenośników. W  portalu znalazły się także nowe urządzenia w  wersji Extreme (w  tym z  certyfikatem ATEX). Wkrótce klienci będą mogli także cieszyć się odświeżoną wersją serwisu www.wylaczniki-nozne.pl, poświęconego wyłącznikom nożnym – także tym w wykonaniach specjalnych bądź przeciwwybuchowych.

Fot. 3. Nowy wyłącznik linkowy i czujnik zbiegania taśmy serii ZS 91 S

Fot. .steute Polska

Najważniejszą decyzją z punktu widzenia rozwoju firmy było zwiększenie mocy produkcyjnych oraz rozszerzenie działu badań i rozwoju. W związku z  tym rozbudowano zakłady w  Löhne. Powstał nowy budynek o łącznym metrażu ok. 4000  m2 (fot.  1). Nowa powierzchnia mieści dział R&D (gdzie docelowo ma pracować 50  osób), część działu produkcji i  nowe magazyny. Tutaj będą wytwarzane urządzenia elektroniczne oraz będzie się odbywał montaż końcowy i testy urządzeń, które trafią później do nowych magazynów, umieszczonych w strefach zabezpieczonych przed wyładowaniami elektrostatycznymi. Warto wspomnieć, iż nowe, nowoczesne laboratorium .steute pozwala na samodzielne przeprowadzanie testów wytrzymałościowych, prób wodoszczelności, testów klimatycznych i  innych. Dzięki temu znacznie skraca się czas wprowadzania nowych produktów na rynek. W związku z rozbudową siedziby głównej wzrosła też liczba pracowników – obecnie .steute zatrudnia w Niemczech ponad 300 osób. Firma .steute uruchomiła także produkcję w  Chinach i  w  Brazylii. Tamtejsze zakłady zaopatrywać będą głównie lokalne rynki, ale część produkcji urządzeń trafi także do Europy i USA. Decyzja o inwestycji w nowe zakłady produkcyjne została podyktowana m.in. chęcią znacznego skrócenia terminów dostaw.


Fot. 4. Bezprzewodowe czujniki indukcyjne

Rok 2012 przyniósł też szereg nowości produktowych. Do najważniejszych z nich należy zaliczyć bezprzewodowe wyłączniki pozycyjne i przyciski (fot. 2) oraz czujniki, wykorzystujące nowy standard transmisji radiowej o  nazwie .steute Wireless, który będzie stopniowo wypierał urządzenia EnOcean. Wyłączniki pozycyjne są ponadto wyposażane w generator elektrodynamiczny nowej generacji, jeszcze mniejszy i trwalszy niż poprzednie wersje. Nowe technologie pozwoliły na zwiększenie zasięgu transmisji. Teraz wynosi nawet  800  m w  terenie otwartym (wersja ULR – Ultra Long Range). Istotną nowością są też bezprzewodowe czujniki indukcyjne (fot. 4), magnetyczne i  optyczne. Wprowadzenie ich do oferty znacznie zwiększa liczbę możliwych aplikacji urządzeń bezprzewodowych firmy .steute. Rozbudowywane jest również portfolio dostępnych urządzeń radiowych w wykonaniu przeciwwybuchowym. Do sprzedaży trafiły zapowiadane od dłuższego czasu wyłączniki linkowe zatrzymania awaryjnego w wykonaniu Extreme, w tym popularne typoszeregi ZS 71 i ZS 80 oraz zupełna nowość w  ofercie – typoszereg ZS  91  S (fot. 3). Szczególnie ten ostatni jest wart uwagi, ponieważ będzie stopniowo zastępował dość popularne urządzenia serii ZS 90 S, przeznaczone do pracy w najtrudniejszych warunkach środowiskowych. Wszystkie ww. urządzenia charakteryzują się dużą odpornością na oddziaływanie agresywnych mediów, wysokich i/lub niskich temperatur, mogą być też dostarczone w  wersji o wysokim stopniu ochrony – maksymalnie IP69K. Dział Extreme sukcesywnie wprowadza do sprzedaży różnego rodzaju wyłączniki i czujniki, które mogą pracować w szczególnych warunkach, zwłaszcza narażonych na niskie i bardzo wysokie temperatury, oddziaływanie wody morskiej i agresywnych mediów. Najnowsze produkty z tego zakresu można znaleźć na stronach portalu www.steute.com w zakładce Extreme. Więcej informacji na temat omówionych tu nowości będzie można uzyskać podczas najbliższych targów Automaticon w Warszawie. Serdecznie zapraszamy do odwiedzenia naszego stoiska C5 w hali I.

Adam Więch al. Wilanowska 321, 02-665 Warszawa tel. 22 843 08 20, fax 22 843 30 52 e-mail: info@steute.pl www.steute.pl; www.wylaczniki-linkowe.pl www.wylaczniki-nozne.pl

REKLAMA

Fot. .steute Polska

.steute Polska

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

85


Nowości      Oprogramowanie

LBX – idziemy do przodu! Oprogramowanie LBX, oprócz opisywanych już w prasie technicznej możliwości odnośnie współpracy z urządzeniami komunikującymi się w standardzie Modbus RTU, jest również znakomitym narzędziem wspomagającym akwizycję

Dlaczego Windows? System Windows jest najbardziej popularnym i dostępnym systemem operacyjnym, co czyni go, również dzięki przystępnej cenie i prostocie obsługi, główną platformą użytkową. Firma LAB-EL, uwzględniając potrzeby i preferencje klientów, dostosowała swoje oprogramowanie do wymagań tego właśnie systemu. Niemniej, na zamówienie możliwe jest przygotowanie części serwerowej LBX dla systemu Linux lub Unix.

Przykładowe „okna robocze” programu LBX

Użytkownicy systemów monitoringu temperatury i wilgotności, opartych na przyrządach produkowanych przez firmę LAB-EL, mają możliwość skonfigurowania go wg własnych potrzeb i wymagań. Program z powodzeniem stosowany jest w magazynach, hurtowniach, zakładach produkcyjnych branży spożywczej i farmaceutycznej, muzeach, obiektach zabytkowych, sakralnych, archiwach, czyli krótko mówiąc, we wszystkich pomieszczeniach, w których muszą być monitorowane warunki środowiskowe zgodnie z obowiązującymi przepisami i systemami jakości oraz zasadami zdrowego rozsądku.

Skąd w nazwie „X”? Nazwa programu nawiązuje do oznaczeń typów produkowanych przyrządów. Wszystkie zawierają litery „LB”, pochodzące od LAB-EL. Literą „X” oznaczana jest niewiadoma w równaniach, nieznana do momentu rozwiązania zadania. Przystępując do tworzenia programu, producenci nie wiedzieli, jak rynek zareaguje na tę nową propozycję, nie znali wyniku. Dzisiaj już wiedzą; równanie z niewiadomą „X” zostało rozwiązane: „X = sukces”.

Kto jest użytkownikiem? LBX jest programem uniwersalnym do obsługi aparatury pomiarowej i obejmuje całą ofertę firmy LAB-EL.

86

Promocja

Jak pracuje LBX? Program LBX może być instalowany na komputerze z dowolnym systemem operacyjnym typu Windows (włącznie z Windows 8) jako tzw. serwer lub klient. Serwer to komputer, na którym tworzona jest baza danych pomiarowych, generowane są stany alarmowe, do którego podłączone są urządzenia pomiarowe i wykonawcze. Klient to dowolny komputer podłączony do sieci lokalnej lub zewnętrznej, skonfigurowany tak, aby mógł służyć do korzystania z zasobów serwera oraz, przy odpowiednich uprawnieniach użytkownika, zarządzania nimi. Termohigrometr z wyświetlaczem LCD

Przyrządy pomiarowe i tzw. koncentratory (wielowejściowe urządzenia, posiadające pamięć, przeznaczone do akwizycji danych, które następnie pobierane są przez serwer do bazy danych) mogą być podłączone do serwera bezpośrednio poprzez porty szeregowe COM, USB, pośrednio przez sieć komputerową LAN lub drogą radiową poprzez modemy, np. GSM. Urządzenia wykonawcze, np. przekaźniki, modemy telefoniczne i komórkowe, są również podłączone do serwera. Standardy sygnałów stosowanych i akceptowanych przez LBX to sygnały analogowe: prądowe 0/4...20 mA, napięciowe 0/2...10 V, sygnały binarne, sygnały temperaturowe z czujników termistorowych oraz sygnały cyfrowe S300 (cyfrowa pętla prądowa), które są najczęściej używane. LBX obsługuje także sygnały w standardzie Modbus RTU (przez RS-232, RS-485, USB) lub Modbus TCP (przez sieć LAN).

LBX a inne systemy SCADA Oprogramowanie LBX ma wszystkie właściwości systemów SCADA. Daje możliwość tworzenia własnych ekranów synoptycznych (ekrany użytkownika) poprzez wykorzystanie tzw. obiektów dynamicznych. Zmienne pomiarowe można przerzucić np. na plan pomieszczenia i dzięki temu uzyskać obraz typu one look, wizualizujący proces. System obsługuje standardy Modbus i inne specjalizowane standardy stosowane w automatyce i w metrologii, co rozszerza możliwości systemu o obsługę urządzeń spoza oferty

Fot. LAB-EL

i wizualizację danych pomiarowych.


LAB-EL. LBX daje możliwości oprogramowania SCADA za wielokrotnie niższą cenę.

Czy LBX może współpracować z innymi systemami? Zasadniczo LBX współpracuje z innymi systemami. Odczytuje dane z urządzeń, a także udostępnia własne dane dla innych systemów i urządzeń. Program obsługuje np. urządzenia wyposażone w interfejsy systemu Modbus RTU oraz Modbus TCP dowolnych producentów, odwołując się do rejestrów urządzeń. Dodatkowo, posiada wbudowany serwer Modbus TCP, który odpowiada na zapytania z urządzeń master. Innym sposobem odczytu bieżących danych z programu jest wykorzystanie standardu DDE. Przez LBX mogą być udostępniane dane archiwalne. Korzystając ze sterowników ODBC, program zapisuje zebrane dane w przyjazny dla użytkownika sposób i do właściwie dowolnej bazy danych. Można także wykorzystać wbudowany w LBX serwer WWW, dzięki czemu dostęp do danych uzyskuje się za pomocą wszystkich

urządzeń wyposażonych w przeglądarkę z jakimkolwiek systemem operacyjnym (w tym z przenośnych tabletów i smartfonów).

Zasady licencjonowania Oprogramowanie LBX użytkowane jest na zasadach umów licencyjnych. Każdy użytkownik otrzymuje tzw. klucze licencyjne oraz numer licencji. Klucz, oprócz numeru licencji, zawiera liczbę czujników pomiarowych zainstalowanych w systemie. Dołączenie dodatkowego czujnika do systemu wymaga rozszerzenia licencji poprzez zmianę klucza. Klucze generowane są okresowo lub bez ograniczenia terminu ważności. Użytkownik posiadający licencję bez ograniczenia terminu ważności może przez dwa lata pobierać i instalować nowe wersje oprogramowania LBX. Po upływie tego czasu system domaga się odnowienia praw do aktualizacji, której koszt wynosi tylko 20 % początkowej wartości licencji.

Czy cena jest adekwatna do możliwości? Cena systemu jest niewspółmiernie niska w stosunku do osiąganych efektów, wynikających z ochrony bardzo dużych zasobów materialnych, np. składowanych w magazynach farmaceutyków lub produktów spożywczych.

Co dalej? W 2002 r. powstała pierwsza wersja 1.1.1. Obecnie jest już wersja 1.7.66. W programie wprowadzane są na bieżąco zmiany, poprawki oraz dodatkowe funkcje do obsługi kolejnych urządzeń i realizacji nowych algorytmów przetwarzania danych. Wszelkie mankamenty, pojawiające się w konkretnych konfiguracjach, są w trybie natychmiastowym usuwane. Ponadto system rozwija się dzięki uwagom i propozycjom zgłaszanych przez użytkowników. Firma LAB-EL zaprasza do zapoznania się ze szczegółowym opisem programu, który zamieszczono na stronie www. label.pl/po/lbx_program.html.

Andrzej Łobzowski Uniwersalny sterownik-regulator cyfrowy

Wojciech Szkolnikowski LAB-EL Elektronika Laboratoryjna

REKLAMA

Urządzenia i systemy do monitorowania parametrów klimatu oraz sterowania procesami przemysłowymi

Fot. LAB-EL

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

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

87


Wydarzenia      zapowiedzi

Seminaria naukowe PIAP Semestr XL „Wiosna 2013” Nowości w dziedzinie automatyki, robotyki i przemysłowej techniki pomiarowej

„Badania w zakresie robotów prowadzone w Katedrze Robotyki i Mechatroniki AGH” – prof. dr hab. inż. Tadeusz Uhl, Kierownik Katedry Robotyki i Mechatroniki AGH Podczas seminarium przedstawione zostaną konstrukcje robotów medycznych oraz inspekcyjnych wykonane w okresie ostatnich 3 lat w Katedrze Robotyki i Mechatroniki AGH. W zakresie robotów medycznych przedstawiony zostanie robot do reedukacji chodu oraz robot do manipulacji wewnątrz komórkowej. W zakresie robotów inspekcyjnych robot do inspekcji zbiorników z wodą oraz robot latający.

20 marca 2013 r. (środa) godz. 1200 EXPO XXI, sala „B-1” „Jaka jest odpowiedzialność za produkt wprowadzany na rynek oraz do użytkowania?” – mgr inż. Stefan Kosztowski, Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP Wystąpienie poświęcone jest odpowiedzialności za produkt podmiotów uczestniczących w jego dostawach na rynek i do użytkowania. Odpowiedzialność w tym ujęciu stanowi element gwarancji bezpieczeństwa i jakości produktu.

Referat przedstawia rozszerzone możliwości wykonywania badań klimatycznych w Laboratorium Badań Urządzeń Przemysłowych (LBUP). Dzięki pomyślnie zakończonej modernizacji komory klimatycznej Votsch typu VSKZ 05/160 o objętości probierczej 12 m3. Aktualnie w laboratorium LBUP można wykonywać badania urządzeń o dużych gabarytach w zakresie temperatury od –50 °C do +70 °C, i wilgotności RH w zakresie od 10 % do 95 %. „Zrobotyzowane spawanie z wykorzystaniem zewnętrznej osi robota (wersje z 1 i 2 robotami)” – mgr inż. Marek Petz, Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP W wersji z jednym robotem IRB1600 współpracuje pozycjoner IRBP R300 (firmy ABB). Do spawania zastosowano źródło spawalnicze firmy Fronius typ TPS3200 z nową technologią spawania – CMT (Cold Metal Transfer). Nowe, cztery znacznie bardziej złożone stanowiska spawania mają, przy jednym pozycjonerze, pracujące jednocześnie dwa roboty (również firmy ABB). Ponieważ spawanie odbywa się również w czasie obrotu pozycjonera, konieczna jest precyzyjna koordynacja pracy tych trzech urządzeń – dwóch robotów i pozycjonera – przez jeden układ sterowania. Praca obu stanowisk będzie pokazana na filmie.

9 kwietnia 2013 r. 21 marca 2013 r. (czwartek) godz. 1200 EXPO XXI, sala „B-1” „Nowe możliwości badań klimatycznych w Laboratorium Badań Urządzeń Przemysłowych w PIAP” – mgr inż. Krzysztof Trzcinka, Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

88

(wtorek) godz. 1100 Wybrane przykłady wdrożeń przemysłowych PIAP „Zrobotyzowane gniazdo montażu tłumików do zaworów elektropneumatycznych” – mgr inż. Bogusław Rybałtowski, mgr inż. Marek Petz, mgr inż. Marek Grabiński,

Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP W gnieździe montażu robot IRB140 (produkcji ABB), wyposażony w podwójny chwytak, przenosi zaworki pobrane z transportera linii do dwóch stanowisk produkcyjnych. W pierwszym stanowisku tłumiki, dostarczane podajnikiem wibracyjnym, są wciskane do swojego gniazda. W drugim stanowisku przy pomocy specjalnej nagrzewnicy zaciskany jest mały kołek pełniący funkcję blokady. Po tej operacji robot przenosi zmontowany zaworek z tłumikiem na transporter wyjściowy. Praca gniazda będzie pokazana na filmie. Zrobotyzowane stanowisko do spawania chłodnicy powietrza typu MDB i MLB – mgr inż. Piotr Kostrzewa, mgr. inż. Robert Matejek, mgr inż. Paweł Stańdo, Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP Przedmiotem prezentacji jest półautomatyczne stanowisko do spawania samochodowych chłodnic powietrza. Operacji spawania poddawane są trzy komponenty składające się na wyrób końcowy: rdzeń chłodnicy oraz zbiorniki boczne (wejściowy i wyjściowy).

23 kwietnia 2013 r. (wtorek) godz. 1100 „Innowacyjne technologie jako podstawa sukcesu polskiej firmy produkcyjnej na przykładzie RADWAG Wagi Elektroniczne” – mgr inż. Jacek Pilecki, mgr inż. Tomasz Misiewicz, inż. Hubert Stanios, RADWAG Referat będzie krótko przedstawiał informacje dotyczące historii istnienia firmy RADWAG Wagi Elektroniczne.

Fot. Firma

5 marca 2012 r. (wtorek) godz. 1100


Zaprezentowany zostanie profil produkcyjny firmy i pozycja na rynku producentów przyrządów pomiarowych do pomiaru masy. Bardziej obszernie przedstawione będą zagadnienia techniczne oraz technologie związane z realizacją zadań konstruktorskich oraz produkcyjnych.

7 maja 2013 r. (wtorek) godz. 1100 „Retoryka w wystąpieniach publicznych” – prof. Małgorzata Marcjanik, Kierownik Zakładu Retoryki Dziennikarskiej Instytutu Dziennikarstwa, Uniwersytet Warszawski. Przedmiotem referatu jest sztuka publicznego mówienia. Omówione zostaną praktyczne zasady przygotowywania wystąpień publicznych. Poruszony zostanie grzecznościowy aspekt publicznego mówienia. Cel referatu to przedstawienie słuchaczom zasad sprawnego posługiwania się mową po to, by wywierać wpływ na ludzi.

21 maja 2013 r. (wtorek) godz. 1100 „Międzynarodowe targi przemysłowe HANNOVER MESSE 2013 oraz CEBIT’2013 – przegląd wybranych nowości technicznych” – zespół autorów z Przemysłowego Instytutu Automatyki i Pomiarów PIAP Na podstawie materiałów i informacji uzyskanych

na Międzynarodowych Targach Przemysłowych HANNOVER MESSE 2013 oraz CEBIT’ 2013 zespół pracowników omówi wybrane urządzenia.

certyfikatu ATEX. Zostaną omówione założenia, wymagania oraz koncepcja realizacji projektu MPI.

4 czerwca 2013 r. (wtorek) godz. 1100 Sesja dotycząca problematyki robotowej, organizowana wspólnie przez Komitet Robotyki Polskiego Stowarzyszenia Pomiarów, Automatyki i Robotyki POLSPAR i PIAP „Mobilna platforma inspekcyjna do monitorowania stref zagrożonych wybuchem kategorii M1 w kopalniach węgla kamiennego” – mgr inż. Maciej Cader, Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP Podczas seminarium zostanie przedstawiona koncepcja Mobilnej Platformy Inspekcyjnej MPI z napędem elektrycznym do stref zagrożonych wybuchem w kopalniach węgla realizowana w ramach Programu Badań Stosowanych. Efektem tego projektu będzie kołowy pojazd mobilny wyposażony w czujniki do pomiaru parametrów fizykochemicznych atmosfery kopalnianej, kamery działające w paśmie widzialnym i podczerwieni, akumulatory i napędy elektryczne zabezpieczone podwójnym zabezpieczeniem kategorii M1. MPI zostanie poddana badaniom w celu uzyskania m.in. certyfikatów budowy przeciwwybuchowej oraz

Seminaria, z wyjątkiem sesji w dniach 20 i 21 marca, odbywają się w Centrum Konferencyjnym Przemysłowego Instytutu Automatyki i Pomiarów w Warszawie, Al. Jerozolimskie 202. Sesje w dniach 20 i 21 marca należą do seminariów towarzyszących Międzynarodowym Targom AUTOMATICON 2013 Automatyka Pomiary Elektronika i odbywają się w Warszawie przy ul. Prądzyńskiego 12/14, w Warszawskim Centrum EXPO XXI, w sali B-1. Sekretarz naukowy seminariów – dr inż. Jadwiga Konopa tel. 87 40 205; e-mail: jkonopa@piap.pl.

Fot. Firma

Sekretariat seminariów – tel. 87 40 066; faks. 87 40 220; adres: 02-486 Warszawa Al. Jerozolimskie 202.

„Penetratory MUPS, CHOMIK i KRET – urządzenia przeznaczone do eksploracji powierzchni ciał Układu Słonecznego” – dr Karol Seweryn, dr inż. Jerzy Grygorczuk, mgr inż. Łukasz Wiśniewski., dr inż. Roman Wawrzaszek, Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk Niniejszy referat obejmuje swoją tematyką zagadnienia związane z opracowaniem i budową mechanizmów pracujących w warunkach kosmicznych, w szczególności penetratorów pozwalających na automatyczne pobieranie próbek regolitu planetarnego jak również dokonywanie pomiarów in-situ. W referacie dokonano syntetycznego przedstawienia penetratorów młotkowych opracowanych w Centrum Badań Kosmicznych PAN: MUPUS dla misji Rosetta, CHOMIK dla misji Phobos-Grunt oraz prototyp urządzenia KRET. „Specjalistyczny osprzęt dodatkowy pojazdów bezzałogowych dla misji związanych z bezpieczeństwem i obronnością” – mgr inż. Grzegorz Kowalski, Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP W trakcie wystąpienia zostaną zaprezentowane prace badawczorozwojowe prowadzone w Ośrodku Systemów Bezpieczeństwa PIAP, związane z zaprojektowaniem i wytworzeniem demonstratorów urządzeń i narzędzi, stanowiących osprzęt dodatkowy dla lądowych i powietrznych pojazdów bezzałogowych. Osprzęt ten rozszerza zakres czynności możliwych do wykonania przez bezzałogowe pojazdy lądowe i powietrzne.

dr inż. Jadwiga Konopa Sekretarz naukowy seminariów Przemysłowy Instytut Automatyki

Streszczenia referatów znajdują się na stronie www.piap.pl ® działalność naukowa ® seminaria

i Pomiarów PIAP tel. 22 874 02 05 e-mail: jkonopa@piap.pl

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

89


Polecane książki      

Piotr Lesiak, Piotr Bojarczak

Przetwarzanie i analiza obrazów w wybranych badaniach defektoskopowych Książka ukazała się w serii monograficznej Biblioteka Problemów Eksploatacji. Zasadnicza treść poprzedzona jest wykazem ważniejszych symboli i oznaczeń oraz wprowadzeniem. Została ona podzielona na wstęp, 6 rozdziałów i podsumowanie. Tematyka rozdziałów to: cyfrowa prezentacja obrazów wad, podstawy ich przetwarzania, analiza obrazów, wybrane algorytmy do różnych technik badań defektoskopowych oraz przykłady algorytmów dla klasyfikacji obrazów. Tekst jest bogato ilustrowany rysunkami i tabelami, a wykaz literatury obejmuje 200 pozycji, w tym 30 zacytowanych prac autorów. Recenzentami tej monografii byli wybitni specjaliści: prof. Witold Malina z Politechniki Gdańskiej i Akademii Marynarki Wojennej w Gdyni, autor wielu prac z dziedziny przetwarzania, rozpoznawania i klasyfikacji obrazów oraz prof. Andrzej Skorupa z Akademii Górniczo Hutniczej, przewodniczący Polskiego Towarzystwa Badań Nieniszczących. Książka dotyczy zastosowania teorii przetwarzania i analizy obrazów, dziedziny rozwijanej burzliwie od lat 90. XX w. Jej autorzy: profesor Piotr Lesiak i dr Piotr Bojarczak są pracownikami Wydziału Transportu i Elektrotechniki Politechniki Radomskiej, przekształconej w Uniwersytet Techniczno-Humanistyczny w Radomiu. Jako pierwsi w kraju zastosowali tę tematykę w badaniach defektoskopowych. Opisane przykłady algorytmów przetwarzania i klasyfikacji obrazów wad, zaczerpnięte z prac badawczych autorów, zostały zweryfikowane doświadczalnie. Ogromny rozwój systemów komputerowych pozwala obecnie na opracowywanie coraz to doskonalszych systemów defektoskopowych, w których „punkt ciężkości” przesunął się ze sfery oprzyrządowania na oprogramowanie. Dzięki zastosowaniu algorytmów przetwarzania obrazów wad oraz ich zobrazowania na płaszczyźnie (2D) i w przestrzeni (3D),

90

uzyskano bardziej precyzyjne informacje dotyczące zarówno kształtu, rozmiaru jak i położenia wad w badanym obiekcie. Jednak specyficzny rodzaj obrazów występujących w defektoskopii (najczęściej o niewielkiej rozdzielczości) sprawia, że w wielu przypadkach tradycyjne przetwarzanie obrazów zawodzi i konieczne jest opracowanie nowych metod, bądź modyfikacja już istniejących. Dlatego też bogata literatura dotycząca szeroko pojętych metod przetwarzania i analizy obrazów, okazuje się nie w pełni przydatna w defektoskopii. W książce przedstawiono całość zagadnień przetwarzania obrazów w badaniach defektoskopowych, poczynając od problemów podstawowych, dotyczących ich prezentacji, jak próbkowanie i kwantowanie (z optymalizacją siatki skaningowej), przez filtrowanie przestrzenne, częstotliwościowe i morfologiczne oraz wykorzystujących sieci neuronowe, które redukują szumy, a kończąc na różnych metodach segmentacji pozwalających na wyodrębnienie wad z tła analizowanego obrazu. Autorzy odwołują się do komercyjnych systemów defektoskopowych nowej generacji – ze zobrazowaniem 2D i 3D, opartych o metody: ultradźwiękową, wiroprądową, radiograficzną i wizualną. Pokazują zalety badań symulacyjnych, z których te systemy korzystają. Interesujące dla siebie informacje mogą tu znaleźć osoby bezpośrednio związane z wykonywaniem badań defektoskopowych, szczególnie w zakresie rozwiązań softwarowych, stosowanych przez światowych producentów do analizy obrazów wad w najnowszych systemach defektoskopowych. Odrębnymi zagadnieniami przedstawionymi w monografii są metody analizy obrazów klasyfikujące wady na podstawie ich cech charakterystycznych zdefiniowanych przez tzw. deskryptory. Umożliwia to zakwalifikowanie wady jako niebezpiecznej, bądź nie stanowiącej zagrożenia

eksploatacyjnego. Do tego celu wykorzystano szerokie spektrum zarówno prostych algorytmów bazujących na funkcjach podobieństwa, jak również „inteligentne” klasyfikatory działające na bazie analizy skupień oraz sieci neuronowych. Skuteczność zaprezentowanych metod defektoskopowych autorzy przetestowali na licznych przykładach obejmujących m.in. wykrywanie wad w szynach i podkładach kolejowych, spoinach oraz odlewach. Jest to atut książki, gdyż prezentuje ona ścisłe powiązanie przedstawionych algorytmów z praktycznymi sposobami ich wykorzystania w badaniach defektoskopowych. Uzyskane przez autorów wyniki badań stanowią zachętę do dalszych aplikacji i doskonalenia. Jednak różne rodzaje, a nawet egzemplarze obiektów z wykrytymi obrazami wad, wymagają indywidualnego podejścia. Zmusza to użytkowników gotowych systemów badawczych z fabrycznym oprogramowaniem, do projektowania w oprogramowaniu optymalnych ścieżek przetwarzania i analizy wad. Ta książka może im w tym pomóc. Czytelnikami tej monografii może być kadra inżynieryjno-techniczna zajmująca się badaniami defektoskopowymi, jak i studenci odpowiednich kierunków technicznych. Książkę należy polecić konstruktorom opracowującym i wdrażającym nowe rozwiązania aparatury defektoskopowej. Monografii stanowi unikalną pozycję wypełniającą lukę na rynku wydawniczym i to nie tylko krajowym. Warta jest wydania również w wersji angielskiej. Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji (Państwowy Instytut Badawczy), Radom 2012, 185 s., 12 tab., 105 rys., bibl. 200 poz. Zygmunt Lech Warsza Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP Polskie Towarzystwo Metrologiczne


Nauka     

Zastosowanie niedrogich modułów bezprzewodowych do sterowania oświetleniem Leszek Jarzębowicz, Marek Kuciński Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Politechnika Gdańska

Streszczenie: W artykule zaprezentowano niedrogi system zdalnego sterowania oświetleniem w budynku. Dokonano krótkiego przeglądu dostępnych na rynku, gotowych rozwiązań. Zaproponowano własną strukturę sterowania wykorzystując tanie moduły bezprzewodowe. Przedstawiono projekt najistotniejszych elementów systemu. Omówiono sposób oprogramowania modułów oraz nadrzędną aplikację sterującą. Artykuł zawiera ocenę systemu, z uwzględnieniem możliwości modyfikacji i usprawnień. Słowa kluczowe: inteligentny budynek, moduły bezprzewodowe, pasmo 868 MHz, sterowanie radiowe, sterowanie oświetleniem

Ł

ączność bezprzewodowa jest coraz szerzej wykorzystywana. Jednym z jej rozwijających się zastosowań jest szeroko rozumiana automatyka budynków. Oczekiwania użytkowników w zakresie funkcjonalności rosną, lecz w większości zastosowań bardzo istotnym czynnikiem jest również cena. Oferta gotowych rozwiązań systemów automatyki budynkowej jest szeroka, lecz brakuje w niej rozwiązań prostych, w cenie przystępnej dla amatorów. Niedrogie uniwersalne moduły radiowe, które dostępne są na polskim rynku, umożliwiają opracowanie własnego, bardzo taniego bezprzewodowego systemu automatyki. Projekt takiego systemu, przeznaczonego do sterowania oświetleniem w budynku mieszkalnym, opisano w artykule.

Producenci osprzętu automatyki, wychodząc naprzeciw powyższym przeciwnościom, oferują urządzenia komunikujące się bezprzewodowo [3]. Najczęściej wykorzystywanym standardem jest ZigBee (wywodzący się z rozwiązań przemysłowych), wykorzystywany m.in. przez firmę CONTROL4. Dostępne są też inne rozwiązania, jak Z-Wave z osprzętem firmy FIBAR czy DUWI. Jednakże koszt tych rozwiązań jest stosunkowo wysoki, co ogranicza obszar ich zastosowań. Istnieje potrzeba zaproponowania prostego i niedrogiego systemu sterowania oświetleniem w budynku mieszkalnym. Jedno z możliwych rozwiązań, wykorzystujące moduły radiowe kosztujące ok. 20 zł za sztukę, przedstawiono w referacie.

2. Struktura systemu sterowania Proponowaną strukturę systemu sterowania przedstawiono na rys. 1.

1. Automatyka budynków

Rys. 1. Struktura systemu sterowania Fig. 1. Control system diagram

Największą popularnością w obszarze automatyki budynkowej cieszą się obecnie rozwiązania przewodowe. Wymagają one jednak przystosowanej instalacji elektrycznej, zawierającej dodatkowe przewody transmisyjne (najczęściej 2). Niewątpliwą zaletą tych rozwiązań jest ugruntowana pozycja na rynku, której skutkiem jest szeroka oferta modułów zgodnych z takimi standardami, jak EIB, LCN czy Lonworks [1]. Częstym problemem jest implementacja systemów przewodowych w już istniejących budynkach. Duży koszt związany z wymianą instalacji, na zgodną z systemami automatyki budynkowej, zazwyczaj nie jest rekompensowany przez korzyści z poczynionej modernizacji. Wybrani producenci oferują moduły komunikujące się przez standardową sieć zasilającą 230 V, ale są to rozwiązania droższe i mające ograniczoną funkcjonalność [2].

System składa się ze stacji bazowej oraz terminali wykonawczych. Jako urządzenia wykonawcze zastosowano trójkolorowe diody LED mocy. Jednostka sterująca, którą może być komputer lub panel operatorski, pełni funkcję intuicyjnego interfejsu użytkownika. Umożliwia ona m.in.: – odczyt i zmianę stanów wszystkich punktów oświetleniowych, – dodawanie i usuwanie punktów oświetleniowych, – podstawową diagnostykę systemu, zarówno w zakresie transmisji bezprzewodowej, jak i stanu poszczególnych terminali. Stacja bazowa połączona jest z jednostką sterującą przez jeden z przewodowych interfejsów komunikacyjnych. Dostępne są złącza: USB oraz RS-232. Zadaniem stacji bazowej jest realizacja transmisji bezprzewodowej z ter-

92


minalami wykonawczymi. Stacja ta pełni rolę bramki między urządzeniem nadrzędnym przyłączonym przewodowo, a zdalnymi terminalami komunikującymi się z wykorzystaniem transmisji radiowej. Terminale wykonawcze sterują oświetleniem zgodnie z poleceniami przesyłanymi drogą radiową. Wykonane są w postaci zunifikowanych modułów.

wości mikrokontrolera zostały wykorzystane. W kolejnych rewizjach urządzeń planowane jest wykorzystanie wbudowanego kontrolera USB, co pozwoliłoby wyeliminować zewnętrzny moduł konwertera USB–UART, oraz implementacja szyfrowania całej transmisji w celu zwiększenia poziomu bezpieczeństwa.

3. Projekt modułów systemu 3.1. Założenia

W efekcie analizy wymagań stawianych przed elementami sytemu, poczyniono następujące założenia projektowe: – możliwość sterowania trzema diodami LED mocy (lub jedną trójkolorową) przez każdy terminal, – wykorzystanie gotowych modułów transmisji bezprzewodowej, – utrzymanie niskiego kosztu systemu, – transmisja dwukierunkowa z wykorzystaniem protokołu master–slave oraz z potwierdzaniem rozkazów, – otwarta struktura systemu umożliwiająca jego rozwój w przyszłości, – wykorzystanie popularnych interfejsów komunikacji przewodowej do połączenia stacji bazowej z jednostką sterującą.

3.2. Rozwiązania sprzętowe

Bazując na wymienionych założeniach dokonano wyboru elementów składowych modułu systemu. Za komunikację radiową odpowiada moduł RFM-23B firmy Hope RF [4]. W sprzedaży dostępne są moduły pracujące w pasmach częstotliwości: 433 MHz, 868 MHz oraz 2,4 GHz. Wszystkie te pasma są ogólnodostępne dla amatorskiej komunikacji bezprzewodowej. Na korzystanie z nich nie jest wymagana licencja pod warunkiem nieprzekroczenia odpowiedniej wartości mocy wypromieniowanej. Do projektu wybrano moduły na pasmo 868 MHz, jednak nic nie stoi na przeszkodzie, aby wykorzystać moduły na pozostałe pasma. Z pewnością będzie miało to wpływ na maksymalny zasięg komunikacji. Musi on być jednak wyznaczony empirycznie w konkretnym środowisku. Zmiana pasma wymaga jedynie nieznacznych poprawek w oprogramowaniu modułów. W stadium prototypu wykorzystano taki sam obwód drukowany do budowy stacji bazowej oraz terminali wykonawczych. Układy te różnią się między sobą zamontowanymi elementami (interfejsy komunikacyjne, obsługa dołączonych wyjść itp.). Pozwoliło to skrócić czas wymagany na zaprojektowanie elementów systemu.

3.3. Stacja bazowa

Schemat blokowy stacji bazowej został przedstawiony na rys. 2. Przyjęta struktura pozwala na łatwe późniejsze modyfikacje poszczególnych segmentów. Jako jednostkę obliczeniową i sterującą w prototypie modułu stacji bazowej wybrano mikrokontroler STM32F103 z rdzeniem ARM Cortex-M3 [5]. Wybór został podyktowany jego szerokimi możliwościami komunikacyjnymi oraz wysoką wydajnością obliczeniową, zapewniającą duże możliwości rozwoju systemu, przy stosunkowo niskiej cenie. Nie bez znaczenia jest także dostępność literatury pomocniczej oraz wsparcia ze strony polsko- i angielskojęzycznych grup dyskusyjnych. W obecnej wersji projektu nie wszystkie możli-

Rys. 2. Schemat blokowy stacji bazowej Fig. 2. Base station diagram

Komunikacja z jednostką sterującą możliwa jest przez dwa przewodowe kanały transmisyjne. Pierwszy wykorzystuje obecny od wielu lat na rynku standard RS-232. Jego implementacja w urządzeniu pozwala wykorzystać szeroko dostępne rozwiązania, jak na przykład dotykowe panele operatorskie czy miniaturowe komputery. Zapewnia to również współpracę ze sprzętem starszego typu, którego cena na rynku wtórnym jest niska. Drugim kanałem transmisyjnym jest nowocześniejsza magistrala USB. Dzięki wykorzystaniu tego standardu możliwe jest bezproblemowe podłączenie urządzenia do typowego komputera domowego. Obecnie coraz częściej komputer staje się domowym centrum rozrywki i sterowania, nierzadko udostępniając możliwość monitoringu i kontroli systemu alarmowego czy podgląd obrazu z kamer monitoringu. Uzupełnienie tej funkcjonalności o możliwość sterowania urządzeniami wykonawczymi poszerza zakres jego zastosowań. Zasilanie układu może być realizowane na dwa sposoby. Wybór podyktowany jest miejscem instalacji oraz typem urządzenia nadrzędnego. W przypadku zastosowania urządzenia z interfejsem RS-232 (np. panel operatorski), niezbędne jest zewnętrzne źródło zasilania. Dzięki zastosowaniu przetwornicy obniżającej, opartej na układzie MC34063, dopuszczalny zakres napięć wejściowych jest bardzo szeroki i wynosi od 6 V do 40 V. Maksymalny pobór prądu nie przekracza 100 mA. Umożliwia to zastosowanie niedrogiego zasilacza wtyczkowego. W przypadku wykorzystania interfejsu USB, zasilanie stacji bazowej odbywa się bezpośrednio z portu komunikacyjnego. Jakość zasilania, rozumiana jako niski poziom tętnień, jest kluczowym czynnikiem warunkującym wysoką niezawodność transmisji radiowej. Niezbędne jest umieszczenie filtru w bezpośredniej bliskości miejsca montażu modułu łączności bezprzewodowej. Niezastosowanie się do tego wymagania skutkuje trudnymi do zdiagnozowania (niezgodnymi z kartą katalogową) zachowaniami modułu.

3.4. Terminal wykonawczy Struktura terminala wykonawczego jest znacznie mniej skomplikowana niż stacji bazowej, co przedstawiono na rys. 3. Jako jednostkę obliczeniową, w prototypie terminala wykonawczego, zastosowano mikrokontroler identyczny jak Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

93


Nauka     

w stacji bazowej. Podyktowane to zostało łatwością opracowania oprogramowania dla obydwu urządzeń. Wykonanie projektu części sprzętowej zostało dzięki temu również znacząco uproszczone.

Rys. 3. Schemat blokowy terminala wykonawczego Fig. 3. Terminal-node diagram

W terminalu wykonawczym możliwe jest także wykorzystanie znacznie tańszego mikrokontrolera z tej samej rodziny, np. STM32F100. Nie pociąga to za sobą ograniczeń w funkcjonalności systemu, ponieważ realizacja zadań postawionych przed terminalem wykonawczym nie wymaga dużej mocy obliczeniowej. Zasilanie modułu terminala wykonawczego jest ściśle związane z dołączonym urządzeniem wykonawczym. W prezentowanym rozwiązaniu użyto zasilacz o napięciu wyjściowym wynoszącym 12 V, dostosowanym do wykorzystanych diod LED. Terminal umożliwia również przyłączenie innych układów wykonawczych o napięciu pracy 12 V lub 24 V. Przykładowym zastosowaniem są systemy oświetlenia oparte na żarówkach halogenowych lub żarówkach LED. Przystosowanie układu do takiej konfiguracji polega na zastosowaniu innych tranzystorów wykonawczych w obwodach wyjściowych. Dla umożliwienia identyfikacji modułów systemu wykorzystano sprzętowe ustawianie adresu za pomocą zworek SMT (ang. Surface Mount Technology).

ne zbyt dużą odległością pomiędzy stacją bazową a terminalem, dużymi zaburzeniami elektromagnetycznymi lub uszkodzeniem samych modułów.

4.2.Obsługa modułu bezprzewodowego Komunikacja z modułem bezprzewodowym RFM23B [4] odbywa się z użyciem wbudowanego w mikrokontroler sterujący sprzętowego interfejsu SPI. Znacznie upraszcza to jego obsługę w porównaniu do wykorzystania rozwiązania programowego. Inicjalizacja modułu rozpoczyna się od wyłączenia wszystkich źródeł przerwań. Następnie konfigurowane są wbudowane w moduł wyprowadzenia GPIO. Kolejnym krokiem jest ustawienie parametrów związanych z przesyłem radiowym: pasma filtru selektywnego, dewiacji czy szybkości adaptacji zegara. Dalszym etapem jest wybór parametrów synchronizacji ramki. Ich poprawna konfiguracja jest niezbędna w celu poprawnego rozpoznawania pakietów przez moduł. Możliwe jest również włączenie sprzętowej adresacji modułów, jednak w przedstawionym projekcie wykorzystano bardziej elastyczne rozwiązanie programowe (mogące obsługiwać np. adresy grupowe). Szybkość transmisji została ustawiona na 9600 bodów, co jest wartością wystarczającą dla prezentowanego zastosowania. Moc wyjściową nadajnika ustawiono na +3 dBm.

4. Oprogramowanie modułów systemu 4.1. Algorytm programu

Program modułu stacji bazowej realizuje funkcję bramki pośredniczącej między interfejsem przewodowym a bezprzewodowym, dlatego nie zamieszczono opisu jego działania. Algorytm działania programu terminala wykonawczego przedstawiono na rys. 4. Program rozpoczyna się od konfiguracji zegarów, portów wejścia/wyjścia oraz interfejsów komunikacyjnych. Następnie nawiązywana jest komunikacja z modułem bezprzewodowym oraz jego konfiguracja. W głównej pętli program oczekuje na rozkazy nadsyłane drogą radiową. Po wykryciu sygnału odbierany jest pakiet oraz sprawdzana jest jego poprawność. Zaimplementowany został prosty algorytm sprawdzający strukturę nadesłanego rozkazu oraz poprawność żądanych wartości. Po pomyślnym sprawdzeniu poprawności, przesłany rozkaz zostaje wykonany. Wszystkie otrzymane pakiety: zarówno te o poprawnej ramce, jak i z te błędami, są potwierdzane. Informacja zwrotna jest kluczowa dla sterownika nadrzędnego do oceny poprawności działania wszystkich terminali oraz wizualizacji stanu. Błędy w transmisji mogą być spowodowa-

94

Rys. 4. Algorytm programu terminala wykonawczego Fig. 4. System terminal program algorithm


Zapewniło to poprawną transmisję w warunkach przeprowadzania testów (mieszkanie w kamienicy o ceglanych murach i powierzchni 70 m2). Moduły zostały zestrojone na 868 MHz. Transmisja odbywa się z wykorzystaniem wbudowanego bufora FIFO (ang. First In First Out). Wybrano modulację FSK (ang. Frequency Shift Keying) z kodowaniem Manchester oraz wybielaniem przesyłu (ang. whitening).

4.3. Wykorzystanie panelu operatorskiego

Jako przykładowe urządzenie nadrzędne wykorzystano dotykowy siedmiocalowy panel operatorski Advantech WOP2070V. Widok aplikacji sterującej punktami oświetleniowymi przedstawiono na rys. 5.

ły bezprzewodowe wykorzystujące np. standard ZigBee oferują np. znacznie dłuższy czas pracy przy zasilaniu bateryjnym oraz większy zasięg związany z zaimplementowaną topologią siatki (ang. mesh).

Bibliografia 1. Wang S., Intelligent Buildings and Building Automation, Spon Press, USA 2010. 2. Anatory J., Theethayi N., Broadband Power-line Communication Systems – Theory and Applications, WIT Press, UK 2010. 3. Elahi A., Gschwender A., ZigBee Wireless Sensor and Control Network, Prentice Hall, USA, 2009. 4. Hope Microelectronics: RFM22B/23B ISM Transceiver Module. www.hoperf.com, 2006. 5. STMicroelectronics: RM0008 Reference Manual for STM32F101xx, STM32F102xx, STM32F103xx, STM32F105xx and STM32F107xx www.st.com, 2009.

Application of low-cost wireless modules in home lighting automation

Rys. 5. Widok okna programu urządzenia nadrzędnego Fig. 5. Master device program window

Aplikacja umożliwia załączanie i wyłączanie poszczególnych punktów oświetleniowych, które zostały naniesione na szkic sytuacyjny mieszkania.

Abstract: The paper presents a low-cost remote control of house lighting system. A short overview on the market ready-to-use solutions is included. Proposed control structure, using low-cost wireless modules is described. A project of the most important elements of the system is described. Software development process is presented. Article is summarized by the assessment of the system with an indication of possible modifications and improvements. Keywords: home automation, wireless modules, 868 MHz band, radio control, lighting control

5. Podsumowanie Zaprezentowany system został wykonany oraz przetestowany z pozytywnym wynikiem. Umożliwia on zdalne sterowanie punktami oświetleniowymi za pomocą panelu operatorskiego. Zachowano otwartą strukturę umożliwiającą rozbudowę systemu w przyszłości. Dalszy rozwój będzie dotyczył w szczególności wykorzystania sensorów zbierających informacje od środowiska (przyciski, czujniki zmierzchowe i ruchu) oraz szyfrowania danych. Koszt elementów systemu składającego się ze stacji bazowej oraz trzech terminali wykonawczych wyniósł ok. 230 zł. Kwotę tę można zmniejszyć przez zastosowanie tańszych mikrokontrolerów w terminalach wykonawczych oraz wyeliminowanie konwertera UART–RS-232 na rzecz interfejsu wbudowanego w układ w stacji bazowej. Głównym problemem podczas uruchamiania systemu była trudna do zdiagnozowania niestabilność przesyłu radiowego. Jej powodem były zaburzenia pracy modułów radiowych pochodzące od napięcia zasilającego. Rozwiązaniem problemu było dołączenie kondensatora elektrolitycznego o pojemności 1 μF tuż przy wyprowadzeniach zasilających modułu. Przedstawiony system jest nieskomplikowany, co jest efektem położenia głównego nacisku na niski koszt kompletnego rozwiązania. Specjalizowane systemy wykorzystujące modu-

inż. Marek Kuciński Ukończył z wyróżnieniem pierwszy stopień studiów inżynierskich na kierunku Automatyka i Robotyka na Wydziale Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej w 2012 r. Obecnie kontynuuje studia na drugim stopniu. Zainteresowania: systemy mikroprocesorowe i wbudowane. e-mail: marek@kucinski.eu

dr inż. Leszek Jarzębowicz Adiunkt na Wydziale Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej. Zainteresowania badawcze koncentrują się głównie na trakcyjnych układach napędowych i diagnostyce pojazdów oraz infrastruktury elektrotrakcyjnej. e-mail: l.jarzebowicz@ely.pg.gda.pl

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

95


Nauka     

Wielorobotowa rekonfigurowalna forma mocująca obrabiane detale – program sterujący Włodzimierz Kasprzak∗ , Wojciech Szynkiewicz∗ , Teresa Zielińska∗∗ , Cezary Zieliński∗ , Piotr Trojanek∗ , Tomasz Winiarski∗ , Tomasz Kornuta∗ , Michał Walęcki∗ ∗∗

Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej, Politechnika Warszawska, Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej, Politechnika Warszawska ∗

Streszczenie: Formy mocujące muszą być idealnie dopasowane do detali, które mają podpierać. Nawet mała modyfikacja kształtu w projekcie detalu powoduje, że kosztowna forma staje się bezużyteczna. Stąd duże zainteresowanie przemysłu formami rekonfigurowalnymi. Zastąpienie tradycyjnych form przez wiele robotów stanowiących ruchome podpory wymaga zaprojektowania specjalnego układu sterowania takim systemem oraz dedykowanej metody programowania umożliwiającej szybką rekonfigurację tego systemu. W pierwszej części artykułu przedstawiono problemy związane z konstrukcją form podpierających oraz zaprezentowano strukturę układu sterowania systemu wielorobotowego, natomiast w części drugiej skoncentrowano się na programie planującym działania poszczególnych robotów. Artykuł przedstawia sposób programowania rekonfigurowalnej formy. Programowanie w tym przypadku polega na zaplanowaniu czynności wykonywanych przez roboty podpierające. Plan układany jest automatycznie z wykorzystaniem sposobu rozwiązywania problemów wymagających spełnienia ograniczeń. Program planujący bierze pod uwagę ograniczenia fizyczne, geometryczne oraz te związane z upływem czasu. Dane wejściowe dla programu planującego są tożsame z rysunkami CAD detali oraz dane CAM sposobu ich obróbki. Na podstawie tych danych powstaje plan rozstawienia głowic, ruchów manipulatorów oraz translokacji baz mobilnych. Układ sterowania na podstawie otrzymanego planu steruje zachowaniem robotów, umożliwiając maszynie CNC wiercenie otworów bądź frezowanie. Eksperymenty przeprowadzone w fabryce wykazały, że zaprojektowany system usztywnia detal na tyle, aby wynik obróbki mechanicznej był zadowalający. Jeżeli liczba różnych detali podlegających obróbce jest znaczna, to zaprojektowany system stanowi względnie tanią alternatywę dla wytworzenia i późniejszego magazynowania wielu form. Słowa kluczowe: rekonfigurowalne formy mocujące, systemy wielorobotowe, planowanie działań

P

rojektowanie systemów mocujących i optymalizacja rozmieszczenia ich elementów są przedmiotem intensywnych badań [1–3, 14, 17]. W literaturze można znaleźć wiele strategii optymalizacji systemu mocującego dla różnych wskaźników jakości oraz ograniczeń wykorzystywanych do wyznaczania lokalizacji poszczególnych elementów mocujących. Dla podatnych, cienkościennych detali, takich jak arkusze blach, do obliczania odkształceń stosuje się modele w postaci elementów skończonych. Menassa i De Vries [11] do wyznaczenia lokalizacji elementów mocowania zastosowali optymalizację wskaźnika jakości w postaci funkcji odkształceń w węzłach siatki elementów skończonych. Zmiennymi projektowymi są w tym przypadku lokalizacje trzech elementów bazujących obrabiany

96

detal (ang. locators) na głównej (poziomej) powierzchni odniesienia, zgodnie z wymaganiami reguły projektowej „3-2-1” [11]. Cai i in. [3] zaproponowali regułę „N-2-1” rozmieszczania elementów systemu mocującego, zamiast konwencjonalnej reguły „3-2-1”, w celu unieruchomienia i minimalizacji odkształceń podatnych paneli metalowych. W wyniku rozwiązania zadania optymalizacji za pomocą technik programowania nieliniowego otrzymuje się N najlepszych punktów lokalizacji podpór, dla których suma kwadratów odkształceń normalnych do powierzchni panelu w węzłach jest minimalna. Wykorzystali oni model panelu w postaci elementów skończonych z kwadratową interpolacją między węzłami, ograniczając możliwość ruchu węzłów będących w kontakcie z główną płaszczyzną odniesienia tylko do tej płaszczyzny. Literatura poświęcona problematyce planowania ruchu robotów jest bardzo obszerna [5, 9, 10]. Generalnie strategie planowania ruchu można podzielić na dwie grupy: metody kombinatoryczne i metody heurystyczne. W kombinatorycznych metodach planowania ruchu jest konstruowana jawna reprezentacja wolnej przestrzeni konfiguracyjnej robota [4, 5, 9]. Wśród metod kombinatorycznych wyróżnia się dwa podejścia: dekompozycję komórkową i konstrukcję mapy drogowej. Pierwsze z nich polega na podziale wolnej (bezkolizyjnej) przestrzeni konfiguracyjnej na dające się łatwo opisać komórki. Dla tych komórek jest tworzony graf sąsiedztwa, którego spójne składowe odpowiadają spójnym składowym wolnej przestrzeni konfiguracyjnej. Drugie podejście polega na konstrukcji zbioru krzywych w domknięciu wolnej przestrzeni. Krzywe te mają wspólne wierzchołki, w wyniku czego powstaje graf nazywany mapą drogową. Kombinatoryczne algorytmy planowania ruchu są algorytmami zupełnymi, które gwarantują znalezienie rozwiązania, o ile ono istnieje, lub zgłoszenie braku rozwiązania w przeciwnym przypadku. Jednakże, złożoność obliczeniowa tych algorytmów rośnie wykładniczo z liczbą stopni swobody. Przekształcenie opisu przeszkód z przestrzeni roboczej na opis w przestrzeni konfiguracyjnej również wymaga dużych nakładów obliczeniowych. Dlatego już dla robotów o liczbie stopni swobody większej niż 3 i środowisk z dużą liczbą przeszkód, złożoność obliczeniowa algorytmów kombinatorycznych jest zbyt wysoka, aby można byłoby korzystać z nich w większości praktycznych zastosowań. Uniknięcie konieczności budowy jawnej reprezentacji przestrzeni konfiguracyjnej oraz możliwości zastosowania w praktyce były przyczyną powstania i szybkiego rozwoju algorytmów heurystycznych. Wśród metod heurystycznych

0/2012 Pomiary Automatyka Robotyka

1

2


NAUKA występują dwa główne podejścia: próbkowanie przestrzeni konfiguracyjnej i przybliżona dekompozycja komórkowa. Najefektywniejszymi strategiami planowania ruchu robotów wykorzystującymi próbkowanie są obecnie tzw. metody probabilistycznych map drogowych (ang. Probabilistic Roadmap Methods – PRMs) [7], Rapidly-exploring Random Trees (RRTs) [8] oraz ich warianty [6]. Podstawową ideą tych metod jest iteracyjne tworzenie grafu, którego zbiór węzłów jest skończonym zbiorem losowo generowanych próbek (konfiguracji), zaś zbiór łuków jest skończonym zbiorem bezkolizyjnych ścieżek łączących te konfiguracje. Konfiguracje i ścieżki są sprawdzane, czy odpowiadają bezkolizyjnym pozycjom i ruchom robota. Graf ten stanowi przybliżoną reprezentację wolnej przestrzeni konfiguracyjnej, zaś planowanie ruchu polega poszukiwaniu ścieżki w grafie łączącej konfigurację początkową i końcową. Większość metod bazujących na próbkowaniu jest probabilistycznie zupełna, czyli prawdopodobieństwo znalezienia rozwiązania dąży do jedności, gdy czas obliczeń dąży do nieskończoności. Jedną z podstawowych wad metod bazujących na próbkowaniu jest drastyczny spadek wydajności w przypadku poszukiwania ścieżki przechodzącej przez wąskie przejście [10]. Planowanie ruchu robota może również być sformułowane jako zadanie optymalizacji nieliniowej. Zaproponowano wiele podejść do rozwiązania tego zadania m.in. [12, 15, 18]. W [18] autorzy zaproponowali sformułowanie ogólnego problemu planowania ruchu w postaci zadania wariacyjnego i podali numeryczny algorytm rozwiązujący to zadanie. Podobnie w pracy [15] problem planowania ruchu dla zamkniętych łańcuchów kinematycznych jest formułowany jako zadanie poszukiwania ekstremum warunkowego funkcjonału. Po sprowadzeniu problemu wariacyjnego do zadania optymalizacji nieliniowej, do jego rozwiązania wykorzystano efektywny algorytm programowania nieliniowego IPOPT bazujący na prymalno-dualnej metodzie punktu wewnętrznego. Technikę kierunku najszybszego spadku gradientu funkcjonału zwaną CHOMP (Covariant Hamiltonian Optimization for Motion Planning) wykorzystano do planowania ruchu manipulatora o 7 stopniach swobody [12]. Niestety, powyżej opisane metody planowania ruchów robotów nie są efektywne w przypadku rozwiązania problemu, z którym mamy tu do czynienia. Naszym zadaniem jest określenie sposobu przestawiania robotów mających za zadnie podparcie obrabianego detalu (cienkiej blachy) w celu takiego jej usztywnienia, aby wykonywane operacje obróbki mechanicznej mogły być przeprowadzone w zadowalający sposób. Ponieważ roboty poruszają się po planszy z trzpieniami, liczba możliwych kombinacji ruchów bazy jest ograniczona. Należy więc skojarzyć dyskretne ruchy bazy mobilnej z ciągłymi ruchami manipulatora prowadzącymi do umiejscowienia głowicy podpierającej we właściwym miejscu. Istotne jest wzajemne usytuowanie głowic robotów biorących udział w realizacji zadania. Głowice nie mogą być usytuowane ani zbyt blisko siebie ani zbyt daleko, a co więcej muszą być w odpowiedniej odległości od krawędzi obrabianego detalu. Wszystko, co zostało tu powiedziane, można sformułować w kategoriach ograniczeń narzuconych na pozycje głowic, manipulatorów i baz mobilnych. Stąd do

2

rozwiązania tego problemu zastosowano znaną ze sztucznej inteligencji metodę rozwiązywania zadań z ograniczeniami – CSP (Constraint Satisfaction Problem).

1. Wymagania i struktura Planera Detalem podlegającym obróbce mechanicznej jest cienka blacha formowana przestrzennie na podstawie danych uzyskanych z programu CAD. Obróbka polega na frezowaniu bądź wierceniu. Okolice obszaru obróbki muszą być usztywnione podczas tej operacji, a więc głowice robotów podtrzymujących muszą znajdować się blisko siebie i miejsca dokonywania obróbki mechanicznej. Do wiercenia otworów na małych obszarach wystarczy statyczna konfiguracja lokalizacji głowic, ale w czasie wiercenia otworów wzdłuż długiego konturu i podczas frezowania głowice muszą być szybko przemieszczane, tak aby śledzić posuw narzędzia maszyny CNC. Sztywność panelu wymagana dla danego procesu obróbki uzyskiwana jest, gdy spełniony jest pewien zestaw ograniczeń względnego położenia narzędzia i głowic. Położenie narzędzia wynika z wymagań technologicznych, natomiast ustawienie głowic w czasie musi być dostosowane do tych wymagań. Dla każdego robota, głowica podpierająca umieszczana jest w przestrzeni ograniczonej przez przestrzeń roboczą manipulatora i aktualne położenie bazy mobilnej. Bazy mobilne mogą być umieszczane tylko w dyskretnych miejscach na ławie, wyznaczanych położeniami trzpieni. Natomiast przestrzeń roboczą manipulatora można uznać za ciągłą. Ponadto prędkość ruchu poszczególnych części robota nie może przekraczać możliwości odpowiednich silników napędowych. Dla ludzkiego eksperta próba ręcznej generacji planu działania dla zestawu składającego się tylko z dwóch robotów jest bardzo skomplikowanym zadaniem, gdyż kształty paneli są zazwyczaj skomplikowane, a ponadto należy uwzględniać prędkość ruchu narzędzia oraz unikać kolizji między robotami. Gdy robotów jest więcej, zadanie staje się dla człowieka zbyt trudne. Dlatego opracowano specjalny program służący do automatycznego generowania planu działań poszczególnych części systemu. Program Planera [16] tworzy off-line plan działań agentów składających się na system sterujący na podstawie informacji o kształcie panelu uzyskanej programu projektowego CAD oraz programu niezbędnych czynności technologicznych (CAM). Planer składa się z trzech głównych części (rys. 1): 1) modułu analizy danych CAD/CAM dla obrabianego detalu i procesu wytwórczego, 2) generatora ścieżki, którego struktura jest niezależna od rodzaju detalu i robota (potrójny planer CSP – program rozwiązujący dyskretny problem spełnienia ograniczeń, [16]); jest to algorytm przeszukiwania przestrzeni rozwiązań wykonujący sprawdzanie oddzielnie zdefiniowanych ograniczeń, w tym przypadku ograniczeń geometrycznych zależnych od możliwości technicznych robotów i stosujący lokalnie zdefiniowane preferencje wyboru kolejnych operacji robotów, 3) planer czasowy zależny od danych CAD/CAM i możliwości ruchowych robotów. Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

Pomiary Automatyka Robotyka 0/2012

97


Nauka     

NAUKA

Rys. 1. Struktura Planera Fig. 1. The structure of the planner program

2. Potrójny CSP Analiza detalu jest wykonywana jednokrotnie dla określonego detalu. Jej celem jest dekompozycja trajektorii narzędzia CNC na segmenty. Problem planowania ścieżki przekształcany jest w dyskretny problem spełniania ograniczeń (CSP) [13]. Klasyczny algorytm CSP jest definiowany za pomocą przestrzeni stanów oraz grafu ograniczeń. Stan składa się z wartości przypisanych do skończonego zbioru zmiennych o skończonych dziedzinach. Rozwiązaniem problemu CSP jest każdy kompletny stan (tzn. taki, dla którego wszystkie zmienne mają przypisane wartości) spełniający ograniczenia. W omawianym przypadku planer ścieżki składa się z modułu sterującego sprawującego ogólny nadzór nad torem ruchu i harmonogramem czasowym. Trzy hierarchicznie ułożone moduły, zwane Head-CSP, Base-CSP i PKM-CSP, wykonują etapy planowania ścieżki, odpowiadające trzem częściom składowym robota, i implementują tzw. potrójne przeszukiwanie CSP. Wszystkie moduły korzystają z przyrostowego algorytmu przeszukiwania przestrzeni stanów (strategia w głąb z powrotami), aby znaleźć odpowiednie ścieżki stanów głowicy, ścieżki stanów bazy i manipulatora (patrz przykład na rys. 2 i rys. 3). Planer ścieżki bada tylko ograniczenia fizyczne i geometryczne. Stąd plan, jeśli zostanie wyznaczony, spełnia wszystkie znane ograniczenia, choć niekoniecznie musi być optymalny. Może się zdarzyć, że w pewnym punkcie (na pewnym odcinku) wykonanie planu on-line musi zostać przerwane. Dzieje się tak, gdy nie istnieje jeden plan dla całego detalu, a proces obróbki musi być podzielony na kilka części.

3. Ograniczenia i preferencje Planera Dla konkretnego problemu planowania musimy dodać wiedzę z zakresu dziedziny w postaci: – zbioru ograniczeń (relacji) zmiennych CSP, – kodu funkcji generujących następny węzeł w drzewie wyszukiwania (tu można uwzględnić lokalne preferencje wyboru przypisania wartości zmiennej),

98

– jednej funkcji reprezentującej kryterium stopu (jest ono spełnione wtedy, gdy znaleziono pełne rozwiązanie lub w przeciwnym razie po przejrzeniu wszystkich alternatyw zwracane jest najlepsze rozwiązanie częściowe). Przykłady zastosowania możliwych preferencji przy wyborze przypisania wartości zmiennym CSP zawiera rys. 4 i rys. 5.

Rys. 2. Ilustracja prostego planu dla ścieżki: plan dla głowicy przy wierceniu otworów wzdłuż konturu Fig. 2. Illustration of a simple path plan: a head plan for drilling holes along a contour line

Dla współpracujących agentów mobilnych należy przyjąć następujące ograniczenia: 1) ograniczenia geometryczne pomiędzy agentami i konturem obrabianego detalu: wyrażające konieczne wymagania fizyczne dotyczące odpowiedniego podparcia dla danego detalu i procesu obróbki (np. minimalna i maksymalna dopuszczalna odległość od głowicy do konturu, maksymalna dopuszczalna odległość między dwoma kolejnymi pozycjami, w których znajdują się głowice),

0/2012 Pomiary Automatyka Robotyka

3

4


NAUKA

Rys. 3. Ilustracja planu dla prostej ścieżki: plan dla bazy mobilnej Fig. 3. Illustration of a simple path plan: a corresponding base plan

Rys. 5. Ilustracja preferencji rozmieszczania głowic przy wierzchołku Fig. 5. Illustration of head positioning preferences at a corner

Rys. 4. Ilustracja preferencji rozmieszczania głowic wzdłuż segmentu liniowego konturu Fig. 4. Illustration of head positioning preferences at a contour’s line segment

2) obszar roboczy manipulatora: służący do szybkiego określenia osiągalnych pozycji głowicy (np. minimalna i maksymalna odległość między osią pionową przechodzącą przez środek bazy mobilnej i środek głowicy), 3) ograniczenia geometryczne pomiędzy bazami mobilnymi i manipulatorami: potrzebne do uniknięcia kolizji między robotami podczas zmian pozycji baz mobilnych, 4) rozwiązanie odwrotnego zagadnienia kinematyki dla manipulatora – używane podczas definiowania możliwych stanów PKM dla kolejnych pozycji głowicy.

4. Plan czasowy Kompletny plan określający ścieżkę (dla obu współpracujących robotów) musi być zweryfikowany przez moduł planera czasu, ponieważ wszystkie działania określone w planie muszą być wykonane we właściwych momentach i w określonej kolejności, zgodnie ze scenariuszem dla narzędzia maszyny CNC (np. rys. 6). Plan czasowy jest wyznaczany w taki sposób, że rzutuje sekwencje operacji na oś czasu, w zgodzie z modelem dynamiki części składowych robotów.

3

4

Pomiary Automatyka Robotyka 0/2012

Rys. 6. Ilustracja podstawowej sekwencji czasowej dla ustawień głowic Fig. 6. Illustration of fundamental time sequence for head settings

5. Implementacja Program planera został zaimplementowany w języku MATLAB i ma cechy programu obiektowego. Generowany przez niego plan przekazywany jest do wykonania koordynatorowi systemu wieloagentowego w postaci pliku XML. W takim pliku podane są kolejne pozycje i konfiguracje wszystkich trzech części każdego robota oraz przedziały czasowe, w których mają te pozycje być zajmowane, a także kiedy mają być wykonywane operacje przejścia do następnej pozycji. Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

99


NAUKA

Nauka      Rys. 7 ilustruje wykonanie planu w postaci sekwencji pięciu operacji manipulatora, potrzebnych do wykonania pojedynczego bezkolizyjnego przejścia między kolejnymi pozycjami głowicy i trzech operacji bazy obrotowej robota, potrzebnych dla przejścia do nowej pozycji podparcia. W przypadku PKM podstawowa sekwencja operacji składa się z: 1) obniżenia głowicy o kilka centymetrów, 2) cofnięcia głowicy nad obszar bazy, 3) obrotu kompensującego ramienia PKM względem bazy, gdy baza zostanie obrócona, 4) wysunięcia głowicy znad obszaru bazy pod blachę, 5) podniesienia głowicy do zetknięcia się z blachą. W przypadku bazy podstawowa sekwencja operacji to: 1) odczepienie dwóch elementów dokujących od trzpieni i podniesienie swobodnych nóg, 2) obrót na trzeciej nodze, 3) opuszczenie swobodnych nóg i zakleszczenie na trzpieniach.

6. Podsumowanie Przeprowadzono szereg eksperymentów, aby ocenić funkcjonowanie sposobu automatycznego generowania planów. Uruchamiano kompletne sekwencje ruchów zawartych w wygenerowanym planie. Celem eksperymentów była ocena funkcjonowania algorytmu planowania. Zrealizowane sekwencje działań robotów doprowadziły do zadowalającej obróbki przykładowych detali. Podobne trajektorie były używane zarówno do wiercenia, jak i frezowania, gdyż większość detali wymaga otworów wzdłuż konturu podparcia.

(a)

Podziękowania Badania w ramach projektu SwarmItFIX były finansowane w ramach 7. Programu Ramowego (wspólny projekt 214678). Partnerami w ramach projektu były następujące instytucje: University of Genova (Włochy), Piaggio Aero Industries (Włochy), Exechon (Szwecja), ZTS VVU Koˇsice a.s. (Słowacja), Centrum Badawcze Fiata (Włochy) i Politechnika Warszawska (Polska). Publikacja ta jest finansowana ze środków statutowych Politechniki Warszawskiej.

Bibliografia

1. Bi Z., Zhang W. (2001), Flexible Fixture Design and Automation: Review, issues and future directions. Int. J. of Production Research 39(13), 2867–2894. 2. Boyle I., Rong Y., Brown D. (2011), A review and analysis of current computer-aided fixture design approaches. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing 27, 1–12. 3. Cai W., Hu S., Yuan J. (1996), Deformable sheet metal fixturing: principles, algorithms, and simulations. T ASME, J. Manufacturing Sci. Eng. 118(3), 318–324. 4. Canny J. (1993), Computing roadmaps of general semialgebraic sets. The Computer Journal 36(5), 504–514. 5. Choset H., Lynch K., Hutchinson S., Kantor G., Burgard W., Kavraki L., Thrun S. (2005), Principles of Robot Motion: Theory, Algorithms, and Implementations. MIT Press. 6. Jaillet L., Cortes J., Simeon T. (2010), Samplingbased path planning on configuration-space costmaps. IEEE Transactions on Robotics 26(4), 635–646. 7. Kavraki L. E., Svestka P., Latombe J.-C., Overmars M. H. (1996), Probabilistic roadmaps for path planning in high-dimensional configuration spaces.

100

(b) Rys. 7. Ilustracja sekwencji operacji manipulatora i bazy mobilnej dla wykonania pojedynczego przejścia pomiędzy dwoma kolejnymi stanami podpierania blachy przez jednego robota: (a) 5 operacji manipulatora PKM, (b) 3 operacje bazy mobilnej Fig. 7. Illustration of operation sequences of the manipulator and mobile bases required for the transition between two consecutive supporting states of a given robot: (a) 5 operations of the PKM, (b) 3 operations of the mobile base

IEEE Transactions on Robotics and Automation 12(4), 566–580. 8. Kuffner J. J., LaValle S. M. (2000), RRT-Connect: An efficient approach to single-query path planning. In: IEEE International Conference on Robotics and

0/2012 Pomiary Automatyka Robotyka

5

6 6


NAUKA NAUKA Automation, 995–1001, San Francisco, USA. Automation, 995–1001, San Francisco, USA. 9. Latombe J.-C. (1991). Robot motion planning. Kluwer, 9. Latombe J.-C. (1991). Robot motion planning. Kluwer, Boston,MA. Boston,MA. 10. LaValle S. (2006), Planning Algorithms. Cambridge 10. LaValle S. (2006), Planning Algorithms. Cambridge University Press, Cambridge, U.K. University Press, Cambridge, U.K. 11. Menassa R., Vries W. D. (1991), Optimization methods 11. Menassa R., Vries W. D. (1991), Optimization methods applied to selecting support positions in fixture design. applied to selecting support positions in fixture design. ASME J. of Engineering for Industry 113(4), 412–418. ASME J. of Engineering for Industry 113(4), 412–418. 12. Ratliff N., Zucker M., Bagnell J. A., Srinivasa S. 12. Ratliff N., Zucker M., Bagnell J. A., Srinivasa S. (2009), CHOMP: Gradient Optimization Techniques (2009), CHOMP: Gradient Optimization Techniques for Efficient Motion Planning. In: IEEE International for Efficient Motion Planning. In: IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). Conference on Robotics and Automation (ICRA). 13. Russell S., Norvig P. (1995), Artificial Intelligence: 13. Russell S., Norvig P. (1995), Artificial Intelligence: A Modern Approach. Prentice Hall, Upper Saddle River, A Modern Approach. Prentice Hall, Upper Saddle River, N.J. N.J. 14. Sela M. N., Gaudry O., Dombre E., Benhabib B. 14. Sela M. N., Gaudry O., Dombre E., Benhabib B. (1997), A reconfigurable modular fixturing system for (1997), A reconfigurable modular fixturing system for thin-walled flexible objects. Int. J. of Adv. Manufactuthin-walled flexible objects. Int. J. of Adv. Manufacturing Technology 13(9), 611–617. ring Technology 13(9), 611–617. 15. Szynkiewicz W., Błaszczyk J. (2011), Optimization15. Szynkiewicz W., Błaszczyk J. (2011), Optimizationbased approach to path planning for closed-chain robot based approach to path planning for closed-chain robot systems. International Journal of Applied Mathematics systems. International Journal of Applied Mathematics and Computer Science 21(4), 659–670. and Computer Science 21(4), 659–670. 16. Szynkiewicz W., Zielińska T., Kasprzak W. (2010), 16. Szynkiewicz W., Zielińska T., Kasprzak W. (2010), Robotized machining of big work pieces: Localization of Robotized machining of big work pieces: Localization of supporting heads. Frontiers of Mechanical Engineering supporting heads. Frontiers of Mechanical Engineering in China 5(4), 357–369. in China 5(4), 357–369. 17. Youcef-Toumi K., Liu W., Asada H. (1988), 17. Youcef-Toumi K., Liu W., Asada H. (1988), Computer-Aided Analysis of Reconfigurable Fixtures Computer-Aided Analysis of Reconfigurable Fixtures and Sheet Metal Parts for Robotics Drilling. Roboand Sheet Metal Parts for Robotics Drilling. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing 4(3–4), tics and Computer-Integrated Manufacturing 4(3–4), 387–393. 387–393. 18. Zefran M., Kumar V. (1997), A variational calculus 18. Zefran M., Kumar V. (1997), A variational calculus framework for motion planning. In: IEEE International framework for motion planning. In: IEEE International Conference on Robotics and Automation ICRA, Conference on Robotics and Automation ICRA, 415–420. 415–420.

Multi-Robot Based Reconfigurable Fixture – Plan Multi-Robot Based Generation Reconfigurable Fixture – Plan Generation

Abstract: Machining fixtures must fit exactly the work piece to Abstract: Machining fixtures must fit exactly the work piece to support it appropriately. Even slight change in the design of the work support it appropriately. Even slight change in the design of the work piece renders the costly fixture useless. Substitution of traditional piece renders the costly fixture useless. Substitution of traditional fixtures by a programmable multi-robot system supporting a work fixtures by a programmable multi-robot system supporting a work piece requires a specific control system and a specific programming piece requires a specific control system and a specific programming method enabling its quick reconfiguration. The first part of the paper method enabling its quick reconfiguration. The first part of the paper introduced the fixturing problem and presented the control system of introduced the fixturing problem and presented the control system of the designed multi-robot fixture, while the second part presents the the designed multi-robot fixture, while the second part presents the planer deciding where and when the supports should be located. A planer deciding where and when the supports should be located. A novel approach to task planning (programming) of the reconfigurable novel approach to task planning (programming) of the reconfigurable fixture system has been developed. Its solution is based on methods fixture system has been developed. Its solution is based on methods of solving the constraint satisfaction problem. The planner takes of solving the constraint satisfaction problem. The planner takes into account physical, geometrical, and time-related constraints. into account physical, geometrical, and time-related constraints. Reconfigurable fixture programming is performed by supplying CAD Reconfigurable fixture programming is performed by supplying CAD definition of the work piece. Out of this data the positions of the definition of the work piece. Out of this data the positions of the robots and the locations of the supporting heads are automatically robots and the locations of the supporting heads are automatically generated. This proved to be an effective programming method. generated. This proved to be an effective programming method. The control system on the basis of the thus obtained plan effectively The control system on the basis of the thus obtained plan effectively controls the behaviours of the supporting robots in both drilling controls the behaviours of the supporting robots in both drilling and milling operations. The shop-floor experiments with the system and milling operations. The shop-floor experiments with the system

5

showed that the generated plans cause the work piece to be held showed that the generated plans cause the work piece to be held stiffly enough for both milling and drilling operations performed by stiffly enough for both milling and drilling operations performed by the CNC machine. If the number of diverse work piece shapes is the CNC machine. If the number of diverse work piece shapes is large the reconfigurable fixture is a cost-effective alternative to the large the reconfigurable fixture is a cost-effective alternative to the necessary multitude of traditional fixtures. necessary multitude of traditional fixtures. Keywords: reconfigurable fixtures, robotic fixtureless assemblies, Keywords: reconfigurable fixtures, robotic fixtureless assemblies, multi-robot systems, task planning multi-robot systems, task planning

prof. dr hab. inż. Cezary Zieliński prof. dr hab. inż. Cezary Zieliński Jest profesorem na Wydziale Elektroniki Jest profesorem na Wydziale Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Wari Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej. W latach 2002-2005 sprawował szawskiej. W latach 2002-2005 sprawował na tym wydziale funkcję prodziekana ds. na tym wydziale funkcję prodziekana ds. nauki i współpracy międzynarodowej, 2005nauki i współpracy międzynarodowej, 20052008 zastępcy dyrektora Instytutu Automa2008 zastępcy dyrektora Instytutu Automatyki i Informatyki Stosowanej (IAiIS) ds. natyki i Informatyki Stosowanej (IAiIS) ds. naukowych, a od 2008 pełni funkcję dyrektora ukowych, a od 2008 pełni funkcję dyrektora tego instytutu. Od roku 1996 jest kierownitego instytutu. Od roku 1996 jest kierownikiem Zespołu Robotyki w IAiIS. Od 2007 rokiem Zespołu Robotyki w IAiIS. Od 2007 roku jest członkiem Komitetu Automatyki i Robotyki Polskiej Akademii ku jest członkiem Komitetu Automatyki i Robotyki Polskiej Akademii Nauk. Od 2008 roku współpracuje z Przemysłowym Instytutem AuNauk. Od 2008 roku współpracuje z Przemysłowym Instytutem Automatyki i Pomiarów. Jego zainteresowania badawcze koncentrują tomatyki i Pomiarów. Jego zainteresowania badawcze koncentrują się na zagadnieniach związanych z programowaniem i sterowaniem się na zagadnieniach związanych z programowaniem i sterowaniem robotów. robotów. e-mail: c.zielinski@ia.pw.edu.pl e-mail: c.zielinski@ia.pw.edu.pl mgr inż. Tomasz Kornuta mgr inż. Tomasz Kornuta Absolwent Wydziału Elektroniki i Technik Absolwent Wydziału Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej. Informacyjnych Politechniki Warszawskiej. W 2003 roku uzyskał tytuł inżyniera, w 2005 W 2003 roku uzyskał tytuł inżyniera, w 2005 tytuł magistra inżyniera. Od 2008 roku pratytuł magistra inżyniera. Od 2008 roku pracuje na etacie asystenta w Instytucie Autocuje na etacie asystenta w Instytucie Automatyki i Informatyki Stosowanej (IAiIS), a od matyki i Informatyki Stosowanej (IAiIS), a od 2009 roku pełni funkcję Kierownika Labo2009 roku pełni funkcję Kierownika Laboratorium Podstaw Robotyki. Od 2005 roku ratorium Podstaw Robotyki. Od 2005 roku w ramach doktoratu prowadzi badania zwiąw ramach doktoratu prowadzi badania związane z projektowaniem systemów robotycznych wykorzystujących zane z projektowaniem systemów robotycznych wykorzystujących paradygmat aktywnego czucia do analizy otoczenia. Jego główparadygmat aktywnego czucia do analizy otoczenia. Jego główne zainteresowania naukowe obejmują wykorzystanie informacji ne zainteresowania naukowe obejmują wykorzystanie informacji wizyjnej w robotyce. wizyjnej w robotyce. e-mail: tkornuta@ia.pw.edu.pl e-mail: tkornuta@ia.pw.edu.pl dr inż. Tomasz Winiarski dr inż. Tomasz Winiarski Jest adiunktem w Instytucie Automatyki Jest adiunktem w Instytucie Automatyki i Informatyki Stosowanej Politechniki Wari Informatyki Stosowanej Politechniki Warszawskiej. Sprawuje funkcje kierownika laszawskiej. Sprawuje funkcje kierownika laboratorium robotyki w macierzystym instytuboratorium robotyki w macierzystym instytucie, a także opiekuna studenckiego koła nacie, a także opiekuna studenckiego koła naukowego Bionik, które współtworzył i z któukowego Bionik, które współtworzył i z którym organizował imprezy popularyzujące rym organizował imprezy popularyzujące robotykę oraz realizował granty badawcze. robotykę oraz realizował granty badawcze. W 2010 r. otrzymał za osiągnięcia naukoW 2010 r. otrzymał za osiągnięcia naukowe nagrodę indywidualną drugiego stopnia we nagrodę indywidualną drugiego stopnia rektora PW, w 2011 r. wyróżnienie w konrektora PW, w 2011 r. wyróżnienie w konkursie innowator mazowsza, a także pierwszą nagrodę w konkursie kursie innowator mazowsza, a także pierwszą nagrodę w konkursie młodzi innowacyjni. Jego zainteresowania naukowe dotyczą z jedmłodzi innowacyjni. Jego zainteresowania naukowe dotyczą z jednej strony konstrukcji i nawigacji robotów mobilnych dedykowanych nej strony konstrukcji i nawigacji robotów mobilnych dedykowanych do zadań usługowych, z drugiej strony specyfikacji i implementacji do zadań usługowych, z drugiej strony specyfikacji i implementacji

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

6 6

Pomiary Automatyka Robotyka 0/2012 Pomiary Automatyka Robotyka 0/2012

101


i Technik Informacyjnych Politechniki War-

botów oraz z biorob

szawskiej. W latach 1999-2003 był zastępcą dyrektora i sekretarzem rady nauko-

Nauka     

wej Centrum Automatyki i Technik Decy-

mgr inż. Michał W

zyjnych. Jego zainteresowania badawcze dotyczą problematyki planowania ruchu robotów mobilnych i manipulatorów, a także

W latach 2004–201

manipulacji robotów.

impedancyjnego. e-mail: tmwiniarski@gmail.com mgr inż. Piotr Trojanek Jest doktorantem oraz pracuje jako konstruktor w Instytucie Automatyki i Informatyki Stosowanej Politechniki Warszawskiej. Swoje doświadczenie zdobywał pracując nad układami sterowania robotów mobilnych. Obecnie prowadzii badania dotyczące zadań manipulatorów chwytaków ze szczególnym uwzględniesystemów wieloagentowych oraz zastosoniem hybrydowego sterowania pozycyjno-siłowego oraz sterowania wań metod inżynierii oprogramowania w roimpedancyjnego. botyce. tmwiniarski@gmail.com Od lat związany ze studenckim koe-mail:

le Elektroniki i Tech

NAUKA

gadnieniach obrazów iKasprzak sygnałów mowy oraz metod prof. nzw. drrozpoznawania hab. inż. Włodzimierz sztucznej inteligencji. Jest autorem ponad Jest pracownikiem naukowo-dydaktycznym100 prac naukowych z tej

Stosowanej PW. Uc

dziedziny, wWarszawskiej tym 3 książek.od 1997 r. W laPolitechniki e-mail: W.Kasprzak@elka.pw.edu.pl tach 1988-1996 prowadził badania nauko-

we w Niemczech i Japonii w zakresie wizji prof. dr hab. inż. Teresa Zielińska komputerowej i analizy sygnałów. Z zawoProfesor, pracownik Wydziału du jest inż. informatyki, w 2002Mechaniczr. uzyskał

nego Energetyki i Lotnictwa Politechniki stopień doktora habilitowanego ze specjalWarszawskiej. W latach 2002-2008 nością Automatyka i Robotyka, od kierow2005 r. nik Zakładu Teorii Maszyn i Robotów na tym jest profesorem nadzwyczajnym w PolitechWydziale, od 2008 pełni funkcję prodziekanice Warszawskiej. Specjalizuje sie w za-

naukowe obejmują

dyfikacją on-line tr

NAUKA

Komitetu Automatyki i RobotykiMechaniczPolskiej Akademii Nauk. Jej zainteProfesor, pracownik Wydziału resowania badawcze koncentrują się na zagadnieniach związanych nego Energetyki i Lotnictwa Politechniki z maszynami kroczącymi, z planowaniem Warszawskiej. W latach 2002-2008 kierow- i sterowaniem ruchu ro-

Regionalne Seminaria / Szkolenia dla Służb Utrzymania Ruchu

stopieńmobilnych doktora habilitowanego ze specjalbotów i manipulatorów, a także nością Automatyka i Robotyka, od 2005 r. manipulacji robotów. jest profesorem nadzwyczajnym w Politeche-mail: W.Szynkiewicz@elka.pw.edu.pl nice Warszawskiej. Specjalizuje sie w zaprof. nzw. dr hab. inż. Włodzimierz Kasprzak 28.03.2013 - Stalowa Wola Jest pracownikiem naukowo-dydaktycznym 18.04.2013 - Wałbrzych 23.05.2013 - Rzeszów od 1997 r. W laPolitechniki Warszawskiej 20.06.2013 - Trójmiasto tach 1988-1996 prowadził badania nauko10.10.2013 - Bydgoszcz we04.12.2013 w Niemczech i Japonii w zakresie wizji - Warszawa komputerowej i analizy sygnałów. Z zawodu jest inż. informatyki, w 2002 r. uzyskał

na ds. ogólnych. Jest Sekretarzem Genemgr inż. Michał Walęcki ralnym International Federation for the ProW latach na Wydziamotion of2004–2010 Mechanismstudiował and Machine Scienle Elektroniki i Technik Informacyjnych PW, ce (IFToMM), oraz opiekunem międzyna-

uzyskującstudiów tytuł magistra inżyniera rodowych European Masterze onspeAdcjalnością Elektronika i Inżynieria Komputevanced Robotics (EMARO) programu Erasmus Mundus. Członek

rowa. W 2010 rozpoczął studia Polskiej doktorancKomitetu Automatyki i Robotyki Akademii Nauk. Jej zaintekie w Instytucie Automatyki i Informatyki resowania badawcze koncentrują się na zagadnieniach związanych Uczestniczył w wielu pro-i sterowaniem ruchu rozStosowanej maszynamiPW. kroczącymi, z planowaniem

jektachoraz związanych z robotyką – zarówno botów z biorobotyką. naukowych, jak i komercyjnych. e-mail: teresaz@meil.pw.edu.pl W latach 2010-2011 pracował w IAiIS PW na stanowisku Konstruktora, obecmgr inż. Michał Walęcki nie od 2011 zajmuje stanowisko asystenta. Jego zainteresowania naukowe obejmują zagadnienia W latach 2004–2010 studiował na związane Wydzia- z planowaniem i modyfikacją on-line trajektorii manipulatora. le Elektroniki i Technik Informacyjnych PW, Interesuje się również specjalizowanymi konstrukcjami robotyki mobilnej oraz sprzętowymi uzyskując tytuł magistra inżyniera ze spesterownikami do zadań robotycznych. cjalnością Elektronika i Inżynieria Komputee-mail:Wm.walecki@elka.pw.edu.pl rowa. 2010 rozpoczął studia doktoranckie w Instytucie Automatyki i Informatyki Stosowanej PW. Uczestniczył w wielu projektach związanych z robotyką – zarówno naukowych, jak i komercyjnych. W latach 2010-2011 pracował w IAiIS PW na stanowisku Konstruktora, obecnie od 2011 zajmuje stanowisko asystenta. Jego zainteresowania naukowe obejmują zagadnienia związane z planowaniem i modyfikacją on-line trajektorii manipulatora. Interesuje się również specjalizowanymi konstrukcjami robotyki mobilnej oraz sprzętowymi

jest profesorem nadzwyczajnym w Politechnice Warszawskiej. Specjalizuje sie w za-

e-mail: m.walecki@elka.pw.edu.pl

c js ie a m zon ść nic Ilo gra o

Partnerzy:

e-mail: m.walecki@

botów oraz zTeorii biorobotyką. nik Zakładu Maszyn i Robotów na tym e-mail: teresaz@meil.pw.edu.pl Wydziale, od 2008 pełni funkcję prodzieka-

stopień doktora habilitowanego ze specjalnością Automatyka i Robotyka, od 2005 r.

Jeżeli jesteś zainteresowany uczestnictwem w Seminarium, zaprezentowaniem produktu lub nowego rozwiązania napisz do nas: marketing@energoelektronika.pl Energoelektronika.pl tel. (+48) 22 70 35 291

specjalizowanymi ko sterownikami do za

na ds. ogólnych. Jest Sekretarzem gadnieniach rozpoznawania obrazówGenei sygnałów mowy oraz metod ralnym International Federation for the Pro-100 prac naukowych z tej sztucznej inteligencji. Jest autorem ponad motion of Mechanism and Machine Sciendziedziny, w tym 3 książek.

Jest doktorantem oraz pracuje jako kondr inż. Wojciech Szynkiewicz struktor w Instytucie Automatyki i InformaJestStosowanej adiunktemPolitechniki na Wydziale Elektroniki tyki Warszawskiej.

botów mobilnych i manipulatorów, a także łem naukowym Bionik. manipulacji robotów. e-mail: piotr.trojanek@gmail.com e-mail: W.Szynkiewicz@elka.pw.edu.pl dr inż. Wojciech Szynkiewicz REKLAMA prof. nzw. dr hab. inż. Włodzimierz Kasprzak Jest adiunktem na Wydziale Elektroniki Jest pracownikiem naukowo-dydaktycznym i Technik Informacyjnych Politechniki WarPolitechniki Warszawskiej od 1997 r. W laszawskiej. W latach 1999-2003 był zastęptach 1988-1996 prowadził badania naukocą dyrektora i sekretarzem rady naukowe w Niemczech i Japonii w zakresie wizji wej Centrum Automatyki i Technik Decykomputerowej i analizy sygnałów. Z zawozyjnych. QR Jego zainteresowania badawcze CODE Wygenerowano na www.qr-online.pl du jest inż. informatyki, w 2002 r.ruchu uzyskał dotyczą problematyki planowania ro-

jektach związanych

nie od 2011 zajmuj

ce (IFToMM), oraz opiekunem międzynae-mail: W.Kasprzak@elka.pw.edu.pl rodowych studiów European Master on Adprof. dr Robotics hab. inż.(EMARO) Teresa Zielińska vanced programu Erasmus Mundus. Członek

cą dyrektora sekretarzem rady naukonych. Obecnie iprowadzi badania dotyczące wej Centrum Automatyki i Technik Decysystemów wieloagentowych oraz zastosozyjnych. Jego zainteresowania badawcze wań metod inżynierii oprogramowania w rodotyczą Od problematyki planowania ruchu korobotyce. lat związany ze studenckim

rowa. W 2010 rozpo kie w Instytucie Au

naukowych, jak i ko 2010-2011 pracowa

łem naukowym Bionik. mgr inż. Piotr Trojanek e-mail: piotr.trojanek@gmail.com

i Technik Informacyjnych Politechniki WarSwoje doświadczenie zdobywał pracując szawskiej. W latach 1999-2003 był zastępnad układami sterowania robotów mobil-

uzyskując tytuł mag

cjalnością Elektronik

e-mail: W.Szynkiewicz@elka.pw.edu.pl zadań manipulatorów i chwytaków ze szczególnym uwzględnieniem hybrydowego sterowania pozycyjno-siłowego oraz sterowania

e-mail: teresaz@me

sterownikami do zadań robotycznych.

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

102 0/2012 Pomiary Automatyka Robotyka

7


Odbiorniki GNSS w praktyce inżynierskiej Wprowadzenie do systemów GNSS

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

Streszczenie: W pierwszym z serii artykułów przedstawiono zarys zasady działania oraz wybrane pojęcia związane z tematyką Globalnych Systemów Nawigacji Satelitarnej (ang. Global Navigation Satellite System – GNSS) a następnie krótkie zestawienie podstawowych parametrów w kontekście tanich odbiorników przeznaczonych do integracji we własnych aplikacjach. Przedstawiono przegląd istotnych parametrów i funkcjonalności dostępnych na rynku odbiorników ze wskazaniem potencjalnych „pułapek”, jakie mogą czyhać na projektanta. Autorzy w kolejnych artykułach dokonają przeglądu dostępnych na rynku odbiorników typu „OEM low-cost” oraz przedstawią wyniki przeprowadzonych badań stacjonarnych oraz mobilnych dla różnych aplikacji.

magające SBAS (ang. Satellite-Based Augmentation System), takie jak europejski EGNOS (ang. European Geostationary Navigation Overlay Service) czy bliźniaczy amerykański WAAS (ang. Wide Area Augmentation System). Wykorzystanie ich pozwala w zasadzie tylko zwiększyć dokładność wskazań odbiorników GPS (na terenie Polski poprawa nie jest spektakularna) oraz szybciej poinformować użytkownika systemu o poważnej awarii lub utracie deklarowanych parametrów, niż gdyby to miało miejsce autonomicznie, bez odbioru sygnałów SBAS.

www.egnos-portal.eu

Słowa kluczowe: GPS, GLONASS, GALILEO, EGNOS, nawigacja, błędy pomiarowe

końcem 2012 r. dostępne dla użytkownika są tylko dwa globalne i w pełni operacyjne systemy nawigacji satelitarnej: amerykański GPS (ang. Global Positioning System) oraz rosyjski GLONASS (ros. Globalnaja Nawigacjonnaja Sputnikowaja Sistema). Wyczekiwane, szczególnie przez europejskich konsumentów, uruchomienie europejskiego systemu nawigacji satelitarnej GALILEO jest ciągle przekładane – przewiduje się osiągnięcie jego pełnej, globalnej operacyjności (z zakładanym kompletem satelitów na orbitach) dopiero na lata 2018–2019. Są to tylko prognozy, a biorąc pod uwagę doskwierający również w branży kosmicznej kryzys finansowy, a także dotychczasowe problemy z wdrożeniem systemu, to z dużym prawdopodobieństwem można spodziewać się kolejnych przesunięć pełnego uruchomienia systemu. Chiński system nawigacji satelitarnej Beidou („Wielka Niedźwiedzica”) jak dotąd ma tylko znaczenie regionalne (teren Azji centralnej oraz region zachodniego Pacyfiku), chociaż chińskie aspiracje sięgają wyżej – planuje się przekształcenie Beidou w system globalny o nazwie Compass. Warto wspomnieć, że rozwijane są również inne regionalne systemy nawigacji satelitarnej, np. indyjski IRNSS (ang. Indian Regional Navigational Satellite System). Osobną kategorią, często błędnie interpretowaną jako alternatywne np. do systemu GPS są systemy wspo-

Rys. 1. Projektowane i działające systemy SBAS oraz zasięg ich działania Fig. 1. Planned and operating SBAS systems and their coverage

Na rys. 1 przedstawiono orientacyjne obszary Ziemi, dla których funkcjonują dedykowane systemy augmentacyjne SBAS.

1. Wprowadzenie Podstawy teoretyczne działania GNSS są szczegółowo opisane w licznej literaturze, dlatego w artykule skupiono się wyłącznie na subiektywnym wyborze najistotniejszych aspektów z punktu widzenia praktyki inżynierskiej. Wśród wielu dostępnych opracowań brak jest zwięzłej syntezy najważniejszych zagadnień, opracowanej pod kątem konkretnych wymagań użytkownika przemysłowego. W trakcie prac projektowych, bazując na wymaganiach użytkownika, projektant traktuje odbiornik GNSS jako typowy układ scalony o określonej funkcjonalności i parametrach, które w mniejszym lub większym stopniu Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

103


Nauka     

typu kodowego (zasada działania oparta na analizie przesunięcia dwóch kodów: odebranego i repliki wygenerowanej w odbiorniku), wymagana jest na tyle dobra widoczność nieba, aby odbiornik w tym czasie mógł w sposób nieprzerwany odbierać sygnały od co najmniej czterech satelitów.

3. GPS, GLONASS, EGNOS – najważniejsze różnice 3.1. GPS a GLONASS 3.1.1. Parametry orbit

Najważniejsze różnice systemów GNSS w kontekście parametrów orbit przedstawiono poglądowo na rys. 2. Zachowano przy tym odpowiednie proporcje. Każdy satelita GPS wykonuje dwa pełne okrążenia po swojej orbicie w ciągu doby gwiazdowej (równej około 23 h 2. Wyznaczanie pozycji w systemach 56 min 4 s). Doba gwiazdowa jest to czas równy okresowi stadiometrycznych w jakim obraca się Ziemia dookoła własnej osi względem Zarówno GPS jak i GLONASS są systemami stadiomegwiazd. Jest on krótszy niż używana w życiu codziennym trycznymi, tj. systemami, w których pozycja odbiordoba słoneczna, co wynika z wpływu ruchu orbitalnego nika wyznaczana jest na podstawie znajomości punktu Ziemi wokół Słońca. przecięcia się sfer o znanych promieniach. Promienie te Reasumując, każdego dnia użytkownik w danej lokasą wyznaczane na podstawie czasu propagacji sygnału. lizacji będzie widział niemal dokładnie taką samą konPozycja środków sfer wyznaczana jest we wspólnym ukłastelację satelitów GPS, ale będzie ona występowała ok. dzie odniesienia na podstawie parametrów transmitowa4 minuty wcześniej niż dnia poprzedniego (w praktyce nych przez satelity w specjalnych depeszach nawigacyjmogą wystąpić również nieznaczne zakłócenia ruchu orbinych. talnego satelitów). Do wyznaczenia pozycji obiektu w przestrzennym Z praktycznego punktu widzenia może mieć to wpływ układzie współrzędnych wymagane jest (zgodnie z defina jakość określenia pozycji, gdyż najtrudniejsze do elinicją) określenie odległości obiektu tylko od trzech znaminacji, a istotne jeśli chodzi o wielkości, są błędy okrenych punktów. Z inżynierskiego punktu widzenia realiślenia odległości wynikające z odbić/ugięcia sygnału (ang. zacja pomiaru czasu na wymaganym poziomie dokładności multipath errors) o przeszkody terenowe takie jak wysokie w odbiorniku (czyli przy pomocy zegarów atomowych tej budynki, maszty. Z uwagi na opisaną powyżej cykliczność samej klasy, co używane w satelitach) jest w teorii możbędą się one regularnie powtarzać. liwa, ale praktycznie nierealizowalna ze względów zarówno Parametry orbit satelitów konstelacji GLONASS zostały ekonomicznych, jak i zbyt dużych wymiarów gabarytotak dobrane, że każdy satelita dokonuje w ciągu 8  dób wych takiego odbiornika. Stąd też w odbiornikach stogwiazdowych pełne 17 obrotów na swojej orbicie. Jeśli suje się proste i tanie zegary chodzi o inklinację orbit satezbudowane na oscylatorach litów GPS i GLONASS, to są kwarcowych. O ile odbiornik to odpowiednio: 55° i 64,8°. w depeszy nawigacyjnej otrzyInklinacja w systemach GNSS muje dokładną informację jest to kąt między płaszczyzną o błędzie zegarów atomoorbity a płaszczyzną równika wych umieszczonych na sateZiemi. W praktyce większy kąt litach i może to uwzględnić zapewnia lepsze ułożenie geow dalszych obliczeniach, o tyle metryczne konstelacji satedalekie od doskonałości wskalitów widziane przez obserzanie zegara kwarcowego na watora na Ziemi na wyższych odbiorniku generuje nieznany szerokościach geograficznych z góry błąd, który bezpona półkuli północnej i połuśrednio przekłada się na błędy dniowej, co poprawia jakość określania pozycji. Rozwiązaokreślania pozycji (zespół tzw. niem tego problemu jest wykoparametrów DOP – ang. Dilurzystanie do obliczeń wartion of Precision). Zaprojektotości jeszcze jednej odległości wanie dla systemu GLONASS od satelity, co pozwala oszaorbit o większej inklinacji było cować błąd zegara odbiornika intencjonalne i podyktowane i finalnie precyzyjniej okrezapewnieniem lepszej dostępślić nieznane z góry położenie ności sygnałów GLONASS Rys. 2. Parametry orbit systemów GNSS odbiornika. A zatem podrównież na północnych rubieFig. 2. Parameters of GNSS czas uruchamiania odbiornika żach ZSRR, a później Rosji.

104

www.wikipedia.org

są mu znane. Najczęściej jednak posiadana wiedza ograniczona jest do znajomości tylko najbardziej ogólnych informacji bez zagłębiania się w szczegóły związane działaniem systemu i jest to zupełnie naturalne. Autorzy, dokonując subiektywnego przeglądu najbardziej istotnych od strony aplikacyjnej zagadnień, wskazują miejsca szczególnie ważne, które potencjalnie mogą stać się źródłem problemów eksploatacyjnych. W kolejnych artykułach autorzy przedstawią wyniki badań statycznych i mobilnych dla serii popularnych odbiorników GNSS pracujących w różnych konfiguracjach. Zostaną również zaprezentowane praktyczne wskazówki nt. możliwości użycia kilku alternatywnych systemów zwiększających dokładność określania pozycji.


1.1.1. Ruch satelitów po orbitach

Na podstawie znajomości parametrów orbity oraz praw Keplera można wyznaczyć prędkość satelity GPS poruszającego się na orbicie. Wynosi ona około 4 km/s względem środka Ziemi. Jednak z uwagi na fakt, że cała konstelacja satelitów GPS porusza się zgodnie z kierunkiem ruchu Ziemi, to z punktu widzenia obserwatora znajdującego się na jej powierzchni, satelity GPS poruszają się znacznie wolniej, około 1 km/s. Ruch satelity z taką prędkością daje już zauważalne zmiany częstotliwości sygnału odbieranego przez odbiornik (związane z prawem Dopplera), co z kolei wpływa na proces inicjalizacji odbiornika (określany często z ang. jako acquisition process), powodując jego wydłużenie.

3.2. EGNOS

W przeciwieństwie do systemów GPS i GLONASS, satelity systemu EGNOS są rozmieszczone na orbicie geostacjonarnej. Pod koniec 2012 roki można było odbierać sygnały na terenie Polski z 3 satelitów EGNOS, przy czym użyteczną dla typowego użytkownika informację nadają tylko satelity oznaczone jako Inmarsat-3-F2/AOR-E (15,5° W) oraz Inmarsat-F-F2 (25° E). W odbiornikach GNSS wspierających odbiór SBAS są one widziane jako satelity oznaczone odpowiednio: PRN #120 i PRN #126. Trzeci z satelitów EGNOS: Artemis (21,5° E), widziany jako PRN #124 nadaje od 22 marca 2012 r. tylko sygnały testowe. Niestety, umiejscowienie satelitów EGNOS na orbicie geostacjonarnej powoduje, że na terenie Polski są one widoczne nisko nad horyzontem. Nawet niewielkie budynki czy inne przeszkody terenowe mogą w znacznym stopniu utrudnić, a nawet uniemożliwić odbiór sygnałów nadawanych przez satelity SBAS.

www.wikipedia.org

Rys. 3. Rozmieszczenie satelitów EGNOS widziane przez użytkownika na terenie Warszawy Fig. 3. Distribution of EGNOS satellites visible to the user in Warsaw

Zewnętrzny okrąg na rys. 3 to linia horyzontu obserwatora, kolejne wewnętrzne okręgi wskazują na kąt elewacji (wysokość topocentryczną) 30° i 60°. Miejsce przecięcia osi układu to zenit nieboskłonu widziany w miejscu obserwacji.

W takich sytuacjach alternatywą może być stosowanie innego niż satelitarny kanału transmisyjnego dla poprawek SBAS, np. z wykorzystaniem Internetu – co oferuje usługa EGNOS SISNeT. Pomimo że od ponad dziesięciu lat SISNeT jest w fazie pełnej operacyjności, to nie cieszy się znaczną popularnością. Projektanci SBAS, szczęśliwie dla użytkownika, zaprojektowali te systemy w sposób umożliwiający odbiór sygnałów przez odbiornik bez konieczności stosowania dodatkowych urządzeń. Dodatkowym ułatwieniem jest zgodność parametrów systemów przeznaczonych dla różnych obszarów świata, tak więc odbiornik wspierający europejski EGNOS będzie także wspierał np. amerykański WAAS. W zasadzie wszystkie obecnie dostępne na rynku odbiorniki GNSS oferują taką funkcjonalność, niemniej trzeba być ostrożnym i z rozmysłem decydować o włączeniu sygnałów SBAS do procesu wyznaczania pozycji. Więcej na ten temat zostanie przedstawione również w kolejnych artykułach tej serii.

3.3. Stosowane kody oraz częstotliwości

Aktualnie satelity konstelacji GPS wykorzystują dwie podstawowe częstotliwości, na których transmitowane są depesze nawigacyjne. Są to pasma częstotliwości oznaczone jako L1 (częstotliwość środkowa: 1575,42 MHz) oraz L2 (1227,60 MHz). Dla aplikacji typu „Safety of Life” przewiduje się kolejne modernizacje satelitów pozwalające na transmisję sygnałów na dodatkowym paśmie częstotliwości L5 (1176,45 MHz). Dzięki temu, że zakodowane sygnały na wszystkich używanych częstotliwościach są ze sobą bardzo dobrze zsynchronizowane w czasie, istnieje możliwość wyznaczenia stosownej poprawki jonosferycznej uwzględniającej zmienne opóźnienie przejścia sygnału przez jonosferę. Taka metoda wyznaczania poprawki daje znacznie lepsze rezultaty niż stosowanie opracowanych modeli jonosfery. Inną alternatywą jest korzystanie z sygnałów EGNOS. Odbiorniki wieloczęstotliwościowe (L1/L2 lub L1/L2/L5) są zatem w tym względzie zdecydowanie lepsze niż tanie i popularne odbiorniki odbierające tylko sygnały w paśmie L1, niestety również wiele droższe. Z uwagi na fakt, że system GLONASS wykorzystuje inny niż GPS sposób modulacji sygnałów (FDMA vs. CDMA), schemat używanych częstotliwości jest nieco inny. Podstawowe pasma częstotliwości systemu GLONASS to: L1 (1602 MHz) oraz L2 (1246 MHz). Przewiduje się jednak stopniową unifikację części systemu GLONASS dostępnej dla użytkownika cywilnego z systemem GPS (faza projektowa ma się rozpocząć w latach 2013–2015), co pozwoli uprościć architekturę odbiorników wielosystemowych. Jako ciekawostkę można dodać, że właściciel systemu GPS ma możliwość natychmiastowego wykrywania, lokalizacji i raportowania wybuchów nuklearnych w atmosferze i w bliskim kosmosie. Wykorzystuje się do tego zainstalowane na satelitach detektory pracujące w paśmie L3 (1381,05 MHz), a globalna dystrybucja satelitów GPS daje podgląd bieżącej sytuacji w praktycznie dowolnym zakątku świata. Podstawowym kodem używanym w depeszach nawigacyjnych GPS jest kod C/A (ang. Coarse-Acquisition). Struktura kodu jest ogólnie znana, a obecnym jego przePomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

105


znaczeniem jest określanie pozycji i czasu przez odbiorniki z segmentu cywilnego. Jego specjalnie dobrana charakterystyka umożliwia określanie pozycji z gorszą dokładnością niż z wykorzystaniem kodu wojskowego P(Y), chociaż odbiorniki wojskowe odbierają również kod C/A, gdyż jest to im niezbędne do wstępnego określenia zgrubnej pozycji. Stopniowo wprowadzany jest również nowy kod cywilny oznaczony jako L2C, a od 2014 r. również L1C. System GLONASS wykorzystuje dwa kody: kod standardowej precyzji (SP) oraz kod określany jako utajony wysokiej precyzji (HP).

3.4. Systemy odniesienia

Aspektem, na który użytkownik w swoich aplikacjach powinien zwrócić szczególną uwagę jest fakt użycia różnych systemów (układów) odniesienia stosowanych natywnie w GPS i w GLONASS. Układ odniesienia to zbiór parametrów i ich fizyczna realizacja, opisujących kształt Ziemi (tj. przyjęcie parametrów dla elipsoidy odniesienia) jak również właściwości jej pola grawitacyjnego. GPS wykorzystuje system odniesienia „World Geodetic System 1984” (WGS-84), natomiast GLONASS system PZ-90. Różnica w typowych aplikacjach nie będzie istotna, gdyż długość wektora (stanowiącego różnicę między systemami) oceniana jest w niektórych źródłach na mniej niż wartość błędu określania pozycji. Jednak w aplikacjach wymagających szczególnej precyzji (co nie jest domeną odbiorników „low-cost”, które są przedmiotem opisu w niniejszej serii) może się to okazać decydujące. To, co jest istotne z punktu widzenia typowego użytkownika przemysłowego, to zwrócenie uwagi na odpowiednie skonfigurowanie parametrów pracy odbiornika w sposób, dzięki któremu obliczone pozycje będą wyrażone w  odniesieniu do oczekiwanego systemu odniesienia.

3.5. Dostępność sygnałów w otoczeniu wysokich przeszkód Środowisko wielkomiejskie jest szczególnie nieprzyjazne dla procesu wyznaczania pozycji w odbiornikach GNSS. Szczególnie wyraźnie widać to w momencie inicjalizacji odbiornika, który od dawna nie był włączony, lub też od momentu ostatniego włączenia przemieścił się na znaczny dystans. Faza inicjalizacji wymaga nieprzerwanej widoczności sygnału w celu odebrania depeszy nawigacyjnej od przynajmniej czterech satelitów. Wystarczy na chwilę tylko zablokować odbiór sygnałów, aby znacząco utrudnić inicjalizację odbiornika. Taka sytuacja może się często zdarzać, jeśli odbiornik pracuje w okolicach wysokich budynków (zakłócenia transmisji związane z refrakcją sygnału lub wyjściem satelity z pola widzenia odbiornika), lub przesłaniania widoczności nieboskłonu (co typowo zdarza się w sytuacji, gdy odbiornik jest w ruchu). Powyższe zakłócenia skutkują wydłużeniem czasu startu określanego parametrem TTFF (ang. Time To First Fix). Z chwilą gdy odbiornik ustali dokładny czas, odbierze komplet informacji na temat precyzyjnych efemeryd satelitów widocznych w danym miejscu i czasie oraz określi swoją pozycję, odporność na wymienione wyżej

106

zakłócenia wzrasta. Odbiornik przechodzi wtedy w tryb śledzenia satelitów (ang. tracking process). Częściowym rozwiązaniem powyższych niedogodności może być użycie odbiorników wyposażonych w funkcję A-GPS (ang. Assisted-GPS), która wykorzystując infrastrukturę naziemną (np. sieć telefonii komórkowej) dostarczy kanałem np. GPRS wymagane informacje ułatwiające „start” odbiornika. Jest to opcja bardzo często spotykana w telefonach komórkowych wyposażonych w odbiorniki GNSS. Zasadne zatem wydaje się być stosowanie wielosystemowych odbiorników GNSS. Im więcej dostępnych w trudnej lokalizacji satelitów, tym łatwiej i tym dokładniej można określić pozycję. Należy zwrócić uwagę na jeden ważny od strony realizacyjnej fakt: na typowych dla Polski szerokościach geograficznych najbardziej „uczęszczanym” przez satelity GNSS obszarem nieba jest fragment południowego nieboskłonu. Wynika to z założonej inklinacji orbit GNSS (55° dla GPS i 64,8° dla GLONASS) i skutkuje tym, że powyżej tych szerokości geograficznych trajektorie satelitów będących najbliżej obserwatora nie będą nigdy przecinały jego pozycji od strony północnej. Określenie czasu propagacji sygnałów z satelitów znajdujących się nisko nad horyzontem jest obarczone większymi błędami, co wynika z faktu, że nim zostaną odebrane, muszą przejść przez „grubszą” warstwę atmosfery. Na skutek tego trudniej jest określić jej wpływ na czas propagacji. Pewnym rozwiązaniem jest wykluczanie z rozwiązania nawigacyjnego sygnałów pochodzących od satelitów znajdujących się poniżej określonej wysokości kąta elewacji (wysokości topocentrycznej), np. 5–10°, pomimo że są one dostępne dla odbiornika. Parametr definiujący wysokość topocentryczną nad horyzontem, poniżej której satelity będą wykluczane z rozwiązania, nosi nazwę „Elevation Mask”. Zobrazowane jest to na rys. 4, gdzie wyraźnie widać, że trajektorie „nasłuchiwanych” przez odbiornik satelitów nigdy nie schodzą do poziomu horyzontu, są „odcinane” na 10°.

Rys. 4. Trajektoria satelitów GPS widziana w Rozewiu w okresie 24 h Fig. 4. Trajectory of GPS satellites at Rozewie through 24 h observation period

wyniki symulacji wykonanych przez autorów artykułu w programie Trimble Planning, v 2.90. almanach ważny na dzień 06.12.2012

Nauka     


Reasumując, dobierając na terytorium Europy miejsce pod antenę GNSS bardziej istotne jest zapewnienie dobrej widoczności nieboskłonu od strony południowej niż północnej.

3.6. Wpływ geometrii konstelacji satelitów na błędy określania pozycji Inny, ważny aspekt to algorytm wyboru konkretnego zestawu satelitów (wykorzystywanych do obliczania rozwiązania nawigacyjnego), uwzględniający ich geometryczne rozmieszczenie na nieboskłonie i wpływający na wartość DOP. Warto dodać, że jest to parametr aktualny dla każdego systemu GNSS, nie tylko GPS czy GLONASS.

odbierać sygnały tylko z satelitów znajdujących się nad nim, ale już nie pod nim, co byłoby bardzo korzystne. Wykorzystanie wielosystemowych odbiorników GNSS ma jeszcze inną, choć drobną, zaletę w kontekście budżetu błędów wynikających z niekorzystnej geometrii konstelacji GNSS. Dla porównania na rys. 5 przedstawiono 24-godzinną trajektorię systemu GLONASS w tej samej lokalizacji w Rozewiu. Wyraźnie widać tutaj, że sytuacja jest korzystniejsza, gdyż obserwator będzie miał szansę odbioru sygnałów GNSS z kilku satelitów GLONASS znajdujących się w zenicie lub nawet bardziej na północ niż jego pozycja, co nie będzie możliwe w sytuacji użycia wyłącznie konstelacji GPS. Przy doskonałej widoczności nieboskłonu warto jednak przemyśleć konieczność użycia systemu GLONASS. Ma on znacznie gorsze parametry dokładności określania pozycji, jeśli porównamy go do GPS, co może pogarszać wynikową dokładność określania pozycji. Wyniki badań porównawczych zostaną zaprezentowane w kolejnych artykułach z tego cyklu.

wyniki symulacji wykonanych przez autorów artykułu w programie Trimble Planning, v 2.90. almanach ważny na dzień 06.12.2012

4. Istotne parametry odbiorników GNSS Poniżej autorzy dokonali subiektywnego wyboru najbardziej istotnych parametrów odbiorników, przed analizą których staje każdy projektant aplikacji. Do zestawu parametrów wybrano tylko te najważniejsze z punktu widzenia wieloletniej praktyki inżynierskiej, a zamieszczone sugestie są wynikiem zebranych doświadczeń podczas prac w projektach międzynarodowych, w których uczestniczyli pracownicy Przemysłowego Instytutu Automatyki i Pomiarów PIAP. Rys. 5. Trajektoria satelitów GLONASS widziana w Rozewiu w okresie 24 h Fig. 5. Trajectory of GLONASS satellites at Rozewie through 24 h observation period

Jego wartości są niemianowane, rozróżnia się kilka typów parametru DOP, takich jak PDOP, HDOP i VDOP (odpowiednio odnoszące się do jakości pozycji w 3D, pozycji widzianej na płaszczyźnie oraz w ujęciu pionowym), a im mniejsza jest obliczona przez odbiornik ich wartość, tym lepiej. Obliczone wartości są wprost podawane dla użytkownika jako część komunikatu $GxGSA w formacie NMEA0183 i mogą stanowić miarę jakości parametrów rozwiązania nawigacyjnego. Najbardziej korzystna, jeśli chodzi o błędy wynikające z  geometrycznego rozmieszczenia na niebie satelitów jest sytuacja, w której odbiornik oblicza pozycję na podstawie trzech równomiernie rozmieszczonych nisko nad horyzontem satelitów oraz czwartego znajdującego się w zenicie. Odbiorniki starają się samodzielnie wybrać optymalny zestaw z aktualnie im dostępnych satelitów, niemniej niektóre odbiorniki pozwalają również na wybranie do obliczania pozycji sygnałów od konkretnych satelitów. Bezpośrednim skutkiem wpływu układu geometrycznego satelitów na jakość pozycji jest większy błąd określania wysokości elipsoidalnej (tj. odległości od elipsoidy odniesienia w danym punkcie) niż długości czy szerokości geograficznej. Wynika to z tego, że odbiornik może

4.1. Wspierane systemy GNSS

Minimalne kryterium wyboru to obsługa systemu GPS wraz z wyłączalną opcją wsparcia przez odpowiedni dla danego obszaru system SBAS (WAAS/EGNOS/MSAS). W sytuacji, gdy rozważany jest odbiornik wielosystemowy, należy zwrócić uwagę na kilka spraw: – wsparcie przez SBAS jest realizowane tylko dla systemu GPS – nie istnieje obecnie w pełni operacyjny, satelitarny system dystrybucji poprawek dla GLONASS (choć jest projektowany w tym celu rosyjski system SDCM), – oprogramowanie wewnętrzne odbiornika nie zawsze pozwala na jednoczesne korzystanie ze wszystkich systemów (np. razem GPS+GLONASS), – użycie sygnałów z wielu systemów jednocześnie wydaje się słuszne tylko w ściśle określonych warunkach środowiskowych, w których przyjdzie najczęściej pracować projektowanej aplikacji, – warto rozważyć użycie odbiornika GALILEO-ready, gdyż platformy sprzętowe obecnie już na to pozwalają, a stosowny firmware zostanie udostępniony przez producentów z chwilą pełnego uruchomienia systemu GALILEO. Na koniec uwaga ogólna: przy wyborze odbiornika warto wybrać układ umożliwiający aktualizację oprogramowania firmware przy pomocy komunikacji z użyciem tylko zwykłego portu szeregowego bez konieczności ingerencji na czas aktualizacji w konfigurację sprzętową odbiornika. Aktualizacje firmware są publikowane regularnie na

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

107


stronach producentów odbiorników w formie odpowiednio przygotowanych plików binarnych.

4.2. Fizyczne porty danych

Do standardu należy wyposażenie odbiornika w przynajmniej jeden sprzętowy port szeregowy RS-232 wraz z opcjonalnym innym portem, jak USB czy SPI. Warto zwrócić uwagę na rozwiązania z dwoma niezależnie konfigurowalnymi portami RS-232, co może być przydatne, jeśli projektant zechce poprawić jakość pozycji poprzez użycie np. DGPS (ang. Differential GPS), np. serwisu KODGIS z ogólnopolskiej sieci Aktywna Sieć Geodezyjna EUPOS (ASG EUPOS). W zasadzie każdy nowoczesny odbiornik wyposażony jest w przydatne wyjście „1 PPS” (CMOS), które może posłużyć do precyzyjnej synchronizacji czasowej innych układów. Niektóre odbiorniki mają również dodatkowe wyjście „Timepulse” z programowo regulowanym w zakresie np. do 1 kHz sygnałem.

4.3. Liczba śledzonych kanałów

Im więcej równolegle śledzonych kanałów, tym lepiej, gdyż oznacza to, że odbiornik jest zdolny do śledzenia jednocześnie większej liczby satelitów. Obecne odbiorniki typu „low-cost” umożliwiają śledzenie minimum 12–16 kanałów, chociaż spotyka się również odbiorniki „zintegrowane”, potrafiące jednocześnie analizować dane z 32 kanałów. Na rys. 6 przedstawiono symulację widoczności satelitów konstelacji GPS i GLONASS nad Warszawą w dniu 6 grudnia 2012 r. przy parametrze „Elevation Mask” ustawionym na 10°.

sensie może wskazywać na stopień zaawansowania technologicznego układu, szczególnie istotnego w procesie inicjalizacji pomiarów. W trakcie „zimnego” startu odbiornika GNSS nie jest mu znana ani jego pozycja geograficzna, ani bieżący czas. Nie może zatem ustalić nawet pobieżnie, jakiego zestawu satelitów może się w danym momencie spodziewać. Wymaga to zatem zsynchronizowania się odbiornika z sekwencjami kodowymi C/A transmitowanymi przez satelity znajdujące się aktualnie w zasięgu odbioru. Dodatkowym problemem jest fakt, że satelity poruszają się ze znacznymi prędkościami względem obserwatora naziemnego, co powoduje zmiany częstotliwości obserwowane przez odbiornik. Konkludując, układy korelatorów w odbiorniku próbują uchwycić odbierane sygnały GNSS, uwzględniając zmiany wynikające z przesunięcia kodu dla danego satelity względem jego repliki odtworzonej w odbiorniku (co reprezentuje czas propagacji sygnału) oraz zmian częstotliwości (wynikającej z ruchu ze znacznymi prędkościami względem odbiornika). Powstaje zatem pewien „obszar poszukiwań” w domenie czasu i częstotliwości dla różnych kodów C/A przypisanych do każdego satelity. Oczywiście, zdekodowanie nawet jednej pełnej ramki od jednego satelity znacznie ułatwia dalsze poszukiwania. Większa liczba korelatorów na pokładzie układu oznacza zmniejszenie jednostkowego obszaru poszukiwań kodu C/A, co w konsekwencji prowadzi do skrócenia czasu wyznaczenia pierwszej pozycji. Postęp w dziedzinie rozwoju elektroniki jest tutaj szczególnie widoczny, gdyż nowoczesne odbiorniki GNSS dosłownie deklasują te starszej konstrukcji.

4.5. Funkcjonalność A-GPS

Rys. 6. Symulacja liczby widocznych satelitów GPS i GLONASS nad Warszawą w dniu 06 grudnia 2012 r. Fig. 6. Simulation of the number of visible GPS and GLONASS

Jak widać, aby skorzystać z dobrodziejstw pełnej konstelacji dostępnej w tym terminie, należy mieć odbiornik minimum dwudziestokanałowy. Wraz z rozbudową systemów GNSS liczba satelitów umieszczonych na orbitach będzie się zwiększać, więc warto już teraz pomyśleć o rozwiązaniach co najmniej kilkudziesięciokanałowych.

4.4. Liczba dostępnych korelatorów

Niektórzy producenci odbiorników deklarują w notach katalogowych liczbę użytych korelatorów, co w pewnym

108

Wersja usługi Assisted-GPS realizowanej bezpośrednio przez odbiornik znacząco skraca czas do wyznaczenia pierwszej pozycji, ale niestety wymaga załadowania z zewnętrznego źródła do odbiornika zestawu informacji „startowych”, które pomogą mu z grubsza określić położenie, aktualny czas oraz zestaw satelitów, jakiego może się spodziewać. W aplikacjach stacjonarnych, gdzie dostępne jest permanentne połączenie internetowe, można pokusić się o implementację dedykowanych rozwiązań, stosunkowo długoterminowych, które działają podobnie do klasycznego A-GPS (np. µBlox AssistNow).

4.6. Funkcjonalność RAIM

RAIM (ang. Receiver Autonomous Integrity Monitoring) pozwala wykryć zakłócenia systemu GNSS pochodzące od konkretnego satelity i mające wpływ na obliczaną pozycję odbiornika. Wykorzystywana jest istniejąca w tym przypadku nadmiarowość zmierzonych odległości od satelitów do odbiornika, co pozwala na sprawdzenie wielu ich kombinacji, które przy prawidłowej funkcjonalności GNSS powinny dawać bardzo zbliżone rezultaty dla tej samej pozycji anteny odbiornika. W przypadku, gdy użycie sygnału od wadliwego satelity daje nieprawidłowe wskazanie obliczonej pozycji, odbiornik z RAIM może wykluczyć go automatycznie z zestawu analizowanych sygnałów GNSS.

wyniki symulacji wykonanych przez autorów artykułu w programie Trimble Planning, v 2.90. almanach ważny na dzień 06.12.2012

Nauka     


4.7. Funkcjonalność DGPS

W przypadku, gdy dysponujemy źródłem aktualnych dla danej lokalizacji poprawek kodowych (typowo dla odbiorników z półki „low-cost”), można je wykorzystać do zwiększenia dokładności wskazań GNSS. Poprawki te są z reguły automatycznie wykrywane przez odbiornik, dzięki czemu przechodzi on w tryb różnicowy dając dokładniejsze wskazania. Informacja o stanie pracy odbiornika jest również zamieszczana w ramkach NMEA0183

wyniki symulacji wykonanych przez autorów artykułu w programie Trimble Planning, v 2.90. almanach ważny na dzień 06.12.2012

4.8. Miary dokładności odbiorników

W praktyce inżynierskiej bardzo często spotykamy się z podstawowym pytaniem: który odbiornik jest dokładniejszy? Powinny na nie odpowiedzieć noty katalogowe danych odbiorników. Niestety, producenci często podają deklarowane wartości błędów dla różnych definicji określenia błędu. Prawidłowa interpretacja tych definicji jest wymagana, aby ocenić dokładność określania pozycji i tym samym przydatność danego odbiornika pracującego w konkretnym reżimie stosownie do wymogów konkretnej aplikacji. Może się tak zdarzyć, że odbiornik o dokładności, dla której wartość błędu wyrażona w RMS ma określoną wartość, jest dokładniejszy niż odbiornik, którego dokładność obarczona jest błędem o wartości mniejszej, ale wyrażonej w CEP. Sytuacja komplikuje się jeszcze o tyle, że natura systemów GNSS powoduje, iż błędy wyznaczenia szerokości i długości geograficznej w układzie globalnym sprowadzone do układu lokalnego mają różne wartości dla komponentu północ-południe niż dla komponentu wschód-zachód (ich rzeczywisty rozkład przypomina elipsę). Najczęściej spotykaną definicją błędów w  kontekście GNSS jest błąd CEP (ang. Circular Error Probable), który mówi o długości promienia okręgu o  środku w miejscu posadowienia anteny, w którym to znajdzie się 50 % wyznaczonych na płaszczyźnie pozycji. Wartość tego błędu może w praktyce okazać się bardzo niemiarodajna, gdyż co prawda mamy 50 % prawdopodobieństwo wyznaczenia pozycji wewnątrz określonego okręgu, ale z drugiej strony nic nie wiemy o pozostałych 50 % wyznaczonych pozycji, które mogą znajdować się również wielokrotnie dalej.

Lepszą informację o dokładności układu uzyskamy znając wartości błędu DRMS (ang. Distance Root Mean Square), gdyż definiuje on dokładność średniokwadratową (dla rozkładu błędu zbliżonego do rozkładu normalnego odpowiada to 63–68 % wyznaczonych pozycji), czy też 2DRMS (ang. Twice the Distance Root Mean Square) – dla 95–98 % wyznaczonych pozycji. Jak już wspomniano, składowa wysokości jest określana przez systemy GNSS z największym błędem. Dlatego wszystkie miary błędów uwzględniające trzeci wymiar mają wyraźnie wyższe wartości niż ma to miejsce dla płaszczyzny. Najczęściej spotykane definicje błędów 3D to: − MRSE (ang. Mean Radial Sperical Error), mówiący o  promieniu sfery dla ok. 61  % prawdopodobieństwa

określenia w niej pozycji (w przypadku błędu o rozkładzie zbliżonym do rozkładu normalnego), − SEP (ang. Spherical Error Probable), z 50 % prawdopodobieństwem określone pozycje znajdują się wewnątrz sfery. Reasumując, jeżeli noty katalogowe mówią, że trzy odbiorniki mają taką samą wartość błędu na płaszczyźnie wyrażoną w metrach, ale każda z nich wyraża ten błąd odpowiednio dla CEP, DRMS, 2DRMS, to trzeci odbiornik jest z nich najbardziej dokładny. Należy rozróżnić pojęcie dokładności od pojęcia precyzji. Używane są często zamiennie, ale oznaczają co innego. Bardziej zainteresowanych Czytelników autorzy odsyłają do artykułu „Accuracy versus Precision. A Primer on GPS Truth” zamieszczonego w numerze 05/2010 miesięcznika GPS World.

To, co najistotniejsze w kontekście deklarowanych w notach katalogowych dokładności odbiorników, można określić jednym zdaniem: są prawdziwe ale w warunkach idealnych, raczej rzadko spotykanych w rzeczywistości. Przygotowane staranniej noty mają adnotacje, w których – przykładowo – producent informuje, że prezentowane wartości zostały zmierzone przy widoczności nieba pozbawionej przeszkód terenowych, z profesjonalną anteną o charakterystyce redukującej szkodliwe odbicia sygnału, czy też przy wystarczająco silnym sygnale dla każdego z obserwowanych satelitów. Ich spełnienie wymaga przygotowania specjalnego stanowiska testowego, najlepiej na dachu budynku przewyższającego wszystkie inne budynki w najbliższym jego otoczeniu oraz użycia anteny o specjalnej charakterystyce pozwalającej na znaczące tłumienie sygnałów odbitych od pobliskich obiektów (tzw. anten typu „choke-ring”). Anteny takie ważą 5–10 kg, mają średnicę rzędu 40 cm oraz kosztują kilka tysięcy EUR, tak więc należą one do segmentu rynku przeznaczonego dla innych odbiorników GNSS niż prezentowane w tej serii artykułów. Jak przedstawiono powyżej, bardzo trudno jest znaleźć takie warunki odbioru sygnałów GNSS w typowych aplikacjach, dlatego też można śmiało wnioskować: − w realnych warunkach należy spodziewać się o  wiele gorszych parametrów niż zadeklarowane przez producenta, − rzeczywiste warunki użytkowania powodują silnie losowe zmiany dokładności określanych pozycji, − rodzaj użytej anteny ma istotny wpływ na rzeczywiste parametry odbiorników.

4.9. Formaty danych wyjściowych Wyróżnić można tutaj dwa rodzaje formatów: zunifikowany format danych określony standardem NMEA 0183 oraz formaty natywne, zdefiniowane niezależnie przez danego producenta odbiornika.

4.9.1. Protokół NMEA 0183

Standard NMEA 0183 definiuje format wszystkich ramek danych (wiadomości o predefiniowanym formacie i strukturze), jakie odbiornik GNSS może wysyłać do aplikacji

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

109


Nauka     

użytkownika. Są to ciągi znaków ASCII, o z góry ustalonej strukturze, pozwalające użytkownikowi bezpośrednio odczytywać wszystkie niezbędne informacje, jak np. pozycja geograficzna, czas/data, prędkość itp. Na przestrzeni ostatnich 20 lat format wielokrotnie ewaluował, jednak zostały zachowane w nim w niezmienionej formie wszystkie najbardziej uniwersalne ramki wiadomości. Pewne problemy mogą pojawiać się w sytuacji użycia odbiorników wielosystemowych, dla których tzw. „NMEA talker”, czyli prefiks każdej wiadomości domyślnie zmienia się w zależności od tego, w jakiej aktualnie konfiguracji odbiornik pracuje. Dla systemu GPS przewidziano prefiks wiadomości $GP, dla GLONASS – $GL, dla GALILEO – $GA czy też finalnie $GN, kiedy to pozycja ustalana jest na podstawie informacji z wielu systemów naraz. Może to powodować problemy z kompatybilnością oprogramowania, szczególnie wśród starszych jego wersji, gdyż ramki danych mogą w tej sytuacji być zupełnie nierozpoznawane.

4.9.2. Protokoły natywne

Każdy z producentów opracował swój własny protokół natywny, oferujący rozszerzony zakres transmitowanych informacji. Ponadto, transmisja z wykorzystaniem własnego protokołu daje dostęp do wielu dodatkowych parametrów konfiguracyjnych, jak również umożliwia transfer danych z wielokrotnie większą prędkością w porównaniu do NMEA0183, gdzie domyślne ustawienia to 4800 bps 8-n-1.

4.10. Częstość określania pozycji

Współczesne odbiorniki oferują tzw. „update rate” co najmniej na poziomie jednego zestawu ramek na sekundę. W niektórych sytuacjach, szczególnie w aplikacjach mobilnych może okazać się to zbyt małą wartością. Z drugiej jednak strony, w aplikacjach zasilanych bateryjnie możliwość ustawienia rzadszego, cyklicznego raportowania (czy też raportowania „na żądanie”) jest wręcz wymagana. Warto wiedzieć, że odbiorniki w trakcie procesu akwizycji sygnału satelitów (inicjalizowania pomiarów), zużywają najwięcej energii, później złożoność obliczeniowa wewnętrznych algorytmów jest mniejsza oraz możliwe jest wyłączenie części wewnętrznych modułów odbiornika. Finalnie spada też pobór energii.

4.11. Parametr TTFF – Time To First Fix

Jest to bardzo istotny parametr dla kryteriów wyboru właściwego dla danej aplikacji układu GNSS, gdyż definiuje on czas potrzebny odbiornikowi do określenia pierwszej pozycji. Można tutaj wskazać trzy scenariusze, dla których wartość TTFF zmienia się radykalnie, zaprezentowane w kolejności od najdłuższego do najkrótszego: − Cold start/Factory start – to najbardziej niekorzystny scenariusz, w którym zakłada się, że odbiornik jest pozbawiony jakichkolwiek informacji o czasie, pozycji, konstelacji satelitów i dostępnych informacji o ich orbitach; − Warm start/Normal start – odbiornik ma w miarę dokładną informację o bieżącym czasie (maksymalny błąd rzędu kilkunastu sekund); zakłada też, że jego pozycja nie różni się bardziej niż o 100–200 km od ostatnio zmierzonej, a prędkość jego ruchu nie jest znaczna oraz, że nie upłynęło więcej niż kilka godzin

110

od ostatniej aktualizacji pozycji, a więc informacje o konstelacji satelitów są w miarę aktualne; − Hot start – odbiornik ma wszystkie niezbędne informacje, jest to w zasadzie czas niezbędny do odświeżenia informacji o aktualnej pozycji. Wartość TTFF, szczególnie dla scenariusza Cold Start może zostać znacząco zredukowana z użyciem usługi A-GPS.

4.12. Pozostałe parametry

Większość producentów podaje również cały szereg innych parametrów, jak czułość układu dla różnych scenariuszy, wartości maksymalnych prędkości, wysokości czy przyspieszenia w jakich odbiornik będzie pracował. Są to jednak wartości albo zbliżone dla wszystkich producentów albo nieistotne z punktu widzenia typowych aplikacji, w których zastosowania mają tanie odbiorniki przeznaczone dla rynku masowego, co powoduje, że ich analiza nie jest krytyczna z punktu widzenia projektanta takich aplikacji.

5. Podsumowanie W artykule starano się przedstawić najbardziej istotne informacje mogące być wskazówkami dla selekcji najlepszego układu dla danej aplikacji. Subiektywny wybór zagadnień oraz autorska ocena istoty przedstawionych parametrów i funkcjonalności jest tylko pewną formą pomocy i nie zwalnia Czytelnika przed pogłębieniem wiedzy w temacie we własnym zakresie. W następnych artykułach z tej serii ukażą się wyniki badań stacjonarnych i mobilnych dla kilku konfiguracji odbiorników GNSS przeprowadzone dla różnych scenariuszy zbliżonych do rzeczywistości spotykanej w praktyce inżynierskiej. Na koniec niniejszej serii zostaną również omówione metody poprawy dokładności odbiorników z wykorzystaniem darmowych jak i płatnych narzędzi oraz usług.

Bibliografia 1. Kupper A., Location-based services. Fundamental and operation, John Willey & Sons, Ltd, 2005, West Susex 2005. 2. El-Rabbany A., Introduction to GPS, The Global Positionis System, Aretch House Mobile Communication Series, Norwood, 2002. 3. User Guide for EGNOS application developers, ESA, ED. 1.1, 07/30/2009 4. Inside GNSS, January/February 2012 5. GPS World, May 2012 6. www.wikipedia.org.

GNSS receivers in engineering practice Introduction to Global Navigation Satellite Systems Abstract: In this article, the first of a series, we have outlined the principles of operation and selected concepts related to the theme of Global Navigation Satellite Systems (GNSS) and a brief compendium of the basic parameters of low-cost GNSS receivers available for integration into typical applications. The article begins


with an easy-to-read and non-technical description of the most basic principles of operation and limitations of GNSS systems so that the reader can familiarise themselves with these concepts. This is followed by a brief overview of the relevant parameters and functionality of GNSS receivers currently available on the market along with some of the potential ‘pitfalls’ which might be waiting for application designers. The authors in subsequent articles in this series will review ‘low-cost OEM’ receivers currently available on the market and will present the results of both stationary and mobile testing for different applications.

mgr inż. Konrad Bożek Absolwent Wydziału Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej w specjalności Radiokomunikacja i Radiolokacja. Od 2003 r. pracownik PIAP, twórca wielu rozwiązań z obszaru radiokomunikacji i techniki antenowej implementowanych w systemach mobilnych.. e-mail: KonradBozek@piap.pl

Keywords: GPS, GLONASS, GALILEO, EGNOS, measuring errors, low-cost GNSS receivers mgr inż. Sławomir Kapelko mgr inż. Arkadiusz Perski W PIAP od 2001 roku. Zajmuje się realizacją międzynarodowych projektów badawczych w obszarach nawigacji oraz komunikacji satelitarnej. Swoje zainteresowania naukowe koncentruje wokół tematyki Globalnych Systemów Nawigacji Satelitarnej oraz ich zastosowań w wybranych obszarach techniki.

Ukończył Wydział Elektroniki Politechniki Warszawskiej, w PIAP zatrudniony od 2003 roku. Elektronik, programista, projektant systemów wbudowanych. Jego zainteresowania to szeroko pojęta robotyka. Autor wielu opracowań platform mobilnych do zastosowań cywilnych i specjalnych, wykorzystywanych m.in. w badaniach GNSS. e-mail: SlawomirKapelko@piap.pl

e-mail: ArkadiuszPerski@piap.pl

mgr inż. Sebastian Pawłowski dr inż. Artur Wieczyński Kierownik Laboratorium Technik Satelitarnych PIAP, koordynator i uczestnik wielu międzynarodowych projektów badawczych w dziedzinie komunikacji satelitarnej, sterowania, monitorowania i nawigacji. e-mail: ArturWieczynski@piap.pl

Pracownik PIAP od 2001 roku. Od wielu lat prowadzi i uczestniczy w projektach związanych z robotyką mobilną do zastosowań antyterrorystycznych i militarnych. Swoje zainteresowania skupia między innymi wokół budowy platform badawczych dla systemów GNSS. e-mail: SebastianPawlowski@piap.pl

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

111


Nauka     

Układ tomografu wiroprądowego wysokiej rozdzielczości oraz możliwości filtracji sygnału pomiarowego Jacek Salach, Roman Szewczyk Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, Politechnika Warszawska

Streszczenie: W artykule przedstawiono budowę opracowanego tomografu wiroprądowego wysokiej rozdzielczości do badania obiektów o kształcie zbliżonym do cylindrycznego. W tomografie zastosowano specjalizowany miernik przesunięcia fazowego oraz nowoczesny mikrokontroler o architekturze ARM. Wyniki zrealizowanych badań wykazały, że filtry liniowe (np. filtr Butterwortha) nie umożliwiają poprawy jakości sygnału pomiarowego w tomografie wiroprądowym. W artykule przytoczono wytyczne do opracowania filtracji nieliniowej minimalizującej wpływ zakłóceń impulsowych na wyniki pomiaru. Słowa kluczowe: badania nieniszczące, tomografia wiroprądowa

2. Konstrukcja tomografu wiroprądowego Zasadę działania tomografu wiroprądowego do badania obiektów cylindrycznych przedstawiono na rys. 1. Cylindryczny obiekt badany (1) umieszczony jest między dwoma cylindrycznymi cewkami (2): sterującą i pomiarową. W trakcie pomiaru obiekt badany (1) jest obracany wokół własnej osi za pomocą mechanizmu obrotowego (3) oraz przemieszczany wraz ze stolikiem liniowym (4).

adania tomograficzne elementów konstrukcyjnych są intensywnie rozwijanym obszarem badań nieniszczących. Główną zaletą tego typu badań jest możliwość uzyskania szczegółowej informacji o charakterze i kształcie nieciągłości w badanym elemencie. Jednak stosowana powszechnie tomografia z wykorzystaniem promieniowania rentgenowskiego niesie ze sobą wiele zagrożeń typowych dla techniki rentgenowskiej. W rezultacie technika ta jest kosztowna i trudna do stosowania w warunkach przemysłowych.

1. Wprowadzenie Niedogodności związane z tomografią rentgenowską powodują konieczność poszukiwania innych rozwiązań umożliwiających badania tomograficzne. Jedną z takich metod jest tomografia wiroprądowa. Główną zaletą tomografii wiroprądowej jest jej całkowite bezpieczeństwo. W tomografii wiroprądowej promieniowanie rentgenowskie zastąpione jest polem magnetycznym o częstotliwości akustycznej. Z tego względu metodami tomografii wiroprądowej można badać elementy metalowe wykonane zarówno z materiałów ferromagnetycznych, jak i niemagnetycznych [1]. W rezultacie metoda ta może znaleźć szerokie zastosowanie w przemyśle. Główną barierą upowszechnienia się tomografii wiroprądowej jest brak wiedzy, zarówno w zakresie metod przetwarzania sygnału pomiarowego, jak i algorytmów analizy tego sygnału z wykorzystaniem przekształcenia tomograficznego odwrotnego [2].

112

Rys. 1. Idea zasady działania tomografu wiroprądowego do badania obiektów cylindrycznych: 1 – cylindryczny obiekt badany, 2 – cewki cylindryczne: sterująca i pomiarowa, 3 – mechanizm obrotowy, 4 – stolik liniowy Fig. 1. Idea of operation of eddy current tomography: 1 – cylindrical tested element, 2 – cylindrical coils: driving and measuring, 3 – rotation move mechanism, 4 – linear move mechanism

W rezultacie, w realizowanym automatycznie cyklu pomiarowym, uzyskiwana jest informacja zarówno o amplitudzie sygnału mierzonego na cewce pomiarowej, jak i o przesunięciu fazowym tego sygnału względem sygnału sterującego. Zarówno zmiany przesunięcia fazowego, jak i zmiany wartości amplitudy są konsekwencją przejścia strumienia magnetycznego przez badany element i wpływu na ten strumień prądów wirowych indukowanych w elemencie. Ze względu na przemieszczanie się obiektu i jego obrót wokół własnej osi, zestaw wyników pomiarów parametrów sygnału w cewce pomiarowej umożliwia odtworzenie informacji o kształcie


i budowie wewnętrznej badanego elementu. Należy podkreślić, że opracowany tomograf umożliwia pomiary z rozdzielczością przestrzenną znacznie wyższą niż w rozwiązaniach prezentowanych do tej pory [3]. Na rys. 2 zaprezentowano schemat blokowy opracowanego stanowiska tomografu wiroprądowego. Napięciowy generator sinusoidalny o stabilnej częstotliwości f = 1 kHz i stabilnej wartości amplitudy, steruje przetwornikiem napięcie-prąd, połączonym z cewką sterująca. W rezultacie cewka sterująca wytwarza sinusoidalnie zmienne pole magnetyczne o natężeniu proporcjonalnym do wartości prądu w tej cewce. W tym polu umieszczony jest badany obiekt. Po przeciwnej stronie obiektu badanego (co jest widoczne także na rys. 1) umieszczona jest cewka pomiarowa, która jest podłączona do wejścia wzmacniacza o dużej stabilności i liniowości wzmocnienia. Następnie sygnał pomiarowy jest filtrowany, co znacznie zmniejsza poziom zakłóceń. Po filtracji pasmowo-przepustowej, mierzona jest amplituda sygnału pomiarowego oraz jego przesunięcie fazowe względem sygnału sterującego przetwornik napięcie-prąd. Procesem pomiaru steruje mikrokontroler ARM 1114 z rodziny Cortex [4]. Mikrokontroler ten steruje także modułami sterującymi silnikami krokowymi odpowiedzialnymi za ruch obrotowy i przesuniecie liniowe. Uzyskane dane pomiarowe przesyłane są do komputera PC z wykorzystaniem portu szeregowego RS-232. W komputerze PC dane są gromadzone, przetwarzane i archiwizowane z wykorzystaniem oprogramowania LabVIEW.

Z aparaturowego punktu widzenia najtrudniejszy do zrealizowania jest pomiar przesunięcia fazowego sygnału z cewki pomiarowej względem sygnału z generatora sinusoidalnego. Na rys. 3 przedstawiono schemat blokowy opracowanego miernika przesunięcia fazowego z wykorzystaniem generatora o częstotliwości 100 MHz, współpracującego z mikrokontrolerem ARM1114. W zastosowanym rozwiązaniu, na początku toru pomiarowego, sygnały mierzone są podawane na wejście komparatorów, co umożliwia ich przetworzenie na sygnały prostokątne. Następnie wyznaczane jest przesunięcie fazowe jako opóźnienie czasowe w przypadku, gdy sygnały z komparatorów są zgodne oraz gdy są różne. Zgodność wartości sygnałów określana jest za pomocą bramki XOR. W opracowanym mierniku przesunięcia fazowego wykorzystano licznik ośmiobitowy. Kolejne bity licznika realizowane są za pomocą szesnastobitowego licznika wbudowanego w strukturę mikrokontrolera ARM1114. Jednak należy podkreślić, że częstotliwość zliczania tym licznikiem ograniczona jest do 5 MHz, co spowodowało konieczność zastosowania rozwiązania przedstawionego na rys. 3.

3. Wyniki badań obiektu modelowego

W ramach pracy zrealizowano pomiar charakterystyk tomograficznych wałka z podcięciem o długości 250 mm (rys. 4). Podcięcie o szerokości 8 mm symuluje nieciągłość obiektu. Wałek został wykonany z ferromagnetycznej stali konstrukcyjnej typu 45. Przetwornik Cewka Wzmacniacz Filtr Na rys. 5 przedstawiono wyniki napięcie - prąd sterująca precyzyjny pasmowoprzepustowy pomiaru amplitudy na uzwojeniu pomiarowym. Natomiast wyniki Badany Cewka pomiarów tangensa kąta przesuelement pomiarowa nięcia fazowego f sygnału uzyskanego na wyjściu cewki pomiarowej Miernik Generator Moduł ruchu Moduł ruchu przesunięcia Woltomierz względem sygnału podawanego na sinusoidalny liniowego obrotowego fazowego precyzyjny cewkę sterującą podano na rys. 6. W trakcie realizowanych pomiarów tomograficznych, pełny Mikrokontroler obrót obiektu zamykał się w 100 Komputer PC ARM 1114 krokach, czyli każdy krok odpowiadał obrotowi mierzonego wałka Rys. 2. Schemat blokowy opracowanego stanowiska tomografu wiroprądowego Fig. 2. Schematic block diagram of eddy-current tomograph

Sygnał z filtra (pomiarowy)

Komparator

Generator 100 MHz AND

XOR

Sygnał wzorcowy z generatora

XOR

Licznik 8 bitowy Wyjście licznika 8 bitów

Komparator CTR

tH/ tL RESET DATA0..6 DATA7 Mikrokontroler ARM 1114

Rys. 3. Schemat blokowy opracowanego miernika przesunięcia fazowego Fig. 3. Schematic block diagram of developed phase shift meter

Rys. 4. Wałek z podcięciem wykorzystywany jako obiekt testowy Fig. 4. Cylinder with the grove used as testing element

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

113


Nauka     

Rys. 5. Wyniki pomiarów amplitudy napięcia na uzwojeniu pomiarowym w funkcji obrotu (oś x) i przesunięcia liniowego (oś y) Fig. 5. Results of measurements of amplitude o voltage on measuring coil as a function of rotation (x axis) and linear movement (y axis)

Rys. 6. Wyniki pomiarów tangensa kąta przesunięcia fazowego f sygnału uzyskanego na uzwojeniu cewki pomiarowej względem sygnału podawanego na cewkę sterująca w funkcji obrotu (oś x) i przesunięcia liniowego (oś y) Fig. 6. Results of measurements of tangent of angle between signal on measuring coil and signal given on driving coil as a function of rotation (x axis) and linear movement (y axis)

o 3,6o. Natomiast krok przesunięcia liniowego wynosił 1 mm. Na podstawie uzyskanych wyników pomiarowych możliwe jest odtworzenie kształtu obiektu mierzonego z wykorzystaniem tomograficznego przekształcenia odwrotnego. Przekształcenie to, bazując na elektromagnetycznych równaniach Maxwella, umożliwia odtworzenie rozkładu zarówno przenikalności magnetycznej m, jak i rezystywności materiału r [5]. W prosty sposób umożliwia to detekcję nieciągłości [6]. Jednak równania Maxwella, konieczne do wyznaczenia tomograficznego przekształcenia odwrotnego, nie mają postaci jawnej. Z tego względu rozkład przenikalności magnetycznej m i rezystywności materiału r wyznaczany jest w trakcie procesu optymalizacji gradientowej, wykorzystując najczęściej metody bazujące na algorytmie Newtona.

obrotu mierzonego obiektu w ustalonej pozycji na osi przesunięcia liniowego w opracowanym układzie tomograficznym. Następnie, traktując średnią z 30 pomiarów jako charakterystykę wzorcową, podjęto próbę zastosowania dolnoprzepustowego filtru liniowego Butterwortha i-tego rzędu, w którym częstotliwość graniczną fg zmieniano proporcjonalnie do częstotliwości f0 próbkowania sygnału pomiarowego. Do oceny jakości filtru wykorzystano parametr k, będący sumą kwadratów różnic między sygnałem wzorcowym (średnią) a filtrowanymi sygnałami pomiarowymi. Wyniki tych badań podano na rys. 7. Jak wynika z rys. 7 zastosowanie liniowego, dolno-

4. Filtracja sygnału pomiarowego Z metrologicznego punktu widzenia na dokładność wyników przekształcenia tomograficznego wpływają zarówno niepewność pomiaru sygnału na cewce detekcyjnej, jak również dokładność optymalizacyjnych obliczeń numerycznych. Głównym źródłem poprawy jakości obliczeń numerycznych jest wzrost szybkości nowo opracowywanych komputerów. Natomiast minimalizacja zakłóceń sygnału pomiarowego odbywa się poprzez filtracje sygnału, zarówno analogową jak i cyfrową. Do analizy zakłóceń sygnału pomiarowego wykorzystano 30 pomiarów zrealizowanych w trakcie pełnego

114

k

2,25E-04

i=1

2,15E-04

2 3

2,05E-04 1,95E-04

fg/(2·f0) 1

0,9

1,85E-04 0,8

0,7

0,6

0,5

Rys. 7. Zmiany parametru k w wyniku filtracji z zastosowaniem dolnoprzepustowego filtru Butterwortha i-tego rzędu o częstotliwości granicznej fg Fig. 7. Changes of parameter k due to filtration with low pass Butterworth filter (i – order of filter, fg – cut off frequency)


przepustowego filtru Butterwortha, niezależnie od i-tego rzędu filtru i od jego częstotliwości granicznej, nie prowadzi do poprawy jakości sygnału pomiarowego. Wynika to z ograniczeń rozdzielczości przestrzennej sygnału pomiarowego w tomografie wiroprądowym. Pomimo braku możliwości zastosowania filtrów liniowych do filtracji sygnału w tomografie wiroprądowym stwierdzono, że niektóre punkty pomiarowe są obarczone błędami grubymi, wynikającymi z impulsowych zakłóceń pojawiających się w otoczeniu układu pomiarowego. Punty te identyfikowano i korygowano wykorzystując jako kryterium różnicę między wartością uzyskaną w danym punkcie, a interpolacją (wielomianami trzeciego stopnia) oczekiwanej wartości tego pomiaru z wykorzystaniem otaczających go punktów.

5. Podsumowanie Przedstawiona konstrukcja tomografu wiroprądowego do pomiaru elementów walcowych umożliwia realizację pomiarów z rozdzielczością przestrzenną znacznie wyższą niż w dotychczas prezentowanych rozwiązaniach [1]. W artykule przedstawiono wyniki pomiarów zrealizowanych dla ferromagnetycznego wałka z podcięciem, wykonanego ze stali konstrukcyjnej, które potwierdziły prawidłowość konstrukcji. Przedstawione wyniki badań wykazały, że filtry liniowe, jak filtr Butterwortha, nie umożliwiają poprawy jakości sygnału pomiarowego w tomografie wiroprądowym. Natomiast zastosowanie filtracji nieliniowej, wykorzystującej interpolację wielomianami trzeciego stopnia, umożliwia minimalizację wpływu zakłóceń impulsowych na wyniki pomiaru.

Bibliografia 1. Soleimani M., Tamburrino A., Shape reconstruction in magnetic induction tomography using multifrequency data, “International Journal of Informaton and Systems Sciences”, Vol. 2, No. 3, 2006, 343–353. 2. Premel D., Mohammad-Djafari A., Eddy current tomography in cylindrical geometry, “IEEE Transactions on Magnetics”, Vol. 31, No. 3, 1995, 2000–2003. 3. Soleimani M., Simultaneous reconstruction of permeability and conductivity in magnetic induction tomography, “Journal of Electromagnetic Waves and Applications”, Vol. 23, No. 5–6. 2009, 785–798. 4. Sawicki M., Wujek P., Mikrokontrolery LPC1100, BTC 2011. 5. Tamburrino A., Rubinacci G., Fast methods for quantitative eddy-current tomography of conductive materials, “IEEE Transactions on Magnetics”, Vol. 42, No. 8, 2006, 2017–2028. 6. Ioan D., Rebican M., Numerical model for eddycurrent testing of ferromagnetic steel parts, “IEEE Transactions on Magnetics”, Vol. 38, No. 2, 2002, 629–632.

High resolution eddy current tomography setup and possibilities of its signal filtering Abstract: Paper presents developed, high resolution eddy current tomography setup for testing of cylindrical objects. In developed tomograph, specialized phase shift measuring system was applied together with ARM microcontroller. Experimental results indicated, that linear filters (such as Butterworth filter) don’t enable increasing of signal quality. Paper presents guidelines for development of non-linear filter for removing pulse disruptions in measuring signal. Keywords: non-destructive testing, eddy current tomography

dr inż. Jacek Salach Od 2005 r. pracownik Instytutu Metrologii i Inżynierii Biomedycznej Politechniki Warszawskiej. Zaangażowany w prace związane z badaniem wpływu momentu skręcającego na właściwości magnetyczne materiałów, opracowaniem sensorów mechatronicznych, miernictwem elektrycznym oraz metodami badań nieniszczących. e-mail: j.salach@mchtr.pw.edu.pl

prof. nzw. dr hab. inż. Roman Szewczyk Od 2000 r. pracownik Przemysłowego Instytutu Automatyki i Pomiarów oraz Instytutu Metrologii i Inżynierii Biomedycznej Politechniki Warszawskiej. Zaangażowany w prace związane z modelowaniem zjawisk magnetomechanicznych, opracowaniem sensorów mechatronicznych, miernictwem elektrycznym oraz prognozowaniem rozwoju technologii (technological foresight). e-mail: rszewczyk@piap.pl

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

115


Nauka     

Transfer ekranów synoptycznych pakietu SCADA na urządzenia przenośne Dorian Chrzanowski*, Krzysztof Kołek**, Jakub Sotwin*** *Nokia Siemens Networks **AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział EAIiIB, Katedra Automatyki i Inżynierii Biomedycznej ***Motorola Solutions Systems Polska

Streszczenie: W pracy zaprezentowano metodę umożliwiającą automatyczny transfer ekranów synoptycznych systemu SCADA do urządzeń pracujących pod kontrolą systemu operacyjnego Android. Omówiono metody transferu danych czasu rzeczywistego z oprogramowania SCADA do docelowej platformy programowej oraz metodę transferu danych z serwerów OPC DA. Opisano zasadę przenoszenia informacji o obiektach i ich właściwościach, a w szczególności parametrach dotyczących animacji, z pakietu Proficy iFIX do oprogramowania w systemie Android realizowanego w języku Java. Przedstawiono przykład ekranu synoptycznego przeniesionego ze środowiska komputera PC do telefonu komórkowego. Słowa kluczowe: SCADA, ekran synoptyczny, Android, urządzenia mobilne

1. Wprowadzenie System operacyjny Android, dedykowany urządzeniom przenośnym, notuje ponad 250 % rocznego przyrostu aktywnych urządzeń. Szacuje się, iż pracuje już 300 milionów urządzeń, dziennie aktywowanych jest 850  000 nowych, a liczba dostępnych, w znacznym stopniu bezpłatnie, aplikacji wynosi około 450  000 [1]. Wśród takiego bogactwa sprzętu oraz oprogramowania w stosunkowo niewielkim stopniu poruszana jest tematyka możliwości zastosowania urządzeń z systemem Android w systemach sterowania. Istniejących rozwiązaniach w zakresie monitorowania procesów urządzenia mobilne są stosowane w roli przeglądarki internetowej lub wymagają określonego typu urządzenia docelowego. Pierwsze rozwiązanie jest wykorzystywane w pakiecie iFIX WebSpace. Przykładem drugiego podejścia jest aplikacja ProficySCADA dla tabletu iPAD [2]. Warto również wspomnieć o próbach zastosowania urządzeń z systemem Android do bezpośredniego sterowania. W pracy [3] przedstawiono aplikację, w której telefon komórkowy steruje w czasie rzeczywistym laboratoryjnym modelem testującym algorytmy hamowania w trybie zapobiegającym zakleszczeniu (ABS Antilock Breaking System). Interesującym może okazać się opracowanie metody zapewniającej automatyczny transfer ekranów synoptycznych pakietu SCADA na dowolne urządze-

116

nie pracujące pod kontrolą systemu operacyjnego Android, w sposób umożliwiający ich lokalne przetwarzanie. Automatyczny transfer ekranów synoptycznych wymaga rozwiązania następujących zagadnień: – opracowania metody transferu danych czasu rzeczywistego z pakietu SCADA do urządzenia z systemem Android, – automatycznego transferu obiektów graficznych wraz z ich właściwościami z ekranów synoptycznych SCADA do urządzenia mobilnego. Jako pakiet SCADA wybrano Proficy HMI/SCADA iFIX. W środowisku tym tworzono wyjściowe ekrany synoptyczne. Również pakiet iFIX był źródłem danych czasu rzeczywistego dla animowanych, na docelowym urządzeniu mobilnym ekranów synoptycznych.

2. Transfer danych czasu rzeczywistego Jako przykładowe rozwiązania, ilustrujące zagadnienie transferu danych czasu rzeczywistego, zaimplementowano dwa scenariusze. Pierwszy opiera się na wykorzystaniu połączenia z zastosowaniem komunikacji z protokołem TCP/IP. Rozwiązanie drugie zostało przystosowane do pracy zgodnej ze standardem OPC. Protokół TCP/IP w opisywanym rozwiązaniu realizuje wymianę danych w architekturze klient-serwer. Zgodnie z tym podziałem można klarownie wyróżnić dwie odrębne i niezależne od siebie części projektu. Rolę serwera TCP/IP pełnić może pakiet SCADA, zaś klienta – urządzenie z systemem Android (rys. 1).

Rys. 1. Konfiguracja z dedykowanym protokołem Fig. 1. Dedicated protocol configuration


W celu wymiany informacji opracowano dedykowane skrypty komunikacyjne. Po stronie serwera są realizowane skrypty typu „picture script”, przygotowane w języku Visual Basic for Application. Zastosowano tu kontrolkę ActiveX realizującą funkcje silnika TCP/IP, pracującą w roli serwera. Realizacja klienta TCP/IP działającego pod Androidem możliwa jest przez wykorzystanie wbudowanych klas języka Java [4]. Drugi prezentowany sposób komunikacji bazuje na standardzie OPC DA. W kontekście urządzeń automatyki jest to rozwiązanie zdecydowanie najbardziej uniwersalne. Jego zastosowanie umożliwia komunikację nie tylko z pakietami SCADA, ale również z większością obecnie dostępnych urządzeń automatyki, typowo oferujących funkcjonalność serwera OPC DA. Niestety, system Android nie ma oprogramowania wspierającego standard OPC. Niedogodność ta została rozwiązana dzięki opracowaniu programowego mostu między serwerem OPC i komunikacją realizowaną za pomocą protokołu TCP/IP (rys. 2).

systemu Android uruchomione zostanie odpowiednie oprogramowanie klienta. Zaletą tego podejścia jest wykorzystywanie wyłącznie standaryzowanych elementów. Istotnymi wadami, które przesądziły o zaniechaniu tej ścieżki, są: trudności implementacyjne serwera oraz klienta OPC UA oraz zwiększenie transferowanych danych, związane z przesyłaniem tekstowych komunikatów XML za pomocą protokołu SOAP. Zwiększenie transferu danych może okazać się czynnikiem szczególnie istotnym w przypadku urządzeń mobilnych zasilanych bateryjnie, ponieważ znacząco rzutuje na czas pracy.

3. Transfer obiektów graficznych Metoda przenoszenia ekranów synoptycznych z systemu SCADA do urządzeń mobilnych jest przedstawiona na rys. 3. Proces składa się z dwóch etapów: – pobranie danych dotyczących ekranu synoptycznego, zapisanie ich do pliku konfiguracyjnego i odtworzeniu ekranu na urządzeniu z systemem operacyjnym Android, – animowanie obiektów odtworzonego ekranu zgodnie z danymi czasu rzeczywistego pobieranymi na bieżącą z systemu SCADA.

Rys. 2. Przepływ danych w konfiguracji z mostem OPC / TCP/IP Fig. 2. OPC / TCP/IP bridge data flow

Z racji braku możliwości uruchomienia bezpośrednio na telefonie z systemem Android natywnego klienta OPC DA (tj. klienta dedykowanego dla tego systemu), umożliwiającego programowy dostęp do danych czasu rzeczywistego, komunikacja między urządzeniem mobilnym a komputerem osobistym odbywa się za pomocą protokołu TCP/IP. Ponieważ zarówno klient, jak i serwer napisane są w języku Java i całość procesu komunikacji odbywa się z wykorzystaniem wbudowanych klas, do obsługi protokołu TCP/IP nie są potrzebne zewnętrzne biblioteki. Rolą mostu OPC«TCP/IP jest tłumaczenie zapytań otrzymywanych w postaci ramek TCP/IP na inne zapytania, które tym razem przekazywane są do serwera OPC. Most pracuje jednocześnie w roli serwera TCP/IP oraz klienta OPC, tunelując ruch między urządzeniem mobilnym i serwerem OPC. Warto wspomnieć o kolejnej możliwości transferu danych między pakietami SCADA i programami systemu Android. Podejście wykorzystuje specyfikację OPC Unified Architecture (OPC UA), w której binarny format komunikatów specyfikacji OPC DA został zastąpiony tekstowym transferem realizowanym za pomocą protokołu SOAP. Specyfikacja OPC UA jest stosunkowo nowa i większość pakietów SCADA nie realizuje funkcji serwerów OPC UA. W tym przypadku transfer danych wymaga opracowania programowego mostu SCADA«OPC UA. Most może pracować analogicznie do konfiguracji przedstawionej na rys. 2, gdy zamiast serwera TCP/IP zastosowany zostanie serwer OPC UA, a po stronie

Rys. 3. Metoda transferu ekranów synoptycznych Fig. 3. SCADA screen transfer method

Po pierwsze, niezbędne jest pobranie danych dotyczących wszystkich wyświetlanych obiektów ekranu synoptycznego (właściwości obiektów). Obiekty ekranów synoptycznych niektórych pakietów SCADA, w tym wykorzystywanego pakietu iFIX, tworzą hierarchię drzewa – korzeniem ekranu synoptycznego jest obiekt o nazwie „Picture”, który zawiera właściwości ogólne ekranu synoptycznego (np. kolor tła, wymiary ekranu). Gałęziami dla tego obiektu są wszystkie inne wyświetlane elementy ekranu synoptycznego (np. teksty, figury geometryczne, przyciski, kontrolki, wykresy). Każdy z elementów zawiera pewien zbiór parametrów, które definiują sposób wyświetlania obiektów (rozmiar, kolor, spoPomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

117


Nauka     

sób wypełnienia). Dodatkowo, jeśli obiekt jest animowany, w hierarchii drzewiastej obiekt ma także „dzieci”. Obiekty te, nazywane dalej animacjami, zawierają strukturę danych opisującą zachowanie się animowanych obiektów w zależności od wartości zmiennej animującej obiekt. Przykładowe animacje to: zmiana koloru obiektu, przemieszczanie się poziome/pionowe, skalowanie obiektu wzdłuż/wszerz, wypełnianie obiektu kolorem oraz tekst reprezentujący wartość zmiennej. Aby możliwe było odtworzenie ekranu synoptycznego na urządzeniu z systemem operacyjnym Android, niezbędne jest zebranie pewnego podzbioru właściwości wszystkich wymienionych obiektów. W tym celu napisano skrypt w języku Visual Basic for Applications, wykorzystując fakt, że obiekty ekrany synoptycznego tworzą strukturę drzewa. Począwszy od „korzenia”, skrypt przegląda właściwości obiektu i zapisuje je do pliku. Następnie sprawdzane jest, czy dany obiekt ma „dzieci”. Jeśli tak, procedura pobierania niezbędnych właściwości jest w sposób rekurencyjny powtarzana dla każdego z „dzieci”. Wszystkie pobrane dane zapisywane są do pliku ze znacznikami XML. Wybór takiego formatu pliku podyktowany był dwoma powodami [5]: – Hierarchię drzewa można opisać w pliku XML (format XML sam zachowuje hierarchię drzewa). – Istnieje wiele parserów plików XML dla języka Java, co znacznie ułatwia czytanie ich na urządzeniu z systemem Android. Parsery realizują analizę znakowych plików XML skutkującą uzyskaniem struktur z danymi opisanymi w tych plikach. Zagadnienie to jest istotne, gdyż ekrany synoptyczne mogą zawierać wiele elementów na jednym ekranie synoptycznym, każde opisane przez kilkadziesiąt właściwości. Plik XML, ze wszystkimi obiektami ekranu synoptycznego oraz ich właściwościami, zostaje przesłany do urządzenia z systemem operacyjnym Android. Warto podkreślić, iż transfer ten wykonywany jest jednorazowo. Przy pomocy aplikacji napisanej w języku Java odtwarzamy ekran synoptyczny na ekranie urządzenia mobilnego. Aby było to możliwe, niezbędne jest odczytanie wszystkich danych zapisanych w pliku konfiguracyjnym ze znacznikami XML. W tym celu użyto parsera „DOM Parser” [6]. Nazwę pliku konfiguracyjnego oraz inne ustawienia (częstotliwość odświeżania danych, rodzaj komunikacji między pakietem SCADA a urządzeniem mobilnym) definiuje użytkownik z poziomu aplikacji. Na podstawie właściwości obiektów zapisanych w pliku konfiguracyjnym, na urządzeniu mobilnym odtwarzany jest graficzny odpowiednik ekranu synoptycznego pakietu SCADA. Proces tworzenia pliku konfiguracyjnego oraz jego parsowanie następuje jednokrotnie i deklaruje wszystkie obiekty ekranu synoptycznego. Jednakże, w celu przedstawienia zmian stanu obiektów w pakiecie SCADA, w aplikacji uruchamiany jest wątek odpowiedzialny za odświeżanie danych animujących wybrane obiekty. W wątku tym, z zadaną przez użytkownika częstotliwością, uruchamiana jest procedura pobrania z pakietu SCADA aktualnych wartości zmiennych niezbędnych do animowania obiektów. Dostęp do danych pakietu SCADA realizowany jest za pomocą metod opisanych w punkcie 3. Nazwy zmiennych potrzebnych do animowania obiektów są zapisane w pliku konfiguracyjnym. Po odświeżeniu wartości animujących, aplikacja generuje odpowiednik ekranu synoptycznego na ekranie urządzenia mobilnego.

118

4. Przykład Na rys. 4 przedstawiono ekran utworzony w środowisku Proficy iFIX (rys. 4 a) oraz odpowiadający mu ekran utworzony na telefonie komórkowym (rys. 4 b). Na podstawie zawartości ekranu synoptycznego SCADA, za pomocą skryptów VBA, utworzono plik XML. Plik ten jest podstawą pracy aplikacji Java tworzącej graficzny ekran w telefonie komórkowym. Do transferu danych wykorzystano opisany most OPC«TCP/IP. Na obu ekranach widoczne jest dobre, choć nie identyczne, odwzorowanie szczegółów. Mogą być dwa źródła takiej niejednoznaczności. Pierwszym jest przeskalowanie ekranu związane ze zmianą rozdzielczości. Drugą może być brak dostępu (producent nie udostępnia tych danych) do algorytmów rysowania poszczególnych obiektów graficznych pakietu SCADA. Dostępne są informacje o wartościach właściwości, ale ich interpretacji trzeba się wielokrotnie domyślać. Warto w tym kontekście również wspomnieć o niekompletności opracowanych algorytmów przenoszenia i odtwarzania ekranów. W wyjściowym środowisku deweloperskim występują dziesiątki typów obiektów, każdy z dziesiątkami parametrów. Wierne odtworzenie każdej kombinacji byłoby pracą iście syzyfową. W opisywanym oprogramowaniu skupiono się na modułowości – zaimplementowano stosowane obiekty oraz ich właściwości, pozostawiając miejsce na implementację pozostałych. a)

b)

Rys. 4. Przykładowy ekran synoptyczny: a) na komputerze PC b) na telefonie komórkowym Fig. 4. Example SCADA screen a) at PC screen b) at mobile phone display


5. Wnioski Przedstawione podejście wykorzystuje środowisko deweloperskie pakietu SCADA do tworzenia ekranów synoptycznych, dla których docelową platformą nie jest komputer PC, lecz mobilne urządzenie pracujące pod kontrolą systemu Android. Utworzony ekran może pracować również w środowisku PC, a ekran na urządzeniu mobilnym będzie jego graficzną kopią. Jedynymi operacjami wymaganymi do przeniesienia ekranu system SCADA do środowiska Android są: uruchomienie skryptu VBA generującego plik XML opisujący obiekty ekranu oraz przeniesienie tego pliku na urządzenie docelowe. Opisane oprogramowanie dla urządzenia docelowego wygeneruje ekwiwalenty do systemu SCADA ekran oraz przeprowadzi animację bazującą na odczytywanych z serwera OPC DA danych. Przedstawione rozwiązanie ma dodatkowo dwie zalety wynikające z otwartego formatu opisu danych w postaci plików XML. Ponieważ struktura graficznego ekranu na urządzeniu mobilnym jest całkowicie określona w pliku XML, użytkownik urządzenia może samodzielnie modyfikować wygląd graficzny edytując plik XML. W szczególności możliwe jest zaprojektowania własnych ekranów synoptycznych nieposiadających swojego rodowodu w środowisku deweloperskim SCADA. Metoda taka nie jest obca programistom pracującym w środowisku Android – podobną strukturę ma jeden ze sposobów tworzenia interfejsu GUI aplikacji. Również źródło danych dla animowanych ekranów może zostać zmienione. Zmieniając wpisy pliku XML oraz wykorzystując przedstawiony most OPC«TCP/IP można uzyskać dane czasu rzeczywistego z dowolnego serwera OPC. Wydaje się, iż zaprezentowane podejście, przynajmniej w kontekście automatyki, może z urządzeń z systemem Android uczynić urządzenia prawdziwie przenośne i użyteczne.

Bibliografia 1. http://thenextweb.com/mwc/2012/02/27/androidgrowing-250-year-on-year-with-over-300-million-totaldevices-worldwide/. 2. https://itunes.apple.com/app/proficyscada/ id525792142?mt=8&ls=1. 3. Kołek K., Zastosowanie systemu Android jako platformy czasu rzeczywistego, materiały konferencyjne, Systemy Czasu Rzeczywistego, 10–12 września 2012, Kraków. 4. Ableson W.F., Sn R., King C., Android w akcji, Helion, Gliwice, 2011. 5. W3school. XML Tutorial. [Online] http://www.w3schools.com/xml/ 6. How to read XML file in Java – (DOM Parser). [Online] http://www.mkyong.com/java/how-to-read-xml-filein-java-dom-parser/.

Transfer of SCADA screens to mobile devices Abstract: The paper presents the method that can be applied to automatic transfer of SCADA screens to mobile devices equipped with Android operating system. The real-time data transfer methods to Android devices are given. In particular the data transfer method from OPC DA servers is shown. It is described the data flow that collects all properties, including animation setups, of the SCADA screens and creates graphically equivalent screen at a device running Android OS Java application. The example of a SCADA screen ported to the mobile phone is given. Keywords: SCADA, SCADA screen, Android, mobile device

mgr inż. Dorian Chrzanowski Absolwent Wydziału Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie w 2012 r. Pracę magisterską zrealizował na stypendium naukowym w Antwerpii, Belgia, we współpracy z uczelnią Karel de Grote-Hogeschool. Od września 2012 r. pracownik Nokia Siemens Networks w Krakowie. Zainteresowany systemami SCADA, systemami zarządzania i przetwarzania danych. e-mail: chdorian@gmail.com dr inż. Krzysztof Kołek Absolwent Wydziału Elektrotechniki, Automatyki i Elektroniki Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Od 1989 r. zatrudniony w Katedrze Automatyki. W 1996 r. otrzymał tytuł doktora nauk technicznych. Specjalizuje się w zagadnieniach sterowania w czasie rzeczywistym oraz w zastosowania rekonfigurowalnych układów cyfrowych. e-mail: kko@agh.edu.pl mgr inż. Jakub Sotwin Ukończył studia na kierunku Automatyka i Robotyka na Wydziale Elektrotechniki, Automatyki i Elektroniki Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Studiował także na Uniwersytecie Papieskim Jana Pawla II w Krakowie oraz Karel de Grote Hogeschool w Antwerpii. Obecnie zatrudniony w Motorola Solutions Systems w Krakowie. Interesuje się aplikacjami mobilnymi oraz rozwiązaniami radiokomunikacyjnymi. e-mail: j.sotwin@gmail.com

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

119


Forum młodych      

Kontroler i sygnalizator ciśnienia gazów medycznych i próżni Grzegorz Piecuch Koło Naukowe Automatyków i Robotyków ROBO, Politechnika Rzeszowska

Streszczenie: W artykule przedstawiono działania związane z opracowaniem oprogramowania dla zaprojektowanych układów elektronicznych kontrolera ciśnienia oraz układu sygnalizatora gazów medycznych, które w komplecie stanowią wyrób medyczny. Słowa kluczowe: kontroler, sygnalizator, gazy medyczne, system monitorujący, opieka medyczna

pisywane w artykule urządzenia – Strefowy Zespół Monitorujący wraz z Sygnalizatorem Gazów Medycznych znajdują szerokie zastosowanie w placówkach opieki medycznej. Ich zadaniem jest bieżące monitorowanie poziomu ciśnienia w instalacjach sprężonych gazów medycznych oraz ciśnienia bezwzględnego próżni. Obszar pracy kontrolera to m.in. sale operacyjne, oddziały OIOM, sale ogólnej opieki medycznej.

1. Założenia projektowe Podstawowym założeniem dla urządzenia medycznego, oprócz realizowania założonych funkcji, jest przede wszystkim bezpieczeństwo dla pacjenta i użytkownika oraz niezawodność jego działania. Każdy tego typu wyrób zanim trafi do użytkownika (placówki opieki medycznej) przechodzi szereg specjalistycznych badań laboratoryjnych potwierdzających zgodność wyrobu z wymaganiami Dyrektywy Medycznej 93/42/EEC oraz wynikającymi z niej normami zharmonizowanymi. W ogólnym zarysie omawiany kontroler i sygnalizator winny spełniać m.in. następujące założenia projektowe: – przeznaczenie do pracy ciągłej; – dźwiękowa i optyczna sygnalizacja przekroczenia progów alarmowych; – optyczna sygnalizacja prawidłowej pracy; – sygnalizacja utraty komunikacji między Strefowym Zespołem Monitorującym (SZM) a Sygnalizatorem Gazów Medycznych (SGM); – reprezentacja na wyświetlaczu LCD wartości ciśnienia poszczególnych gazów medycznych i próżni; – automatyczne wykrywanie podłączenia i odłączenia czujnika gazu lub jego uszkodzenia.

1.1. Rozwinięcie i modyfikacja istniejącego systemu

Aktualnie produkowane przez spółkę Instal Technika Medyczna Sp. z o.o. wyroby medyczne, tj. Strefowy

120

Zespół Monitorujący (SZM) oraz Sygnalizator Gazów Medycznych (SGM) są zgodne z wymaganiami Dyrektywy Medycznej 93/42/EEC oraz posiadają certyfikat EC Jednostki Notyfikowanej TÜV Rheinland LGA Products GmbH (Nr 0197) i doskonale spełniają swoje zadanie w placówkach ochrony zdrowia na terenie całej Polski. Spółka podjęła jednak decyzję o unowocześnieniu dotychczasowych rozwiązań technicznych bazujących na układach analogowo-cyfrowych, by wdrożyć na rynek wersję wyrobów opartą w całości na technice cyfrowej. Do składu zespołu opracowującego nowe projekty urządzeń zostałem włączony jako osoba, której powierzono zadanie opracowania oprogramowania dla współpracujących ze sobą Strefowego Zespołu Monitorującego i Sygnalizatora Gazów Medycznych.

2. Strefowy Zespół Monitorujący – ogólna charakterystyka Konstrukcja płyty głównej Strefowego Zespołu Monitorującego (SZM) jest oparta na mikrokontrolerze firmy Atmel. Dodatkowo moduł SZM został wyposażony w dwuwierszowy wyświetlacz alfanumeryczny informujący o aktualnym poziomie ciśnienia gazów i próżni. Informacje te podawane są na wyświetlaczu oddzielnie dla każdego gazu, stosowana jednostka to kPa. Sześć niezależnych wejść SZM pozwala na przyłączenie czujników ciśnienia i zrealizowanie pomiaru. Dodatkowo płyta przystosowana jest do pracy ze starszymi – analogowymi wersjami sygnalizatorów (SGM). Sam sygnalizator to moduł z matrycą diodową o maksymalnych wymiarach 3 × 6. Wykonanie matrycy sygnalizatora jest zgodne z założonym wariantem, który zależy od liczby i rodzaju obsługiwanych gazów. Układ sygnalizatora również zbudowany jest na mikrokontrolerze firmy Atmel. Oba moduły komunikują się ze sobą za pomocą interfejsu UART. Układy elektroniczne obu płyt zostały w całości opracowane przez zespół projektowy firmy Instal Technika Medyczna Sp. z o.o.

2.1. Sposób sygnalizacji

Strefowy Zespół Monitorujący (SZM) jest zaprojektowany do bieżącego monitorowania stanów ciśnienia w instalacji gazów medycznych i próżni. SZM przetwarza sygnały z czujników i steruje pracą Sygnalizatora Gazów Medycznych (SGM). Zgodnie z wymaganiami odpowiednich norm konieczna jest sygnalizacja trzech poziomów ciśnienia: niskiego, normalnego i wysokiego. Zgodność z wymaganiami normy uzyskano stosując w tym celu sygnalizację


Rys. 1. Strefowy Zespół Monitorujący Fig. 1. Zone Monitoring Unit

tują światło ciągłe, a sygnał dźwiękowy pozostaje nieaktywny. W przypadku pojawienia się choćby chwilowego przejścia w stan alarmowy, układ sygnalizuje stan awarii. Po ustąpieniu przyczyny alarmu, układ automatycznie wraca do normalnego stanu pracy. Chwilowy zanik napięcia zasilania skutkuje uruchomieniem funkcji Autotestu, po którym następuje ponowne załączenie układu. Zastosowanie histerezy dla progów przełączania stanów zapobiega niebezpiecznym zmianom alarmów w przypadku oscylacji poziomu ciśnienia w granicach krytycznych. Działanie układu jest w pełni zautomatyzowane, a matryca sygnalizatora (SGM) działa na zasadzie multipleksacji. Sygnalizator wyposażony jest w dwa przyciski: Autotest i Kasuj. Wybranie opcji Autotest skutkuje wznowieniem pracy układu, w czasie którego przeprowadzana jest autodiagnoza układu, a wszyst-

optyczną, zbudowaną na diodach LED, oraz sygnalizację akustyczną. Stan alarmowy (niski lub wysoki) sygnalizowany jest przez zaświecenie odpowiedniej diody LED z częstotliwością 1 Hz i jednoczesną emisją sygnału dźwiękowego. Podczas normalnego stanu pracy dla danego gazu i próżni diody zielone emi-

Rys. 3. Funkcja klawisza Kasuj – fragment algorytmu Fig. 3. Function of Cancel Key – part of the algorithm

Rys. 2. Sygnalizator Gazów Medycznych Fig. 2. Signalling device

kie zmienne przyjmują wartości domyślne. Stan Autotestu trwa 3 s i dodatkowo jest sygnalizowany naprzemiennym zaświecaniem diod czerwonych i zielonych oraz sygnałem akustycznym. Po upływie 3 s układ wraca do stanu pracy aktywnej.

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

121


Forum młodych      

Funkcja Kasuj znajduje zastosowanie w przypadku uaktywnienia się alarmu związanego z nieprawidłowym ciśnieniem któregokolwiek gazu medycznego lub próżni. Jej użycie spowoduje wyłączenie tylko sygnału dźwiękowego na czas 15 min, a sygnalizacja optyczna pozostaje w dalszym ciągu aktywna. W tym czasie personel medyczny powinien zlokalizować przyczynę wystąpienia awarii. Jeśli w tym samym czasie nastąpi kolejne wzbudzenie alarmu z przyczyn innych niż pierwotnie, następuje automatyczne włączenie sygnału dźwiękowego. Analogicznie układ zachowa się w przypadku nie usunięcia usterki w ciągu 15 min.

Rys. 4. Uproszczony fragment algorytmu rozpoznania stanu ciśnienia dla jednego gazu Fig. 4. A simplified algorithm for the diagnosis of a gas pressure

122

Rys. 5. Przykładowa konfiguracja Strefowego Zespołu Monitorującego wraz z Sygnalizatorami Gazów Medycznych Fig. 5. Sample configuration of Zone Monitoring Unit with Signalling Devices of Medical Gases

Obrazuje to uproszczony fragment algorytmu (rys. 3). Oprogramowanie zostało napisane w taki sposób, aby umożliwić podłączenie dowolnej liczby czujników, nie więcej jednak niż sześciu. Kontroler sam wykrywa ich obecność i uaktywnia odpowiednią pozycję na wyświetlaczu LCD. W przypadku uszkodzenia (odłączenia) czujnika następuje wygaszenie na wyświetlaczu odpowiedniego pola, a układ wchodzi w stan sygnalizacji awarii, zaświecając równocześnie diody stanu niskiego i wysokiego dla danego gazu, bez użycia sygnału dźwiękowego. Dzięki temu rozwiązaniu, personel medyczny może szybko zlokalizować problem techniczny związany z konkretnym czujnikiem. Algorytm przedstawiony na rys. 4 jest fragmentem oprogramowania SZM – pokazuje on jednak w uproszczeniu, w jaki sposób przebiega rozpoznanie stanu ciśnienia danego gazu. Na początku dokonuje się pomiaru wartości na wyjściu czujnika ciśnienia, następnie zgodnie z charakterystyką wyjściową oblicza się warość ciśnienia w kPa. Jeśli wartość ciśnienie jest w normie wysyłany jest odpowiedni komunikat do SGM, a następnie wykonywa-


ny jest kolejny pomiar. Jeśli ciśnienie spadło poniżej normy, wzrosło powyżej normy lub kontroler nie wykrył obecności czujnika bądź ten czujnik został uszkodzony, to ustawiany jest odpowiedni numer stanu i wysyłana jest adekwatna do tego stanu informacja na SGM. Proces ten dotyczy odczytów z 6 czujników i algorytm (rys. 4) jest wykonywany dla każdego gazu osobno. Dodatkowo w programach sterujących pracą kontrolera i sygnalizatora zaimplementowano funkcję sprawdzania poprawności komunikacji. Jeśli z jakiejkolwiek przyczyny nastąpi jej przerwanie (np. uszkodzenie przewodów), sygnalizator zgłosi awarię zaświecając wszystkie diody odpowiadające zarówno za stany niskie i wysokie. Do kontrolera możliwe jest przyłączenie trzech sygnalizatorów zewnętrznych: cyfrowych i analogowych w dowol-

czne zostały poddane procesowi certyfikacji w jednostce notyfikowanej TÜV Rheinland i uzyskały znak zgodności CE.

Bibliografia 1. Francuz T., Język C dla mikrokontrolerów AVR. Od podstaw do zaawansowanych aplikacji. Helion, 2011. 2. Świder Z., Sterowniki mikroprocesorowe. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, 2002.

Rys. 6. Stanowisko badań (w komorze semibezodbiciowej) Fig. 6. Standpoint of research

nej konfiguracji. Dzięki temu oprócz sygnalizatora wbudowanego bezpośrednio w SZM, dodatkowe sygnalizatory można rozmieszczać w znacznej odległości od macierzystego Strefowego Zespołu Monitorującego.

3. Badania laboratoryjne Wyroby medyczne SZM oraz SGM przeszły szereg specjalistycznych badań pod kątem zgodności z wymaganiami określonymi przez normy zharmonizowane z Dyrektywą Medyczną 93/42/EEC. Badania wykonano w akredytowanym Laboratorium Badań Kompatybilności Elektromagnetycznej w Instytucie Technik Innowacyjnych EMAG w Katowicach (rys. 6). Urządzenia poddano m.in. próbie odporności na punktowe wyładowania elektrostatyczne o napięciu rzędu 2 kV do 8 kV, jak również bardzo wymagającym badaniom odporności na emitowane pole elektromagnetyczne o częstotliwości radiowej z przedziału od 80 MHz do 2,5 GHz oraz elektromagnetycznych zaburzeń przewodzonych i promieniowanych odpowiednio w zakresach: 0,15–30 MHz i 30–1000 MHz. Badania zakończyły się wynikiem pozytywnym, a zaimplementowane oprogramowanie przez cały czas trwania testów poprawnie realizowało zadane funkcje programowe, gwarantując odporność na wywoływane zakłócenia. Opisane w artykule wyroby medy-

Controller and signalling device of pressure medical gases and vacuum Abstract: This article talk about the device which has widely used in health care settings. Its task is to monitor the current level of pressure in the compressed medical gases systems and absolute pressure of vacuum. Controllers work area are for example: operating rooms, intensive care units and the general health care. Keywords: controller, signaling device, medical gases, control and signaling pressure, health care

Grzegorz Piecuch Student kierunku Automatyka i Robotyka na Wydziale Elektrotechniki i Informatyki Politechniki Rzeszowskiej, prezes Koła Naukowego Automatyków i Robotyków ROBO.

e-mail: grip.rz@gmail.com

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

123


Forum młodych      

Ogólnopolskie Zawody Robotów ROBO~motion Fani walki robotów zagoszczą 27 kwietnia br. w Rzeszowie. Na największe zawody zapraszają studenci Politechniki Rzeszowskiej

Koło Naukowe Automatyków i Robotyków ROBO, działające przy Katedrze Informatyki i Automatyki Politechniki Rzeszowskiej, organizuje Ogólnopolskie Zawody Robotów ROBO~motion, które odbędą się 27 kwietnia 2013 r. w siedzibie uczelni. Głównym celem zawodów jest popularyzacja nauki i zaawansowanych technologii z dziedziny robotyki, automatyki, elektroniki i informatyki, zarówno wśród studentów i młodzieży szkolnej, jak również wśród osób profesjonalnie związanych z tymi dziedzinami. To pierwsze tego typu wydarzenie organizowane na terenie województwa podkarpackiego przyciągnie do Rzeszowa najlepszych zawodników w kraju, którzy będą mieli okazję rywalizować aż w 11 konkurencjach, co czyni Zawody ROBO~motion największymi pod tym względem w Polsce. Planowane konkurencje to: Line Follower Proffesional (roboty turbinowe), Line Follower

124

Amator (roboty bez turbin), Line Follower z przeszkodami, Sumo, Minisumo, Microsumo, Nanosumo, LEGO Sumo, Minisumo Deathmatch, Micromouse, Freestyle. Konkurencje dla robotów typu sumo polegają na wypchnięciu przeciwnika poza zdefiniowany obszar walki – podzielone są na kategorie w zależności od wymiarów i wagi robotów. Zadaniem robotów typu Line Follower będzie pokonanie wyznaczonej na planszy trasy w jak najkrótszym czasie, z kolei sprytem będą musiały wykazać się roboty poruszające się w labiryncie (one również jak najszybciej będą musiały odnaleźć drogę będącą rozwiązaniem labiryntu). W konkurencji Freestyle zawodnicy mają wolną rękę – przedstawiane są roboty niekonwencjonalne, często są to obiekty latające, kroczące czy manipulatory. Warunek najważniejszy – wszystkie roboty muszą być autonomiczne. W ramach wydarzenia planuje się przeprowadzenie również ciekawych warsztatów. Moc atrakcji i emocji gwarantowana! Organizatorzy zapraszają Zawody oraz do odwiedzenia strony internetowej zawodów i profilu na Facebooku. www.robomotion.rzeszow.pl www.facebook.com/rzeszowrobomotion


zaproszenie komisarza targów      Automaticon 2013

Międzynarodowe Targi Automatyki i Pomiarów

AUTOMATICON 2013 Automatyka Pomiary Elektronika 19–22 marca 2013, EXPO XXI, Warszawa kraju swoich przedstawicielstw. Podczas targów będzie można zapoznać się z najnowszymi osiągnięciami ­– od komponentów, jak pojedyncze czujniki lub przetworniki, poprzez aparaturę pomiarową, sterowniki, regulatory, aż do skomplikowanych systemów sterowania mogących nadzorować pracę całych fabryk. Podobnie w sferze automatyki prezentowane będą różnego rodzaju urządzenia – od manipulatorów przeznaczonych do realizacji prostych zadań, do skomplikowanych, wysokowydajnych robotów przemysłowych. Nie zabraknie również firm inżynierskich oferujących projektowanie i wdrażanie nowoczesnych rozwiązań w przedsiębiorstwach. Wizyta na targach zapewne będzie dla gości bardzo szybkim i kompleksowym sposobem zdobycia informacji o sposobie zaspokojenia potrzeb inwestycyjnych w swoim przedsiębiorstwie. Jednocześnie udział w targach dla obu stron (wystawców i gości) jest niepowtarzalną okazją do nawiązania osobistych kontaktów i budowy zaufania, czego jak na razie nie oferują nam kontakty wirtualne. Serdecznie zapraszam do odwiedzenia XIX Międzynarodowych Targów Automatyki i Pomiarów AUTOMATICON®. Do zobaczenia 19 marca w EXPO XXI!

dr inż. Jacek Frontczak Komisarz Targów

Lista wystawców i plan rozmieszczenia stoisk

H1 Wejśc

ie

Hala I

cie

D28

D26

D29 D27 D25

D23

C32 C30

C26

C28

D24 D22 D20 D21

D19

D18

D16D14 D12

D10

D8

D17

D15

D13

D11

D9

D7

C24

C22

C20 C18

C16

C14

C12

C10

C11

C9

C7

B14

B12

B1

C25

C23

C21

C19

C17

B30 B28 B26

B24

B22

B20

B18

C15 C13 B1

C5

Hol

ie

Wejś

D30

C27

ejśc

/ new

D6

(dawniej hala 2)

Wej (Entraście nce)

D4

D5 C8

D2

D3

D1

C6

C4

C3

C2

C1

B8

B6

B4 B2

A30

B32

B34 B36 C29

D32

H3

W

H4

nowa

B25

B23

B21

B19

B17

B15

B13

B11

B9

B7

B5

A28

A26

A24

A22

A20

A18

A16

A14

A12

A10

A8

A6

A29

A27 A25 A23

A21

A19

A17

A15

A13

A11

A9

A7

B3

B1

A4A A4

A5

A2

A3

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

A1 A1A

A31

B27

WEJŚCIA Z HOLU (Entrances)

Szanowni Państwo, Pomimo niezwykłego zalewu informacji z Internetu, branżowe imprezy wystawiennicze wciąż cieszą się dużym powodzeniem. Pozornie jest to zaskakujące, ale po bliższej analizie wszystko okazuje się proste i zrozumiałe. W obecnej sytuacji gospodarczej, producenci i usługodawcy muszą bardzo intensywnie poszukiwać klientów i starać się zaznaczyć swoją obecność w ich świadomości. Jak wynika z badań Polskiej Izby Przemysłu Targowego, udział w  imprezach targowych jest nadal najtańszą metodą pozyskiwania klientów. Nie oznacza to, że bezpośrednio na targach podpisuje się poważne umowy, ale często odbywa się to właśnie w wyniku kontaktu nawiązanego podczas targów. Co oczywiste, czym lepsza impreza, tym lepszy efekt. Od razu nasuwa się pytanie, jak określić, czy impreza targowa jest dobra czy nie. Odpowiedź jest dość prosta. Dobra impreza to taka, na której prezentowany jest pełny zakres tematyczny związany z daną branżą, a jednocześnie tematyka stanowi spójną całość. W naszym kraju jest sporo imprez spełniających te warunki, dotyczących zarówno sfery konsumpcyjnej, jak i dóbr inwestycyjnych. Niewątpliwie najlepszą imprezą w branży automatyki i elektroniki przemysłowej są Międzynarodowe Targi Automatyki i Pomiarów AUTOMATICON®. Na tegorocznych targach już po raz dziewiętnasty spotkają się prawie wszystkie znaczące w tej branży firmy. Jak co roku będzie sporo firm zagranicznych, i to zarówno występujących poprzez polskie oddziały, jak i wystawców niemających w naszym

125


Automaticon 2013      lista wystawców i plan rozmieszczenia stoisk 

Nazwa firmy

Stoisko

AB INDUSTYRY

B-10/C-7 C-4/D-1

AB-MICRO Sp. z o.o.

Nazwa firmy

Stoisko

Nazwa firmy

CONEC Polska

M-10/N-7

FANOX

ABATRONIC

P-8

CONTRA Sp. z o.o.

ABC ELEKTRONIK

J-6

CONTRANS TI

ADC-ELTEK

K-16

AEA TECHNIQUE

N-15 K-5

AFAG Automation AG

L-14

CONRAD ELECTRONIC

CONTROL ENGINEERING Polska CP TRADE

C-14/D-11

K-2

FARNELL ELEMENT14

H-14/J-11

M-14

FDS SYSTEM Sp. z o.o.

E-13

E-3

FERYSTER

D-22

A-9

FESTO Sp. z o.o.

CRI JOLANTA

B-23

FIBOX Sp. z o.o.

K-21

F-10

GAZOPOMIAR

H-15

GEORGIN

M-15

J-13

CSI S.C.

ALFACO

D-30

CZAKI THERMO-PRODUCT

ALF-SENSOR

K-22

CZAPKO

A-6

ALTER S.A.

F-20

DACPOL

C-8

ALTRAM

K-20

AMB TECHNIC

J-22

AMBEX SONY

H-9

AMG

L-19 M-2/N-3

AMTEST Poland Sp. z o.o. ANALYTICS INTERNATIONAL

A-1a

ANIRO Grupa Handlowa

F-1

APAR

D-12

APATOR CONTROL Sp. z o.o.

A-20/B-19

APEX DYNAMICS

GUENTHER Polska

D-21

J-4/K-3

HAFNER

L-18

N-4/P-5

HAMAMATSU PHOTONICS

M-8 G-4

HARMONIC DRIVE AG

DRUT-PLAST

P-10

HARTING Polska Sp. z o.o.

EAE ELEKTRONIK

E-15

HBM

E-14

HEISSLUFTTECHNIK

N-12

HellermannTyton

B-24 E-11

EATON ELECTRIC Sp. z o.o. ECOZAM Sp. z o.o.

Parking A-12/B-11

ELDAR

H-1

HELMAR

Elektro.info

E-8

HELUKABEL Polska

K-14

ELEKTRONIK ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA

L-8

M-18

L-21

G-15

ASKOM Sp. z o.o.

GIGAVAC

DOTECH

APS S.A.

A-22/B-21;A-25

K-11

B-8; B-5

DOMAT CONTROL SYSTEM

APRA OPTINET Sp. z o.o.

ASE Sp. z o.o.

D-19

E-12

ELESA+GANTER Polska

C-23

ELFA DISTRELEC

C-15

ELFAN

ASTAT Sp. z o.o.

C-3

ELHURT Sp. z o.o.

C-18

ELMARK Automatyka

AUMA Polska

F-18

ELTRON

J-5

ELTRON-KABEL S.J.

M-19

ELZA EUROPE Sp. z o.o.

H-24

Automatyka, Podzespoły, Aplikacje

E-6

EM TEST GmbH

AUTOMATYKA SERWIS

H-6

EMERSON INDUSTRIAL

AUTOMATYKAONLINE

E-5

EMOTRON

J-5

AVICON

M-5

ENERGOELEKTRONIKA.PL

E-9

ENSTO POL

C-22/D-17

ESSEMTEC Poland

B-28

EVOLTEC

N-17

K-8

BENEDICT

J-5 G-18

BIBUS MENOS Sp. z o.o.

C-25

G-2

E8

E5 E4

B-4

BRADY

F-17

BRUEL & KJAER

P-12

BÜRKERT CONTROMATIC GmbH

E7 E6

D-6 A-21

CAPTRON ELECTRONIC GmbH

K-7

CES Sp. z o.o.

C-6

C.H. ERBSLOH Polska

K-17

ZEIA CHIP

H-21 M-11 C-10/D-7 H-10

@

BOSCH REXROTH

126

EX-CON Sp. z o.o.

0

F&F K-18

F-3

BIALL Sp. z o.o.

COMPART AUTOMATION

M-4

E3 E2

cja

ep

c Re

E1

BERGER

COMAU Poland

Hol

B-18/C-17

BELIMO Siłowniki S.A.

COGNEX Poland

cie

(dawniej hala 2)

E9

E1

E11 E12 E13 E14 E15 E16 E17

BALLUFF

CANTONI GROUP

Wejś

Hol Wej (Entraście nce)

J-15

EQ SYSTEM Sp. z o.o.

BECKHOFF

ie

J-9

C-16/D-13

D-8

ejśc

/ new

A-13

B&R

J-23

H3

W

H4

nowa

C-26

P-6

BAUMER

ie

C-24; Parking

AUTOMATECH Sp. z o.o.

BEATRONIC Polska

H1 Wejśc

F-6

AUTOMATIC SYSTEM S.C.

K-5

P-11

B-34

ATEQ PL

BALTEC Maschinenbau AG

B-6

HIGH PURITY

E-6

ELEKTROSYSTEMY

J-5

N-10

F-9

E-6

ASM

B&L INTERNATIONAL

B-2/C-2

GERDINS CABLE SYSTEM

(dawniej STOEBER Polska)

ELEKTRO-AUTOMATIC S.C.

L-3

C-12/D-9

DEMERO Sp. J.

H-12

ARTRONIC Sp. J.

B-34

FANUC ROBOTICS

AKSEL – EMGR

AM TECHNOLOGIES

Stoisko


Nazwa firmy

Nazwa firmy

Stoisko

HIT-KODY-KRESKOWE

H-19

D-23

METAL WORK Polska

L-15

METRONIC AKP

J-14

KAMERY IR

L-11

METTLER TOLEDO

G-20

KELLER GmbH

HUMMEL AG

G-14/H-13

IGE+XAO Polska

L-2

KISTLER

F-16/G-17

D-24

KONTRON

N-11

IMACO

C-30/D-27

KEYENCE INTERNATIONAL

E-1

IMPOL-1 Sp. Jawna

F-8

KERNEL SISTEMI SRL

D-20

IGUS Sp. z o.o. ILME

Stoisko

JUMO Sp. z o.o.

H-26/J-25

IBEMATIC

Nazwa firmy

KACPEREK MECHANIKA

HIWIN GmbH

ifm electronic

Stoisko

K-6 H-18/J-17

KROHNE Polska KUBLER Sp. z o.o.

J-2

B-26

D-3 G-16 B-3

MIARY I WAGI miControl GmbH

M-16

MICRODIS Electronics

F-3 F-2

MICROS Sp. J. MICROSYS spol. S.r.o.

H-28 B-14/C-11

MITSUBISHI ELECTRIC MOUSER ELECTRONICS

E-16

INDUPROGRESS

A-4a

KUKA

INDUSOFT Polska

C-13

LABEM

F-15

MULTIPROJEKT

INEE Sp. z o.o.

L-16

LABIMED ELECTRONICS

K-15

MURRELEKTRONIK Sp. z o.o.

INELTRO HALMER ELEC.

L-1

INFORMIK

LANEX S.A.

N-1

INTEC Sp. z o.o.

G-11

INTEGROTECH Sp. z o.o.

L-17

INTELIGENTNY BUDYNEK

G-6/H-5

LC ELEKTRONIK LIMATHERM SENSOR Sp. z o.o. LINGARO Sp. z o.o.

A-31

Inżynieria & Utrzymanie Ruchu Zakładów Przemysłowych

E-3 G-19

item Polska Sp. z o.o. JABEL

J-10

JP INTERNATIONAL

M-20

JULMAR

K-5

NAPĘDY I STEROWANIE

E-7

NATIONAL INSTRUMENTS

F-7 M-6

D-10

NEOPTA ELECTRONICS

K-13

NEOTECH Sp. z o.o.

M-17

NETZSCH

G-1

NEWTECH ENGINEERING

C-1

D-29

NIVELCO Poland Sp. z o.o.

D-2

MAUS ELECTRONICS Sp. z o.o.

E-16

NOTECH SERVICES

MBB S.C.

D-28

NOWIMEX

C-20

MEDSON S.C.

M-1

ITM L-23

A-28 Biuro Targów

MVM Sp. z o.o.

A-1

MARITEX

IP&S

J-20/K-19

NDN

N-14/P-15

LUMEL S.A.

F-19

MPL GROUP

F-11 M-12/N-9

LUCAS-NUELLE GmbH

C-4/D-1

INVENTIA Sp. z o.o.

K-25

LAPP KABEL Sp. z o.o.

E-3

INTROL

J-8

LABOR-ASTER

J-19

INS-TOM

J-1

B-22/C-21

P-1

K-18 a

OEM AUTOMATIC

B-12

MERAZET S.A.

F-8

OLYMPUS Polska

A-30

MERCATOR

F-4

OMC ENVAG

J-12

MERCON

A-24

OMRON ELECTRONICS

B-20/C-19

ZACH METALCHEM Sp. z o.o.

D-14

ORION TEST SYSTEMS

L-10

H1 Wejśc

ie

H3

W

ejśc

H4

nowa

ie

/ new Wejś

cie

Hol

(dawniej hala 2)

Hala III

Wej (Entraście nce)

K4

K6

K3

K5

K7

J4

J6

K8

K10

K12

K14

K16

K18 K18A K20

K22

K1

K2

K11

K13

K15

K17

K19

K21

K23

G1

J3

J5

H2

H4 H6

F1

J10

J12

J7 H8

J9 H10

H12

J14

J11

J16

J13

H14

J18

J20

J19

J21

J23

J25

H16

H18

H20

H22

H24

H26

H5

H7

H9

H11

H13

G2

G4

G6

G8

G10

G12

G14

F4

G7

F6

F3

G9 F8

F5

G11

G13

F10

F7

F12

F9

J24

J17

H3

G5

J22

J15

H1

G3 F2

J8

F11

H15 G16

G15

G17

F14

F16

F13

H17

G19 F18

F15

F17

H19 G18

G21

J27 H28 H21 G20 G23 F22

WEJŚCIA Z HOLU (Entrances)

J1

J2

K25 J26

K9

F20

F19

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

127


Automaticon 2013      lista wystawców i plan rozmieszczenia stoisk 

Nazwa firmy

Stoisko

PAKT ELECTRONICS

N-6/P-7 E-4

Miesięcznik PAR

Nazwa firmy

Stoisko

ROTORK

Nazwa firmy

F-5

TELSONIC AG

G-10

S+S REGELTECHNIK

Stoisko K-5

TEL-STER

A-27

TEMERTECH

D-16

PARAMETER AB Sp. z o.o.

P-4

SABUR

PARKER HANNIFIN

A-5

SAMSON Sp. z o.o.

G-12/H-11

TERM

SCANDITRON

N-16/P-17

TERMO-PRECYZJA Sp. J.

A-11

PARTEX

F-13

PB TECHNIK Sp. z o.o.

F-12 H-22/J-21

PENTAIR - SCHROFF PEPPERL+FUCHS

A-15

PeZeT.eu PF ELECTRONIC Sp. z o.o. PHOENIX CONTACT

D-18 K-9

TESPOL Sp. z o.o.

K-23

TEST-THERM Sp. z o.o.

J-26 M-9

C-32

TEWS ELEKTRONIK GmbH

SEM

B-32

TME

G-23

SEMICON Sp. z o.o.

F-14

TR AUTOMATYKA

A-19

SENGA

M-7

TREND CONTROL SYSTEM

J-16

SIBA Polska Sp. z o.o.

H-4

TUBES INTERNATIONAL

K-12

N-8/P-9

PFANNENBERG

SCHMERSAL - Polska SCHUNK

G-7

SDS AUTOMATYKA

H-2/J-3

PERFECT DISPLAYS

A-2/B-1

C-28/D-25

PIAB Polska Sp. z o.o.

G-5

SIEMENS

TURCK

A-18/B-17 G-8/H-7

SIGMA CE Sp. z o.o.

PIAP

A-10/B-9

SIMEX Sp. z o.o.

PIAP OBRUSN

A-10/B-9

SITI-POL Sp. z o.o.

A-3

A-14/B-13

G-3

UNISYSTEM

H-8

G-21

VANTORO

K-4

B-27

SKAMER-ACM

A-7

VERITECH

POKÓJ S.E.

A-29

SKF Polska S.A.

K-1

VIGO SYSTEM S.A.

POLNA S.A.

F-7

J-24

SMART MOTOR DEVICES

L-13

W2

POL-SVER Sp. z o.o.

P-2

SOS electronic

K-10

WAGO ELWAG

POLYCO

A-4

Spajanie Materiałów Konstrukcyjnych B-36

WALDMANN

POSITAL GmbH

L-9

GÜNTHER SPELSBERG

H-16

WAMEX Sp. z o.o.

SPRINGMASTERS

D-32

WDP Kwartalnik

L-12 H-7

PRODUS S.A. PRO-FACE Europe B.V.

J-7

L-4

STÄUBLI STEROWNIKI.PL

L-5 Parking E-7

PRZEGLĄD MECHANICZNY

E-2

STOLTRONIC Polska

A-23

WIKA Polska

H-20

WIKPOL Sp. z o.o.

SWAGELOK

D-15

T&M SOLUTIONS

D-4

RELPOL S.A. RENEX

C-9

N-2/P-3

WIELAND ELECTRIC

C-5

A-17 A-8/B-7 C-14/D-11

WOBIT

F-7 P-13

TECHNICAL

A-16/B-15

WENGLOR SENSORIC

C-29

STEUTE Polska

M-13

B-30

WEIDMÜLLER Sp. z o.o.

M-3

RECTUS Polska Sp. z o.o.

F-22 A-26/B-25

Przedsiębiorstwo CHEMISTIK PULSAR

J-27

TWT AUTOMATYKA

PILZ

CPP PREMA S.A.

D-26

L-7 Biuro Targów

WORLD FIMA

TECHNOKABEL

L-6

WÜRTH ELEKTRONIK

Technologia i Automatyzacja Montażu

E-2

Wydawnictwo SIGMA – NOT

H-3

RENISHAW Sp. z o.o.

G-13

ROCKWELL AUTOMATION

B-16

TECHNOPOMIAR

G-9

ROHDE & SCHWARZ

J-18

TECHSPEED

N-5

ZELTECH MECHATRONIKA

E-17

ROSE Systemtechnik

N-13

TELCO Poland Sp. z o.o.

D-5

ZPAS GROUP

C-27

Hala IV L23

L21

L18

M19

M20

Sp. z o.o.

E-10

WEJŚCIE

L19

L16

M17

M18

N17

N15

N16

N14

P17

P15

L17

L15

L13

L14

L12

M15

L11

L10

M13

M16

M14

N13

N11

L9

L8

M11

M12

M10

N9

N7

L7

L5

L6

L4

L2

M9

M7

M5 M3

M8

M6 M4

M2

N5

N3

L3

L1

WEJŚCIE

M1

N1 N12 N10 P13

P11

N8

N6

N4

N2

P9

P7

P5

P3

Recepcja

P1 H1 Wejśc

ie

P12

P10

P8

P6

P4

P2

ejśc

ie

/ new Wejś

WEJŚCIE

cie

128

H3

W

H4

nowa

Hol Wej (Entraście nce)

(dawniej hala 2)


Seminaria      Automaticon 2013

Seminaria

sala A

1000 –1045 Systematyczne podejście do diagnostyki sieci PROFIBUS DP/PA. Najczęściej spotykane źródła zakłóceń/awarii, metody ich lokalizacji, narzędzia do skutecznej diagnostyki, możliwe działania profilaktyczne. Artur Szymiczek – INTEX Sp. z o.o. 1100 –1145 Budowa niezawodnych sieci PROFIBUS z wykorzystaniem systemu COMbricks. Pierwszy system dla infrastruktury sieci PROFIBUS integrujący funkcje: wzmacniacza, redundancje, konwersję mediów, ciągłą i zdalną diagnostykę, asset management. Artur Szymiczek – INTEX Sp. z o.o. 1310 –1400 Wręczenie nagród w konkursie Produkt Roku 2012 magazynu Inżynieria & Utrzymanie Ruchu Zakładów Przemysłowych. 1420 –1500 Wręczenie nagród w konkursie Najlepszy Dostawca IT dla przemysłu 2012 redakcji MSI Polska. 1530 –1640 Wręczenie nagród w konkursie Produkt Roku 2012 magazynu Control Engineering Polska.

sala B-1

20 marca – środa

20 marca – środa

1000 –1045 Ineltro Halmer Electronics wraz z Novatel Wireless – liderem M2M – szeroka gama modułów i platform integracyjnych. Nowe urządzenia telemetryczne i produkty OBDII. Novatel Wireless a leader in M2M – A wide range of modules and integrated platforms. New Telemetry devices and OBDII products. Christian Galle – EMEA Sales Director M2M, Novatel Wireless 1100 –1145 Ineltro Halmer Electronics wraz z connectBlue – specjalistą w przemysłowych modułach Bluetooth i WLAN. Najnowsza moduły Bluetooth Low Energy i adaptery zastępujące połączenie kablowe. ConnectBlue – specialist in industrial Bluetooth and WLAN modules. Newest Bluetooth Low Energy modules and rugged adapters. Leo Nieminen – Area Sales Manager CE, connectBlue 1200 –1245 Jaka jest odpowiedzialność za produkt wprowadzany na rynek oraz do użytkowania? Stefan Kosztowski – PIAP. 1300 –1345 Programowalne przetworniki ciśnienia firmy BAUMER. Mirosław Kraśniewicz, Konrad Adamczewski – BAUMER Sp. z o.o. 1400 –1445 Nowe procedury badania odporności EMC na zaburzenia różnicowe w zakresie 2KHz-150KHz, dla linii zasilania AC, pochodzących od falowników i zasilaczy. Grzegorz Modrykamień – EM TEST GmbH 1500 –1545 Inteligentne czujniki 3D. Michał Aftewicz – PARAMETER AB Sp. z o.o.

21 marca – czwartek

1100 –1145 Profesjonalna telemetria GSM/ GPRS i zdalna lokalizacja GPS – nowości firmy Inventia. Jerzy Białousz, Zbigniew Betkier – INVENTIA Sp. z o.o. 1200 –1345 Systemy komunikacji bezprzewodowej. Low PowerRF, Bluetooth, WIFI, 6LoWPAN i WMBUS. Mariusz Kaczor, Krzysztof Kardach – CONTRANS TI Sp. z o.o. 1400 –1445 Nanokrystaliczne materiały magnetyczne w rozwiązaniach dla zielonej energii. Mariusz Kaczor, Krzysztof Kardach – CONTRANS TI Sp. z o.o.



21 marca – czwartek

1000 –1045 Zawory regulacyjne dla specyficznych warunków pracy. POLNA S.A. 1100 –1145 Profinet, Powerlink and CANOpen – solutions for industrial networks. Christian Bornschein – Port, Jan Mazan – JPEmbedded S.C. 1200 –1220 Nowe możliwości badań klimatycznych w Laboratorium Badań Urządzeń Przemysłowych w PIAP. Krzysztof Trzcinka – PIAP 1225 –1245 Zrobotyzowane spawanie z wykorzystaniem zewnętrznej osi robota (wersje z 1 i 2 robotami) Marek Petz – PIAP 1300 –1345 Pomiar poziomu – metody i urządzenia. Mirosław Kraśniewicz, Konrad Adamczewski – BAUMER Sp. z o.o. 1400 –1545 Współpraca programu MATLAB i Simulink ze sterownikami PLC. Paweł Bytnar, Miłosz Augustyński – Oprogramowanie Naukowo-Techniczne



Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

129


Indeks firm      

Antaira Technologies sp. z o.o.

130

tel. 22 862 88 81 www.antaira.pl

63

AutomatykaOnLine

tel. 517 025 814 www.automatykaonline.pl

91

Automatyka-Pomiary-Sterowanie SA

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

50–51

B&L International Sp. z o.o.

tel. 22 213 88 76 www.bil.com.pl

9

B&R Automatyka Przemysłowa Sp. z o.o.

tel. 61 8460 500 www.br-automation.com

82–83

Balluff Sp. z o.o.

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

41–43

COMAU Poland Sp. z o.o.

tel. 32 217 99 55 www.comau.com

24–26

Danfoss Poland Sp. z o.o.

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

IV okł., 48–49

Deutsche Messe AG, Hannover

tel.+49 511 89-0 www.messe.de

11

easyFairs®Poland

tel. 12 651 95 29 www.easyfairs.com

15

PPUH Eldar

tel. 77 442 04 04 www.eldar.biz

9

Elmark Automatyka Sp. z o.o.

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

11, 68–69

Energoelektronika.pl

tel. 22 70 35 290 www.energoelektronika.pl

102

Expo Silesia Sp. z o.o.

tel. 32 788 75 66 www.exposilesia.pl

39


Festo Sp. z o.o.

tel. 22 711 42 71 www.festo.pl

78–79

Firma Inżynierska Tadeusz Wędzony

tel. 12 637 95 55 www. wedzony.com.pl

62

Guenther Polska Sp. z o.o.

tel. 71 352 70 70 www.guenther.com.pl

72–73

HARTING Polska Sp. z o.o.

tel. 71 352 81 71 www.harting.pl

I okł., 9, 64–65

ifm electronic sp. z o.o.

tel. 32 608 74 54 www.ifm.com/pl

35

igus Sp. z o.o.

tel. 22 863 57 70 www.igus.pl

76–77

IMACO M. Kania Sp.K.

tel. 602 350 207 www.imaco.pl

10

IRtech Beata Kasprzycka

tel. 12 267 37 74 www.irtech.pl

44–45

Kubler Sp. z o.o.

tel. 61 849 99 02 www.kubler.pl

8

tel. 32 730 32 14 www.kukarobotics.pl

18–20, 30–31

LAB-EL Elektronika Laboratoryjna Sp.J.

el. 22 753 61 30 fax: 22 753 61 35 www.label.pl

86–87

Lean Experience Business Institute

tel. 792-502-502 fax: 85 733 65 83 www.le-bi.pl

14

manulift Sp. z o.o.

tel. 22 188 40 60 www.manulift.com.pl

3, 22–23, 66–67

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

Pomiary Automatyka Robotyka  nr 3/2013

131


Indeks firm      

Nazwa OPTOSOFT Sp. z o.o.

http://optosoft.pl

00 70–71

Orion Test Systems and Automation Polska

tel. 61 890 64 63 www.oriontest.com

III okł.

Poltraf Sp. z o.o.

tel. 58 557 52 07 www.poltraf.com.pl

10

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

tel. 61 8350 800 www.wobit.com.pl

27

Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

tel. 22 87 40 000 www.piap.pl

16–17, 133

RADWAG Wagi Elektroniczne

tel. 48 384 88 00 www.radwag.pl

II okł., 8

SABUR Sp. z o.o.

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

po 134

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

tel. 22 816 85 78 www.schmersal.pl

80–81

Schunk Intec Sp. z o.o.

tel. 22 726 25 00 www.schunk.com

21

SELS sp. z o.o. spółka komandytowa

tel. 22 848 08 42 www.sels.pl

46–47

SEMICON Sp. z o.o.

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

28–29

.steute Polska

tel. 22 843 08 20 www.steute.pl

84–85

wenglor sensoric Polska Sp. z o.o.

tel. 22 6660480 www.wenglor.com

8

tel. 54 23 01 100 www.wikapolska.pl

74–75

WIKA Polska

spółka z ograniczoną odpowiedzialnością sp. k.

132

Numer telefonu Adres www tel. 71e-mail, 369 99 50


Centrum Szkoleniowe PIAP Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa, tel. 22 87 40 194 lub 223 e-mail: cspiap@piap.pl www.przemysl.piap.pl

Centrum Szkoleniowe PIAP

Profesjonalne szkolenia dla przemysłu i kadry inżynierskiej Podnoszenie kwalifikacji personelu w przemyśle jest istotnym elementem konkurencyjności przedsiębiorstw produkcyjnych. Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP oferuje wyspecjalizowane szkolenia dla przedsiębiorstw produkcyjnych prowadzone przez inżynierów praktyków.

Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP od 1965 roku na rynku polskim i zagranicznym wdraża rozwiązania oparte na najnowszych technologiach z dziedziny robotyki, automatyki i technik pomiarowych. Obok głównej specjalizacji – robotyki przemysłowej, uznanie Instytutowi przynoszą opracowania z zakresu automatyki i systemów bezpieczeństwa. Efekty prac badawczo-rozwojowych prowadzonych w PIAP znajdują swoich odbiorców zarówno wśród polskich, jak i zagranicznych partnerów komercyjnych i publicznych. PIAP bierze czynny udział w międzynarodowych projektach naukowych i badawczych, realizowanych w ramach programów finansowanych ze środków Unii Europejskiej. Centrum Szkoleniowe PIAP oferuje szkolenia z zakresu: • • • • •

Roboty przemysłowe – programowanie i obsługa robotów: ABB, FANUC, KUKA Prototypowanie – od koncepcji, przez projekt do wykonania Napędy i sterowanie – zastosowanie i programowanie serwonapędów Nauka dla przedsiębiorców – praktyczne rozwiązania Recykling pojazdów wycofanych z eksploatacji

Najwyższej klasy kadra inżynierska i naukowa oraz najnowocześniejsza infrastruktura techniczna pozwalają wprowadzać na polski rynek pierwsze w pełni wyspecjalizowane i profesjonalne szkolenia w zakresie inżynierii. Centrum Szkoleniowe PIAP w pełnym zakresie zaspokaja stale rosnące potrzeby przemysłu w zakresie najnowszych technologii i rozwiązań technicznych. Marka i pozycja PIAP, jako lidera rynku w zakresie badań nad najnowocześniejszymi rozwiązaniami technicznymi, daje Państwu gwarancję otrzymania aktualnej i rzetelnej wiedzy. Więcej informacji oraz pełna oferta szkoleń na stronie www.przemysl.piap.pl


REDAKCJA      

PRENUMERATA miesięcznika „Pomiary Automatyka Robotyka” Rok 17 (2013) nr 3 (193) ISSN 1427-9126, Indeks 339512 Redakcja Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa tel. 22 874 00 66, 22 874 02 02, 22 874 01 91 fax 22 874 02 02 e-mail: redakcja@par.pl www.par.pl Rada programowa dr inż. Mariusz Andrzejczak, Bumar Sp. z o.o. prof. dr hab. inż. Jan Awrejcewicz, Katedra Automatyki i Biomechaniki, Politechnika Łódzka dr inż. Janusz Berdowski, Polskie Centrum Badań i Certyfikacji SA prof. dr hab. inż. Tadeusz Glinka, Instytut Elektrotechniki i Informatyki, Politechnika Śląska dr inż. Stanisław Kaczanowski, prof. PIAP, Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP dr Aleksandra Kolano-Burian, Instytut Metali Nieżelaznych prof. dr hab. inż. Andrzej Masłowski, Instytut Automatyki i Robotyki, Politechnika Warszawska prof. dr inż. Tadeusz Missala, Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP prof. dr hab. inż. Zdzisław Mrugalski, Instytut Mikromechaniki i Fotoniki, Politechnika Warszawska prof. dr inż. Eugeniusz Ratajczyk, Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, Politechnika Warszawska dr hab. inż. Waldemar Skomudek, prof. PO, Wydział Inżynierii Produkcji i Logistyki, Politechnika Opolska dr hab. inż. Roman Szewczyk, prof. PW, Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, Politechnika Warszawska dr hab. inż. Andrzej Szosland, prof. PŁ, Katedra Pojazdów i Podstaw Budowy Maszyn, Politechnika Łódzka prof. dr hab. inż. Eugeniusz Świtoński, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika Śląska prof. dr hab. inż. Krzysztof Tchoń, Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki, Politechnika Wrocławska doc. dr inż. Jan Tomasik, Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, Politechnika Warszawska

Prenumeratę można zamówić pod następującymi adresami: Redakcja PAR Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa tel. 22 874 03 51 fax 22 874 02 02 na stronie www.par.pl/prenumerata Koszt prenumeraty STANDARD (dla firm, instytucji i osób fizycznych): yy roczna – 99,00 zł, yy dwuletnia – 176,00 zł. Koszt prenumeraty EDU (dla uczniów, studentów, nauczycieli i pracowników naukowych): yy roczna – 69,99 zł, yy dwuletnia – 120,00 zł. Prenumeratę pod ww. adresami rozpocząć można od dowolnego numeru, na dowolny okres. Koszt przesyłki pokrywa dostawca. Prenumeratę można także zamówić u następujących kolporterów: Zakładu Kolportażu Wydawnictwa SIGMA-NOT ul. Ku Wiśle, 00-707 Warszawa tel. 22 840 30 86 lub 22 840 35 89 kolportaż@sigma-not.pl www.sigma-not.pl RUCH SA Oddział Krajowej Dystrybucji Prasy

Redaktor naczelny dr inż. Jan Jabłkowski

ul. Annnopol 17a, 03-236 Warszawa

Zastępca redaktora naczelnego mgr Seweryn Ścibior, sscibior@par.pl

prenumerata@ruch.com.pl

Zespół redakcyjny dr inż. Jan Barczyk – robotyka dr inż. Jerzy Borzymiński prof. dr hab inż. Wojciech Grega – automatyka prof. dr hab. inż. Krzysztof Janiszowski dr inż. Małgorzata Kaliczyńska – redaktor merytoryczny/statystyczny mgr Anna Ładan prof. nzw. dr hab. inż. Mateusz Turkowski – metrologia mgr inż. Jolanta Górska-Szkaradek mgr inż. Elżbieta Walczak

infolinia: 801 443 122 www.prenumerata.ruch.com.pl KOLPORTER Spółka z o.o. S.K.A. Centralny Dział Prenumeraty ul. Bakaliowa 3, 05-080 Izabelin-Mościska infolinia: 801 404 044 prenumerata.warszawa@kolporter.com.pl GARMOND PRESS SA

Marketing mgr inż. Jolanta Górska-Szkaradek, jgorska@par.pl mgr Sylwia Batorska, sbatorska@par.pl

ul. Nakielska 3, 01-106 Warszawa

Skład i redakcja techniczna Ewa Markowska, emarkowska@par.pl EDIT Sp. z o.o.

www.garmondpress.pl

Wydawca

tel./fax 22 817 20 12 prenumerata.warszawa@garmondpress.pl

Ceny prenumeraty przyjmowanej przez kolporterów wynoszą: yy roczna – 99,00 zł,

Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa Miesięcznik PAR jest indeksowany w bazach BAZTECH oraz INDEX COPERNICUS (4,12). Punktacja MNiSW za publikacje naukowe w miesięczniku PAR wynosi 5 pkt (poz. 1027).

yy I półrocze – 54,00 zł, II półrocze – 45,00 zł, yy I, II i IV kwartał – 27,00 zł, III kwartał – 18,00 zł. Uwaga: Garmond Press SA przyjmuje prenumeratę tylko na okres roczny lub półroczny.

Wersją pierwotną (referencyjną) jest wersja papierowa. Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za treść publikacji o charakterze reklamowym oraz zastrzega sobie prawo skracania i adiustacji tekstów. © Wszelkie prawa zastrzeżone

134

Wszystkie ceny są kwotami brutto.


135

PAR-reklama-broszura-205x295mm.indd 1

2013-02-20 12:05:17


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

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

www.danfoss.pl/napedy

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

.

THE REAL DRIVE

PAR 3/2013  

Miesięcznik naukowo-techniczny "Pomiary Automatyka Robotyka", nr 3/2013

Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you