PAR 11/2013

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

PAR

Projekt1:Makieta 1

2013-10-18

16:20

Strona 1

miesięcznik naukowo-techniczny

11/2013 ISSN 1427-9126 Indeks 339512 Cena 10,00 zł w tym 8 % VAT

www.par.pl

Inteligentna automatyzacja z wykorzystaniem systemów wieloosiowych i pozycjonujących Festo

Portal H EXCH

Manipulator DHSR

Tripod EXPT

Festo Sp. z o.o.

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

Więcej informacji...

Temat Numeru

rozmowa par

rynek i technologie

Roboty i manipulatory

Doktor Zbigniew Nawrat, dyrektor naukowy Instytutu Protez Serca Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii

Napędy elektryczne

16

38

62

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

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

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

Więcej informacji na par.pl/plus

Pobierz i uruchom bezpłatną aplikację PAR+

2

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

3

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

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

FACEBOOK

VIDEO

Spis treści

16

Temat numeru

Roboty przemysłowe o równoległej strukturze kinematycznej Mechanizmy o przestrzennych łańcuchach kinematycznych Klasyczne rozwiązania mechanizmów robotów przemysłowych to łańcuch kinematyczny złożony z członów i par kinematycznych połączonych szeregowo – struktura tworzona na wzór ręki człowieka, umożliwiająca ruch w przestrzeni. W wielu zastosowaniach lepiej sprawdzają się równoległe struktury kinematyczne.

Nowości

Temat numeru

12

Nowe produkty

Roboty i manipulatory

72

chainflex M – milion podwójnych cykli

22

ABB RacerPack: 400 sztuk na minutę

74

Czy słyszał ktoś o TRIZ?

26

75

Zasilacze z interfejsem DALI i regulacją prądu wyjściowego

EGP firmy SCHUNK. Najbardziej kompaktowy chwytak elektryczny na rynku

76

TRIZ – udoskonalanie istniejących rozwiązań

28

Pakowanie w czasie 670 milisekund

30

System RobiFix. Nowy standard złączy w robotyce

31

Wymagania dla systemu robotycznego do zautomatyzowanego spawania

32

Mechanizacja i automatyzacja ukosowania blach. Podejrzane na targach SCHWEISSEN&SCHNEIDEN 2013

Wydarzenia 6

Aktualności

77

Kalendarium

Rynek i technologie

Silniki skokowe – niezawodne i dokładne Zawsze, gdy najważniejszym wymaganiem w ruchu efektora jest precyzja, pierwszym odruchem inżyniera, bez względu na specjalizację czy doświadczenie, jest sięgnięcie po silnik skokowy. Nie bez powodu – mimo pewnych wad i nietypowego sterowania, silniki te mają unikalną zdolność do precyzyjnej kontroli prędkości i pozycji.

4

62

Rynek i technologie 68

Ezi-SERVO-PR – napędy sterowane przez sieć

70

Nowe przemienniki częstotliwości PowerXL firmy EATON

forum młodych 78

38 Rozmowa PAR

Potencjał czeka na inwestorów

Nauka 79

Energy efficiency regulation of the light source’s luminous flux

Mikołaj Karpiński, Prof. Dr Sc*, Kateryna Kozak, MSc** *University of Bielsko-Biala and State Higher Vocational School in Nowy Sącz, Poland **Department of Lighting and Light Source, Ternopil Ivan Pul’uj National Technical University, Ukraine

Wywiad z doktorem Zbigniewem Nawratem, dyrektorem naukowym Instytutu Protez Serca Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii.

APLIKACJE 37

Paletyzacja napojów w firmie Tymbark

Łaziki marsjańskie będą rywalizować w Polsce

84

Interactive Education of Engineers in the Field of Fault Diagnosis and Fault-Tolerant Control

Wojciech Moczulski, Prof. PhD DSc., Piotr Przystałka, PhD Eng., Dominik Wachla, PhD Eng., Wawrzyniec Panfil, PhD Eng. – Institute of Fundamentals of Machinery Design, Silesian University of Technology, Gliwice

92

Indeks firm

94

Prenumerata

Automatyka 42

MATLAB&Simulink w projektowaniu systemów sterowania

45

Układy mechaniczne w ofercie WObit

46

System usług serwisowych dla techniki napędowej

50

Sprzęgła indukcyjne o szerokim zakresie zastosowań. Elastyczna transmisja energii i danych

52

Szczelne odcinanie przepływu

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

PAR

Projekt1:Makieta 1

Miesięcznik naukowo-techniczny Pomiary Automatyka Robotyka Rok 17 (2013) nr 11 (201) ISSN 1427-9126, Indeks 339512

2013-10-18

16:20

Strona 1

miesięcznik naukowo-techniczny

11/2013 ISSN 1427-9126 Indeks 339512 Cena 10,00 zł w tym 8 % VAT

www.par.pl

Inteligentna automatyzacja z wykorzystaniem systemów wieloosiowych i pozycjonujących Festo

Portal H EXCH

Manipulator DHSR

Tripod EXPT

Pomiary 59 60

Pomiar temperatury w przemyśle tworzyw sztucznych Mierniki stężenia CO2 (2)

Festo Sp. z o.o.

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

Więcej informacji...

Na okładce: Systemy wieloosiowe i pozycjonujące Festo

TEMAT NUMERU

ROZMOWA PAR

RYNEK I TECHNOLOGIE

Roboty i manipulatory

Doktor Zbigniew Nawrat, dyrektor naukowy Instytutu Protez Serca Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii

Napędy elektryczne

16

38

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

62

5

Wydarzenia AKTUALNOŚCI

Warsztaty robotowe z ASTOR-em

Elmark podwójnie wyróżniony

Firma ASTOR została partnerem III edycji Akademii Młodego Project Managera – cyklu profesjonalnych, bezpłatnych szkoleń z zakresu Zarządzania Projektami dla studentów ostatnich lat z krakowskich uczelni. W ramach praktycznych warsztatów „Budowa zrobotyzowanej linii do paletyzacji kartonów” będzie można spróbować swoich sił przy opracowaniu projektu z wykorzystaniem robota Kawasaki.

Warsztaty odbędą się 7 grudnia 2013 r. w ASTOR Innovation Room (AIR) – nowo otwartym laboratorium robotyki i technologii IT, gdzie można zobaczyć roboty przemysłowe w aplikacjach spawania, paletyzacji i pakowania. Aplikacje działające w AIR są oparte na robotach Kawasaki oraz Epson.

Są nadzorowane przez sterowniki GE Intelligent Platforms oraz oprogramowanie SCADA i MES firmy Wonderware.

Podczas warsztatu praktycznego w AIR studenci będą opracowywać projekt zrobotyzowanej linii, w której robot wyposażony w odpowiedni chwytak układa kartony na europalecie. Kartony doprowadzane są taśmociągiem w obszar pracy robota, a europaleta z towarem, transportowana przenośnikiem rolkowym, trafia pod owijarkę, która w trybie automatycznym zabezpiecza towar, przygotowując paletę do transportu. Całym procesem będzie sterować nadrzędny system sterowania, komunikujący się z robotem oraz wyspami układów wejść/wyjść, rozmieszczonymi w różnych miejscach linii. Dane z linii będą wprowadzane do systemu nadzorującego SCADA. W czasie warsztatów odbędzie się także konkurs z nagrodami w postaci specjalistycznych szkoleń z zakresu GE, Wonderware oraz Kawasaki, ufundowanymi przez firmę ASTOR i wartymi ponad 7 tys. PLN.

Wysiłki firmy Elmark Automatyka, włożone w promocję i sprzedaż rozwiązań marki Iconics na terenie Polski, zostały docenione przez producenta, który wyróżnił firmę nagrodą dla najszybciej rozwijającego się nowego dystrybutora na świecie. Iconics docenił również bardzo dobrą współpracę Elmark ze specjalistami producenta w zakresie lokalnego wsparcia użytkowników końcowych oraz partnerów handlowych. Bez wątpienia wpływ na sukces miała duża liczba nabywców, którzy zdecydowali się skorzystać z rozwiązań Iconics właśnie za pośrednictwem Elmark.

Iconics istnieje od 1986 r. i jest dostawcą oprogramowania dla przemysłowych systemów automatyki, wizualizacji i zarządzania. Jej oprogramowanie jest stosowane w aplikacjach w ponad 300 tys. instalacji przemysłowych w ponad 60 krajach na całym świecie. Znajduje szerokie zastosowanie także w biznesie.

Firmę Elmark Automatyka wyróżniła także firma Advantech, przyznając jej w trakcie zakończonej niedawno konferencji Advantech iAutomation WorldPartner Conference w Dubaju nagrodę Advantech Best Partnership. Doceniono wieloletnią współpracę, którą rozpoczęto w 1989 r., w tym działania i profesjonalizm Elmarku w zakresie logistyki i wsparcia technicznego, a także obsługi posprzedażowej.

To właśnie m.in. z tego względu Advantech zdecydował się we współpracy z Elmarkiem otworzyć Europejskie Centrum Serwisowe (APSC 2005) w Warszawie.

Advantech specjalizuje się w komputerach przemysłowych, w tym panelowych i w urządzeniach sieciowych przeznaczonych do pracy w trudnych warunkach środowiskowych. Jest jednym z liderów tego rynku w Polsce i na całym świecie.

W dniach 19–21 listopada 2013 r. odbędą się VI Lubelskie Targi Energetyczne Energetics – jedno z najważniejszych i największych spotkań branży energetycznej w Polsce. Tematyka tegorocznych targów obejmie zagadnienia dotyczące wytwarzania, przesyłu i dystrybucji energii elektrycznej, maszyn i urządzeń elektrycznych, kabli, przewodów i łączników, sterowania i kontroli, akcesoriów układów automatyki, urządzeń zabezpieczających i instalacji odgromowych, budownictwa energetycznego i oświetlenia, energetyki alternatywnej i odnawialnej, energii jądrowej, a także odnawialnych źródeł energii. Wydarzenie zgromadzi liderów sektora energetycznego, którzy zaprezentują swoje osiągnięcia i nowości. Ścisła współpraca z izbami i stowarzyszeniami, związanymi z branżą elektroenergetyczną, zapewnia wysoki poziom merytoryczny spotkania.

Targi Energetics to nie tylko wystawa, ale również liczne konferencje i prezentacje, na których poruszane są tematy aktualne dla branży: najnowsze regulacje prawne, kierunki rozwoju branży energetycznej oraz wdrażane innowacyjne rozwiązania. W tym roku uczestnicy targów będą mogli zapoznać się również z najnowszymi rozwiązaniami w zakresie wykorzystania energii odnawialnej oraz innowacyjnymi urządzeniami i technologiami do pozyskiwania energii z odnawialnych źródeł. Po zarejestrowaniu wstęp na targi jest bezpłatny. Rejestracji można dokonać on-line na stronie www.energetics.targi.lublin.pl lub w punkcie rejestracyjnym przed wejściem do hali.

6

Fot. Astor, Elmark Automatyka, Targi Lublin

ENERGETICS po raz szósty

ROZWIŃ DAR TWORZENIA

DESIGNSPARK MECHANICAL Czas na zaawansowane możliwości modelowania 3D! W RS Components stawiamy na innowacje i postęp, dlatego dostarczamy światowej klasy narzędzia do projektowania całkowicie za darmo.

DesignSpark Mechanical to proste w obsłudze, przełomowe oprogramowanie do modelowania 3D, umożliwiające zmianę parametrów na dowolnym etapie tworzenia modelu. Modelowanie jeszcze nigdy nie było tak proste!

POBIERZ OPROGRAMOWANIE DESIGNSPARK MECHANICAL ZA DARMO

Odkryj już dziś www.designspark.com/mechanical

TYLKO W

Wydarzenia AKTUALNOŚCI

ABB dostarczy 20 prostowników na potrzeby kolei miejskiej w Kuala Lumpur. Sześć z nich dotrze do stolicy Malezji jeszcze tym roku, pozostałe – w roku 2014. Wielomilionowy kontrakt jest realizowany przez Zakład Urządzeń Przekształcania Mocy i Napędów ABB w Aleksandrowie Łódzkim.

Prostowniki zasilą budowany, 17-kilometrowy odcinek, wydłużający istniejącą linię Ampang, która obecnie łączy południową i wschodnią część Kuala Lumpur. Nowy odcinek będzie składał się z 13 stacji i pozwoli skomunikować gęsto zaludnione przedmieścia po południowo-zachodniej stronie miasta. Rozbudowa jest częścią rządowego projektu linii szybkiej kolei aglomeracyjnej o długości 51 km, łączącej przedmieścia Kuala Lumpur. Szacuje się, że po zakończeniu budowy w 2016 r. linia aglomeracyjna będzie obsługiwać około 1,2 mln pasażerów dziennie.

Ze względu na duże obciążenie linii bardzo ważna dla jej operatora jest bezawaryjna praca sieci trakcyjnej. W związku z tym urządzenia dostarczane przez ABB mają szereg zabezpieczeń, które chronią poszczególne elementy prostownika.

Ponadto prostowniki mają układ kontroli temperatury, spełniający bardzo restrykcyjne wymagania izolacji elektrycznej.

Zamówione urządzenia są wyposażone m.in. w układ diagnostyki diod, wykorzystujący czujniki pola magnetycznego i opracowany w całości przez inżynierów z Aleksandrowa Łódzkiego. Z powodzeniem od kilku lat realizuje on swoje funkcje w londyńskim metrze i po małych modyfikacjach będzie zastosowany w nowym projekcie.

Szybki rozwój PLC w Chinach Mimo względnego spowolnienia rozwoju przemysłu w Chinach, wiele wskazuje na to, że rynek sterowników programowalnych będzie przechodził pozytywne zmiany – wynika z najnowszego raportu ARC Advisory Group.

Po 30 latach ekstremalnie szybkiego rozwoju chiński przemysł wydaje się nieco spowalniać. Co prawda szybkość rozwoju w Chinach wciąż wielokrotnie przewyższa tempo wzrostu PKB w Unii Europejskiej i w 2012 r. wyniosła 7,8 proc., jednak jest

8

Czujniki w motoryzacji – więcej, ale taniej Z badania przeprowadzonego przez firmę Markets&Markets wynika, że do 2022 r. wartość rynku czujników stosowanych w motoryzacji sięgnie 33,59 mld USD. Jednocześnie ich średnia cena nieco zmaleje, a łączna sprzedaż wzrośnie z 2965,37 mln sztuk w 2012 r. do 8930 mln w roku 2022. Oznacza to, że liczba sprzedawanych sensorów będzie rosła w tempie 11,7 proc. rocznie przez najbliższe dziewięć lat.

Pozytywne prognozy wynikają z rosnącego zapotrzebowania na czujniki w motoryzacji, które zapewniają zwiększone bezpieczeństwo, minimalizują zużycie paliwa, umożliwiają lepszą ochronę środowiska i zapewniają liczne dodatkowe funkcje użytkowe. Sprawiają, że komfort użytkowania pojazdów wzrasta.

Zmienia się też główny obszar zastosowań czujników w motoryzacji. Dawniej instalowano przede wszystkim analogowe sensory do kontroli pracy silników i bezpośrednio powiązanego z nimi osprzętu. Obecnie montuje się coraz więcej czujników monitorujących otoczenie pojazdu – obecność innych samochodów na drodze, granice pasów jezdni, itp. Rośnie też znaczenie czujników pozwalających dostosowywać działanie auta do wymagań użytkownika i przewidywać jego akcje. Nowoczesne sensory to przede wszystkim układy cyfrowe, bardzo często wykonane w technologii MEMS.

to najgorszy wynik od 13 lat. Ma to niemały wpływ na rynek sterowników programowalnych, który również przestał tak szybko rosnąć ze względu na ograniczenie wzrostu zapotrzebowania na komponenty automatyki stosowanej w przemyśle.

Jednocześnie jednak ARC Advisory Group wskazuje na dynamiczny rozwój konkurencji na rynku PLC w Chinach.

Niemal wszyscy zagraniczni dostawcy urządzeń tego typu są zainteresowani tym rynkiem, a dodatkowo umacnia się pozycja lokalnych producentów, szczególnie w zakresie małych, tanich i prostych sterowników PLC. Efektem ma być rozwój rynku i dostosowanie go do specyficznych wymagań klientów, przy czym część dostawców będzie musiała wyspecjalizować się w konkretnych segmentach rynku. Eksperci z ARC przewidują, że szczególnie dochodowe będą branże związane z przemysłem naftowym, motoryzacją, żywnością, przemysłem farmaceutycznym i biotechnologią.

Fot. ABB, Markets&Markets, ARC, National Instruments, IHS

Polskie prostowniki w Malezji

T

Bezp

Cenią s

innowa

www.j

Fot. ABB, Markets&Markets, ARC, National Instruments, IHS

Park Naukowy National Instruments

Dobre prognozy dla rynku fotowoltaiki

1 października 2013 r. firma National Instruments, w trakcie uroczystej ceremonii w Debrecen na Węgrzech, wbudowała kamień węgielny pod Park Naukowy, który będzie nową centralą firmy i w którym docelowo ma pracować 300 jej pracowników. W uroczystości wzięli udział przedstawiciele węgierskiego rządu, pobliskiego uniwersytetu oraz lokalnych władz, a także wicedyrektor National Instruments.

Niedawno opublikowany raport firmy badawczej IHS wskazuje, że wartość rynku ogniw fotowoltaicznych wzrośnie w 2014 r. do rekordowego poziomu. Tempo wzrostu rynku fotowoltaiki w 2014 r. ma być najwyższe od trzech lat, co sprawi, że po raz pierwszy sumaryczna moc sprzedawanych ogniw przekroczy 40 GW. Pozwoli to wygenerować przychody na poziomie ponad 86 mld USD. Będzie to oznaczało koniec spowolnienia, jakie obserwowano w ostatnim czasie (szacuje się bowiem, że łączna moc ogniw instalowanych w 2013 r. wyniesie tylko 35 GW).

Przewidywany wzrost w 2014 r. to 17 proc. – znacznie więcej niż w latach 2012 i 2013 (odpowiednio: 15 proc. i 13 proc.), ale wciąż znacznie mniej niż w najlepszym roku – 2011 (35 proc.). Ze względu na spadające ceny ogniw sumaryczna wartość rynku nie przekroczy rekordowego poziomu z 2011 r., kiedy to wyniosła 89 mld USD. Warto dodać, że mniejszy wzrost w ostatnich latach wynikał przede wszystkim z ograniczenia subsydiów na instalacje fotowoltaiczne w krajach rozwiniętych. Interesującym przykładem jest Unia Europejska, w której liczba instalowanych ogniw fotowoltaicznych w Niemczech i we Włoszech spada lub utrzymuje się na podobnym poziomie, podczas gdy w krajach takich jak Polska – rośnie. Wzrasta też u naszych wschodnich sąsiadów.

Nowe biuro stanie się częścią istniejącego już kompleksu, w którym pracuje obecnie ok. 1,2 tys. osób. Na 600 tys. m² znajdą się liczne laboratoria zapewniające nowoczesne i wygodne środowisko pracy dla inżynierów National Instruments.

Budowa placówki została dofinansowana przez Unię Europejską kwotą w wysokości ok. 6,5 mln EUR. REKLAMA

Tradycyjnie innowacyjni elastyczny i praktycznie niezależny od miejsca montażu pomiar temperatury i ciśnienia, także na urządzeniach będących w ruchu

niezawodna, odporna na zakłócenia, kodowana transmisja danych zasięg transmisji do 300 m oszczędność kosztów okablowania

00030

szybka i prosta instalacja, maksymalnie 16 nadajników na odbiornik

Bezprzewodowy pomiar temperatury i ciśnienia przetwornikami serii JUMO Wtrans Cenią sobie Państwo wydajność, dokładność i żywotność? Jesteście Państwo świadomi, iż jakość wynika z sumy doświadczeń, innowacyjności i praktyki? W takim razie znaleźliście odpowiedniego Partnera! Witamy w JUMO. www.jumo.net, www.Wtrans.jumo.info

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

9

Wydarzenia AKTUALNOŚCI

Szybki wzrost rynku inteligentnych systemów pomiarów wody

Rynek jednorazowych sensorów medycznych rośnie

Automatyka coraz bardziej popularna na lotniskach

Raport firmy doradczej Markets&Markets prognozuje znaczący wzrost na rynku sensorów stosowanych w jednorazowych urządzeniach medycznych. Rynek sensorów stosowanych w jednorazowych urządzeniach medycznych osiągnie w tym roku wartość 3,8 mld USD, a jeśli – zgodnie z prognozami – będzie rósł w tempie nieco ponad 10 proc. rocznie – w 2018 r. wartość ta osiągnie 6,2 mld USD.

Poszukując sposobów na skrócenie czasu obsługi pasażerów i zwiększenie stopnia bezpieczeństwa, władze lotnisk na całym świecie coraz chętniej sięgają po systemy automatyki.

Obsługa pasażerów na lotniskach sprowadza się do ciągłego powtarzania tych samych czynności. Wiele z nich jest bardzo prostych i polega na skanowaniu kart pokładowych, paszportów i innych dokumentów identyfikacyjnych. Zadania te mogą być uproszczone i łatwo zautomatyzowane.

Automatyzacja lotnisk to duża szansa nie tylko dla tych placówek, które w ten sposób mogą uprościć i usprawnić procedury, a dodatkowo obniżyć koszty zatrudnienia, ale także dla firm z branży automatyki, które mogą dzięki temu zwiększyć swoje przychody.

Największej szansy na rozwój upatruje się w kontroli wchodzenia pasażerów na pokład, która polega przede wszystkim na sprawdzaniu, czy mają oni odpowiednie karty pokładowe. Najczęściej zajmują się tym pracownicy, którzy albo jedynie sprawdzają karty, albo dodatkowo odrywają od nich odcinki, albo w końcu weryfikują zgodność danych zapisanych na karcie z informacjami z paszportu. Jest to bardzo pracochłonne i czasochłonne zadanie, którego automatyzacja przyniosłaby duże korzyści. Należy przy tym zaznaczyć, że nie jest to trudne zadanie, a systemy tego typu istnieją już na świecie. Przykładem są nowoczesne dworce kolejowe w Chinach, w których nawet co kilkanaście minut na każdy peron podjeżdża nowy pociąg, z którego wysiadają i do którego wsiadają setki pasażerów. Zastosowane tam procedury bardzo przypominają te znane z europejskich lotnisk, przy czym właśnie kontrola kart pokładowych odbywa się automatycznie.

Biorąc pod uwagę rodzaje używanych sensorów, największe znaczenie mają czujniki paskowe, które odpowiadają za niemal połowę rynku. Są one używane nie tylko w szpitalach, ale i w domach. Przewidywany jest jednak znaczący wzrost popularności sensorów połykanych, które ze względu na postęp technologiczny będą stawały się coraz bardziej zaawansowane, a jednocześnie powszechne i łatwiejsze w stosowaniu. Raport Markets&Markets przewiduje, że najciekawsza przyszłość czeka rynek związany z czujnikami obrazu, które powinny z czasem pozwalać na coraz dokładniejsze diagnozy. Coraz niższy koszt badań endoskopowych z użyciem kapsułek sprawia, że metoda ta zaczyna być pod każdym względem bardziej korzystna niż w diagnozowanie z użyciem klasycznych endoskopów.

Nowy dyrektor finansowy Adept Technology Firma Adept Technology, dostawca robotów przemysłowych i systemów mobilnych, ma nowego dyrektora finansowego. Został nim Seth Halio, mający niemal 30-letnie doświadczenie w finansach. Jego zadaniem w firmie Adept Technology będzie przyspieszenie wzrostu obrotów i zysku.

10

Seth Halio jest inżynierem administracji biznesowej, wykształconym na Uniwersytecie Bucknell w Pensylwanii. Pracował zarówno w spółkach giełdowych, jak i w firmach, których właścicielami były niewielkie grupy osób, przy czym przez 12 lat pełnił funkcję głównego dyrektora finansowego. Wśród jego dotychczasowych pracodawców są takie firmy, jak LED Engin, Novariant, Diamond Foods i Spectra-Physics.

Fot. Markets&Markets, Invensys, Siemens

Firma Markets&Markets opracowała raport, w którym prognozuje dynamiczny rozwój rynku systemów inteligentnego zarządzania wodą.

Z powstałego raportu wynika, że w najbliższych pięciu latach będzie się utrzymywać bardzo szybki wzrost wartości rynku inteligentnych systemów do pomiarów wody. Szacunki mówią o wzroście na poziomie 17,2 proc. w skali roku, aż do roku 2018. Powinno to poskutkować skokiem sprzedaży z 5,43 mld USD w tym roku do ponad 12 mld USD w 2018 r.

W raporcie wyszczególniono wiele podgrup rynku, obejmujących takie rodzaje produktów, jak mierniki ze zautomatyzowanym, jednokierunkowym odczytem, mierniki ze zautomatyzowaną, dwukierunkową komunikacją, rozwiązania w zakresie zarządzania zasobami wodnymi, sieci dystrybucji wody, systemy odprowadzania wody zużytej, zaawansowane sterowanie ciśnieniem, zaawansowana analiza danych na temat wody, inteligentne systemy nawadniania i kilka innych.

Invensys będzie właścicielem InduSoft Invensys, producent oprogramowania przemysłowego i systemów sterowania, przejmie dostawcę wbudowanych systemów HMI – firmę InduSoft. Przejęcie pozwoli firmie Invensys na poszerzenie oferty systemów HMI i SCADA, szczególnie w zakresie produktów tanich, przeznaczonych dla producentów maszyn. InduSoft dostarczył dotąd ponad 250 tys. licencji na swoje oprogramowanie ponad 700 klientom na całym świecie. Programy tej firmy zawdzięczają popularność przede wszystkim prostocie i łatwości użytkowania. Znaczenie ma również oferowana pomoc techniczna, która przyczyniła się m.in. do zdobycia różnych nagród w konkursach, organizowanych przez czasopisma branżowe w ostatnich kilku latach.

Przejęcie będzie dla firmy InduSoft korzystne ze względu na możliwość oferowania pełnego pakietu oprogramowania, łączącego w sobie nie tylko HMI, ale też oprogramowanie SCADA i MES. Pozwoli to też na opracowanie rozwiązań ułatwiających integrację poszczególnych elementów oprogramowania przemysłowego i prostsze wdrażanie tych pakietów w instalacjach fabrycznych.

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

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

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

Dział powstaje we współpracy z portalem

REKLAMA

Fot. Markets&Markets, Invensys, Siemens

Siemens wybuduje blok gazowo-parowy w EC Gorzów

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

11

Nowości Nowe produkty

Nowa seria modułów kontrolno-pomiarowych z interfejsem RS-485

W automatyce, szczególnie budynkowej, często stosowane są moduły kontrolno-pomiarowe. Zdecentralizowane czujniki oraz aparatura wykonawcza rozmieszczona na dużym obszarze często znacznie utrudniają sterowanie procesami. Rozwiązania oparte na technologii Ethernet pozwalają na maksymalny dystans między węzłami w sieci, wynoszący 100 m, co w przypadku rozległych sieci nie jest wystarczające. Ponadto Ethernet 10/100 Mbps ma przepustowość, która nigdy nie jest wykorzystywana przez moduły wejść/wyjść nawet w 5 proc., nie jest to więc standard pasujący do tego typu aplikacji.

Firma Moxa zaoferowała niedawno nowe moduły kontro-

lno-pomiarowe z interfejsem 2´RS-485 – iologik R12XX. Idealnie nadają się one do takich aplikacji, jak opisana powyżej. Sygnały z wejść/wyjść są zbierane za pomocą protokołu Modbus RTU, a maksymalny dystans transmisji wynosi 1200 m. Podwójny interfejs szeregowy pozwala na zbudowanie redundantnej magistrali lub jej przedłużenia dzięki drugiej funkcji tego portu, czyli funkcji repeatera.

Seria R12XX umożliwia konfigurację przez RS-485 lub manualnie – za pomocą pendrive’a. Najważniejsze cechy tej serii: dwa porty RS-485, z wbudowanym repeaterem, komunikacja typu multidrop, konfiguracja i aktualizacja firmware’u za pomocą pendriva, możliwość aktualizacji firmware’u przez RS-485, dostępne modele z rozszerzonym zakresem temperaturowym (od –40 °C do +85 °C).

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

Nowe, monoblokowe, śrubowe złącza o podwyższonej gęstości kontaktów do linii produktowej Han-Eco Seria Han-Eco to sprawdzone, trwałe obudowy złączy, wykonane z włókna szklanego i tworzywa. W ostatnich latach ta linia produktowa zyskała duże zainteresowanie odbiorców i ugruntowała swoją pozycję rynkową dzięki takim cechom, jak redukcja ciężaru złącza i skrócenie czasu montażu.

Cechą nowego, monoblokowego złącza jest większa – do 67 proc. – gęstość upakowania kontaktów w porównaniu do śrubowych złączy serii Han E tego samego rozmiaru. Złącza mają domyślnie kontakt PE oraz wbudowany system kodowania.

Dostępne są następujące wersje: 10 pinów + PE, 14 pinów + PE, 20 pinów + PE oraz 28 pinów + PE w czterech różnych rozmiarach. Dodatkowo możliwe jest łączenie nowych monobloków wraz z mo-

dułami serii Han-Modular w obudowach Han-Eco. Kolejnym udogodnieniem jest możliwość stosowania złączy w ramkach dokujących Han-Modular.

Nowe złącza bazują na sprawdzonej serii śrubowych złączy Han E. Wartości znamionowe złączy sięgają wartości 500 V oraz 16 A i obsługują przewody o przekrojach z zakresu od 0,75 mm² do 2,5 mm².

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

Firma Elesa+Ganter wprowadziła do oferty dwa nowe typy uchwytów z rękojeścią składaną o oznaczeniach MPE i MPR. Nowe produkty są przeznaczone do zastosowań w miejscach, w których przestrzeń jest bardzo ograniczona. Materiały, z których je wyprodukowano zapewniają uchwytom dużą wytrzymałość mechaniczną i środowiskową oraz małą masę.

Korpusy i rękojeści obu typów nowych uchwytów zostały wykonane ze wzmocnionego włóknem szklanym technopolimeru na bazie poliamidu (PA), a pozostałe elementy, tj. sworznie i sprężyny, ze stali nierdzewnej. Całość jest

12

Promocja

Uchwyt MPE (po lewej) oraz MPR (po prawej)

odporna na warunki atmosferyczne, rozpuszczalniki, oleje, smary oraz wiele innych czynników chemicznych. Zastosowanie poliamidu, jako głównego elementu konstrukcji uchwytu, znacznie obniża jego masę, co jest szczególnie ważne we wszelkiego typu aplikacjach mobilnych.

Uchwyt MPE mocowany jest na zewnątrz obudowy urządzenia za pomocą dwóch śrub M6 z łbem stożkowym. Aby ustawić rękojeść uchwytu w pozycji pracy, należy odciągnąć ją, obracając o 90°. Puszczenie rękojeści powoduje automatyczny jej powrót do pozycji wyjściowej (złożonej).

Zasada działania uchwytu MPR jest identyczna, jak uchwytu MPE. Jest on jednak przystosowany do mocowania wewnątrz obudowy urządzenia. Pozwala to zminimalizować grubość części wystającej poza obrys płaszczyzny montażu (tylko 3 mm). Uchwyt mocowany jest od zewnątrz za pomocą czterech śrub M4 z łbem stożkowym.

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

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

Uchwyty z rękojeścią składaną MPE i MPR

Przetwornik przemieszczeń liniowych typu PSw do zastosowań pod wodą Indukcyjne przetworniki przemieszczeń liniowych LVDT, obok przetworników ciśnienia i sond hydrostatycznych, są wiodącym produktem firmy Peltron.

Ostatnio z powodzeniem wprowadzono do produkcji nowy typ przetwornika przemieszczeń, charakteryzujący się możliwością bezpośredniego zastosowania do pomiarów pod powierzchnią wody. Może więc on być stosowany do monitorowania zapór wodnych, filarów mostów itp. Przetwornik jest

bardzo odporny na ewentualne wibracje lub wysoką temperaturę w standardowych zastosowaniach.

Transformatorowe przetworniki przemieszczeń liniowych serii PSw są opcjonalnie wyposażone w układ sprężynowy, który umożliwia prowadzenie pomiarów dotykowo, bez mocowania trzpienia.

Sprężyna zwrotna zapewnia docisk trzpienia do opomiarowanego przedmiotu. Przetwornik PSw może być wykonany dla

zakresów od ±5 mm do ±50 mm. Całość jest wykonana ze stali kwasoodpornej.

Współpracuje bezpośrednio m.in. ze wzmacniaczem pomiarowym typu WG06 produkcji Peltron, który zapewnia zasilanie przetwor-

nika i wygenerowanie dowolnego sygnału wyjściowego.

Potwierdzeniem faktu osiągnięcia najwyższego stopnia standardów higieny stóp wahliwych serii GN 341.1 i GN 341.2 jest fakt spełnienia bardzo restrykcyjnych przepisów Departamentu Rolnictwa USA, dopuszczających użycie stóp m.in. przy przetwórstwie mięsa i drobiu.

Kopia certyfikatu udostępniana jest na życzenie klienta.

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

Stopa wahliwa nierdzewna do zastosowań higienicznych

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

W ofercie firmy Elesa+Ganter Polska jest już dostępny najnowszy model stopy wahliwej do zastosowań higienicznych.

Nowy produkt ma oznaczenie GN 341.2 i jest unowocześnioną wersją stopy GN 341.1, wyposażoną w gumową, białą podkładkę antypoślizgową.

Konstrukcja taka pozwala

Stopa wahliwa GN 341.2

na uniknięcie zabrudzeń podłoża, powstających na skutek przestawiania maszyny.

Stopy serii GN 341.1 i GN 341.2 mogą być stosowane wszędzie tam,

Tuleja zabezpieczająca gwint w stopach GN 341.1 oraz GN 341.2

gdzie wymagane jest zachowanie najwyższego stopnia higieny. Jest to możliwe zarówno dzięki użytym do produkcji materiałom, jak i specjalnej konstrukcji stopy. Elementy konstrukcyjne wykonane są ze stali AISI 304/AISI 303. Trzpień stopy nagwintowany jest tylko w części, która po wyregulowaniu wysokości zakrywana jest przez specjalną tuleję.

Specjalnie ukształtowane gniazdo przegubu uniemożliwia gromadzenie się brudu i ułatwia mycie.

Dopełnieniem tej specjalnej konstrukcji jest podkładka gumowa, wulkanizowana do podstawy stopy, uniemożliwiająca gromadzenie się bakterii między tymi materiałami.

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

REKLAMA

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

13

Nowości Nowe produkty

Trójfazowe silniki prądu przemiennego w ofercie RS Components RS Components, marka handlowa firmy Electrocomponents plc, międzynarodowego dystrybutora produktów z zakresu elektroniki, automatyki i utrzymania ruchu, rozszerzyła asortyment produktów o dwie rodziny kompaktowych, trójfazowych, klat-

ne do napędów hydraulicznych w układach wymagających niskiego poboru mocy, stosowanych w wielu sektorach przemysłu. Obudowa o wymiarach ramy, zgodnych z normami IEC, zoptymalizowana pod kątem ochrony EMC, gwarantuje maksymalną elastyczność rozbu-

łapy, co jest szczególnie przydatne w ograniczonych przestrzeniach.

Wirniki silników 1LA7 i 1LE1 są wykonane w innowacyjnej technologii, z kompozytu silnie przewodzących materiałów, dzięki czemu uzyskano znaczne ograniczenie wymiarów i masy silni-

kowych silników indukcyjnych prądu przemiennego. Wysokowydajne, indukcyjne silniki marki Siemens, z możliwością modułowej rozbudowy, zmniejszają koszty montażu i nadają się do różnorodnych zastosowań w przemyśle.

Modułowe, dwu- i czterobiegunowe silniki 1LA7 i 1LE1 mają moc znamionową w zakresie od 0,37 kW do 7,5 kW i są przeznaczo-

dowy oraz minimalne koszty montażu. Wyposażenie dodatkowe, takie jak enkodery, hamulce, termistory oraz wentylatory o odrębnym napędzie, można łatwo domontować na życzenie klienta. Obracane skrzynki zaciskowe, zapewniające łatwy dostęp, zintegrowane śruby oczkowe i wzmocnione łożyskowanie zwiększają funkcjonalność, a do montażu służą przykręcane

ka. Obydwa silniki są dostępne w wersjach o sprawności IE1 (standardowa), IE2 (podwyższona) i IE3 (najwyższa), a ich wzniosy wałów są jednakowe, niezależnie od klasy sprawności. Minimalizuje to koszty wymiany silnika i eliminuje konieczność dopasowywania pozostałych elementów układu mechanicznego.

Wysokiej klasy system odporności izolacji uzwojeń

Firma Festo wprowadziła do sprzedaży nowy, znormalizowany – zgodny z ISO 15552 – siłownik pneumatyczny, model DSBC. Nowy produkt jest bardzo prosty w instalacji, dzięki czemu proces ten przebiega szybko. Amortyzacja samonastawna PPS zapewnia też bezobsługowe działanie oraz optymalne tłumienie na siłowniku. Produkt jest dostępny z jednym rodzajem pokryw końcowych, ale z różnymi

14

kształtami profilu. Opcjonalnie oferowany jest profil z rowkami dla czujników, rozmieszczonymi na trzech bokach siłownika. Festo oferuje też siłowniki DSBF, które są łatwe do czyszczenia oraz DSBG, wyposażone w szpilki ściągające.

Oferowane wymiary siłownika wynoszą od 32 mm do 125 mm, przy skoku od 25 mm do 500 mm.

Producent oferuje także wersje ze skokami niestandardowymi z zakresu od 1 mm do 2800 mm.

DSBC zawiera zintegrowany magnes do sygnalizacji położenia tłoka. Produkt jest dostępny w sprzedaży w różnych odmianach.

PowerLink w szybkiej aplikacji Popularny, stosowany w automatyce, protokół komunikacyjny PowerLink został ostatnio zastosowany w aplikacji w przemyśle tworzyw sztucznych, gdzie sprawdził się przede wszystkim ze względu na dużą szybkość działania.

Wyjątkowo szybka sieć jest kluczowa dla przetwórstwa tworzyw, gdzie czasy reakcji poniżej połowy milisekundy są wymagane nawet

w podstawowych operacjach przełączania. PowerLink zapewnia pracę bez opóźnień sieci i sterowania, co sprawia, że jest dobrym rozwiązaniem w systemach z zamkniętą pętlą sterowania. Funkcja cross-traffic pozwala dokładnie zsynchronizować wiele osi sterowania.

Najszybsza na świecie sieć w aplikacji z branży przetwórstwa tworzyw sztucznych działa przy użyciu sieci PowerLink. Maszyna do rozciągania dwuwymiarowej folii od Brückner Maschinenbau GmbH & Co. KG ma 728 zsynchronizowanych osi z czasem cyklu 400 µs.

Fot. RS Components, Festo, B&R, Advantech, Parker Hannifin

Siłownik znormalizowany DSBC zgodny z ISO 15552

wirnika gwarantuje najwyższą wytrzymałość elektryczną i wytrzymałość na obciążenia dynamiczne. Dzięki temu silniki Siemens, wyposażone w napędy o zmiennej prędkości, mogą być zasilane bezpośrednio z sieci (do 460 V) lub z przetwornicy, bez konieczności stosowania dodatkowej aparatury.

Silniki indukcyjne prądu przemiennego znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle, a przede wszystkim w pompach, wentylatorach, przenośnikach i sprężarkach.

Dostępne są również wersje o zwiększonej wytrzymałości, przeznaczone do stosowania w trudnych środowiskach eksploatacyjnych, np. w przemyśle chemicznym i petrochemicznym. Silniki 1LA7 i 1LE1 można zamawiać w RS Components.

Wysyłka następuje w dniu złożenia zamówienia, a czas dostawy wynosi 24–48 godzin, w zależności od lokalizacji firmy klienta.

Ulepszone komputery panelowe Advantech

Firma Advantech wprowadziła do sprzedaży ulepszone wersje swoich dwóch komputerów panelowych. Warto zaznaczyć, że są one oferowane w tej samej cenie, co starsze modele.

Komputery panelowe Advantech PPC-6150 i PPC-6170 zostały ulepszone poprzez wyposażenie ich w szybsze procesory, kontroler RAID i dodatkowe porty rozszerzeń, umożliwiające rozbudowę funkcji tych urządzeń. Oba produkty mają kolorowe wyświetlacze LCD: pierwszy – 15-calowy, drugi – 17-calowy.

Nowe procesory to Intel Celeron M 1020E, które są o 20 proc. szybsze od poprzednio stosowanych układów Intel Core 2 Duo. Dostępna jest też droższa wersja z procesorem Intel i5-3610ME, która jest o 260 proc. szybsza od starych modeli.

Urządzenia oferowane są w wersji z opcjonalnym, pojemnościowym ekranem dotykowym, który obsługuje wielodotyk (dla dwóch punktów dotyku jednocześnie).

Pozwala to przyspieszyć i ułatwić pracę z panelem. Komputery można również wyposażyć w dodatkowy dysk twardy, skonfigurowany do pracy w trybie RAID 0, RAID 1 lub jako niezależny nośnik. Wbudowane szeregowe porty komunikacyjne są zabezpieczone przed skokami napięcia, co pozwala komputerom niezawodnie pracować w środowisku przemysłowym.

Oddział Precision Fluidics firmy Parker Hannifin opracował i wprowadził do sprzedaży nowe pompy mikromembranowe.

Pompy Parker T2-05-IC wytwarzają podciśnienie, które po przyłożeniu do rany w ciele człowieka pozwala utrzymywać zasysanie, co przyspiesza jej leczenie. To bardzo skuteczny sposób leczenia ran powstałych po drobnych operacjach i zabiegach medycznych, jakich miliony wykonywane są codziennie na świecie. Ważnymi zaletami nowych pomp są wielkość, wydajność i niezawodność.

Zaawansowane przyrządy do przyspieszania gojenia się ran mogą się dzięki takim pompom stać jeszcze mniejsze i wygodniejsze w użyciu.

Nowe pompy mają certyfikaty CE i RoHS.

REKLAMA

Fot. RS Components, Festo, B&R, Advantech, Parker Hannifin

Pompy mikromembranowe Parker Hannifin

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

15

Temat numeru ROBOTY I MANIPULATORY

Roboty przemysłowe o równoległej strukturze kinematycznej Mechanizmy o przestrzennych łańcuchach kinematycznych

mechanizmów robotów przemysłowych to łańcuch kinematyczny złożony z członów i par kinematycznych połączonych szeregowo – struktura tworzona na wzór ręki człowieka, umożliwiająca ruch w przestrzeni. W wielu zastosowaniach lepiej sprawdzają się równoległe struktury kinematyczne.

Poprawne działanie mechanizmów robotów zależy od właściwego uszeregowania odpowiedniej liczby par kinematycznych. W szeregowej strukturze błędy pozycjonowania poszczególnych członów są sumowane. Roboty przemysłowe o szeregowej strukturze kinematycznej są powszechnie stosowane i spełniają podstawowe wymagania różnorodnych procesów przemysłowych. Jednak nie do wszystkich zadań takie roboty przemysłowe się nadają, są bowiem procesy przebiegające bardzo szybko (np. produkty rozrzucone na taśmie transportowej, poruszającej się z dużą prędkością) oraz procesy, w których wymagana jest duża sztywność mechanizmu, przy działających zmiennych wartościach sił obciążających. Wprawdzie dostępne są roboty przemysłowe o bardzo dużym udźwigu (nawet powyżej 1000 kg), lecz nie spełniają one warunków niezbędnych przy obróbce skrawaniem.

16

W wielu ośrodkach naukowo-badawczych prowadzi się prace nad rozwojem mechanizmów o równoległych strukturach kinematycznych, przewidując ich zastosowania w robotach, obrabiarkach, platformach roboczych i symulatorach ruchu. Prace nad budową robotów o równoległej strukturze kinematycznej rozpoczęto w latach 90. ubiegłego wieku. W 1985 r. w Szwajcarii zbudowano pierwszego robota równoległego, przeznaczonego do manipulowania lekkimi obiektami z bardzo dużą prędkością.

W robotyce występują następujące typy robotów równoległych: • tripod – o trzech ramionach, rozmieszczonych co 120°, nazywany też robotem delta, • quattro – o czterech ramionach, rozmieszczonych co 90°, • hexapod – o sześciu ramionach, nazywany Platformą Stewarta.

Najbardziej rozpowszechnione są roboty typu delta.

a)

Fot. 1. Roboty FlexPicker firmy ABB; a) IRB 340, b) IRB 360 o udźwigu 8 kg

Delta robot Robot delta składa się z: • podstawy (ramy nośnej, umieszczonej nad obszarem roboczym), w której znajdują się wszystkie zespoły napędowe, • trzech dwuczłonowych ramion, łączących zespoły napędowe z położoną niżej platformą, • trójkątnej platformy, do której mocowane są chwytaki lub narzędzia.

Umieszczenie ciężkich zespołów napędowych w nieruchomej podstawie oraz zastosowanie lekkich materiałów (często kompozytów) do budowy ramion oraz platformy powoduje, że ruchome części mają małą bezwładność i możliwe jest uzyskiwanie bardzo dużych przyspieszeń. Dodatkową zaletą tego rozwiązania jest zwiększona sztywność układu, uzyskana dzięki połączeniu platformy z podstawą trzema ramionami.

Typowy robot delta realizuje ruchy tylko w układzie kartezjańskim, tzn.

b)

Fot. Bosch, Festo

Klasyczne rozwiązania

tylko ruch w osiach X, Y i Z, bez obrotu platformy. W niektórych rozwiązaniach firmowych wprowadzono dodatkowy, czwarty stopień swobody, czyli obrót platformy. Większość producentów robotów przemysłowych oferuje roboty typu delta (tab. 1).

ABB W 1999 r. firma ABB rozpoczęła sprzedaż robota FlexPicker model IRB 340.

Przed kilkoma laty wprowadzono robot „drugiej generacji” FlexPicker IRB 360 o zwiększonej prędkości, podwyższonym udźwigu oraz mniejszej powierzchni instalacyjnej. W robocie zastosowano włókna węglowe do budowy ramion oraz nową platformę, zdolną do przenoszenia większych ciężarów. Platforma może być również obracana, robot ma więc cztery stopnie swobody. Dzięki zmniejszonej bezwładności możliwe jest realizowanie do 100 cykli na minutę oraz pobieranie z taśmy nawet 500 produktów w ciągu minuty. Roboty te są dostępne w wersjach cleanroom oraz w wykonaniu ze stali kwasoodpornej i mogą być stosowane w przemyśle spożywczym. Można je czyścić metodami przemysłowymi.

Roboty IRB 360 dostępne są w czterech wersjach: • kompaktowej o zasięgu 800 mm, • standardowej o zasięgu zwiększonym do 1130 mm, • o dużym udźwigu, zwiększonym do 8 kg, • z wydłużonym ramieniem, o udźwigu 1 kg i zasięgu 1600 mm.

a)

Zastosowano już ponad 6 tys. robotów typu delta, głównie w procesach zbierania produktów z taśmy i ich pakowania.

Adept Roboty równoległe firmy Adept różnią się od robotów typu delta liczbą ramion oraz liczbą stopni swobody. Mają cztery ramiona oraz cztery stopnie swobody – są to roboty typu quattro (fot. 2, tab. 2). Obrót platformy, w zależności od wykonania, może być realizowany dla obu typów robotów (s650H i s800H) w zakresach: ±46,25°, ±92,5° lub ±185°. Masa obu robotów jest jednakowa i wynosi 117 kg.

Codian Codian Robotics jest dość nową, amerykańską firmą, założoną w 2011 r. Wcześniej była ona oddziałem firmy produkującej maszyny do pakowania, głównie dla przemysłu farmaceutycznego. Firma Codian Robotics zajmuje się projektowaniem i produkcją robotów typu delta. Do budowy robotów stosuje włókna węglowe, anodyzowane aluminium, elementy plastikowe, a nawet tytanowe. Roboty te mogą przenosić przyśpieszenia do 15 g.

Roboty typu D2 mają dwa lub trzy stopnie swobody, a roboty typu D4 – trzy lub cztery stopnie swobody. Firma reklamuje roboty o kinematyce równoległej jako bardzo szybkie, ciche i czyste. Czas realizacji cyklu 25 mm × 305 mm × 25 mm dla robota D4-500 przy pełnym obciążeniu 2 kg wynosi 1 s, a dla robotów D4-800 i D4-1000 przy obciążeniu 3 kg wynosi 0,6 s.

b)

FANUC Firma FANUC w 2009 r. wprowadziła na rynek pierwszego, lekkiego robota równoległego M-1iA, w 2010 r.

– robota M-3iA do cięższych obiektów, a w 2012 r. – robota M-2iA dla średnich obciążeń.

Robot M-1iA jest produkowany w dwóch wersjach: czteroosiowej i sześcioosiowej, przeznaczonych specjalnie do montażu. Robot M-2iA ma cztery osie i używany jest głównie do przenoszenia obiektów z taśmy produkcyjnej. Robot oferowany jest także w dwóch wersjach różniących się długością ramion, umożliwiających zwiększenie obszaru pracy. Robot M-3iA jest produkowany w trzech wersjach: trójosiowej, czteroosiowej i sześcioosiowej, o udźwigach 6 kg i 12 kg. Roboty tej serii są także stosowane w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym, w których charakterystyczne są szybkie procesy. Aby spełnić wysokie wymagania higieniczne, roboty M-3iA pokryto warstwą epoksydową i zastosowano odpowiednie smary (odporne na mycie środkami stosowanymi w przemyśle spożywczym). Firma oferuje również specjalne wykonanie robota M-3iA do zastosowania w branży spożywczej – w tej wersji robot został pokryty białym epoksydowym materiałem ochronnym, a nie, jak pozostałe, materiałem w charakterystycznym żółtym kolorze. Robot M-3iA jest wyposażony w sterownik R-30iA Mate z wbudowanym systemem wizyjnym iRVision.

a)

b)

Fot. Bosch, Festo

c)

Fot. 2. Roboty quattro firmy Adept; a) s650H, b) s650H z rysunkiem przestrzeni roboczej, c) s800H

Fot. 3. Roboty delta firmy Codian Robotics; a) D2-1500, b) D4-1300

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

17

Temat numeru ROBOTY I MANIPULATORY

Tab. 1. Zestawienie parametrów robotów typu delta

Firma

Model robota

Udźwig [kg]

Masa [kg]

Powtarzalność ±[mm]

Zasięg [mm]

IRB 340

1 2

117

0,1

1130 × 250

ABB IRB 360

8 3 1

117

0,06

800 × 250 1130 × 250 1600 × 250

D2-800

3

40

0,2

800 × 225

D2-1000

30

75

0,3

1000 × 350

D2-1500

35

80

0.3

1500 × 350

D4-500

2

25

0,1

500 × 155

D4-800

3

65

0,1

800 × 250

D4-1100

3

65

0,1

1100 × 250

D4-1300

3

65

0,2

1300 × 250

D4-1600

8

115

0,3

1600 × 350

M-1iA/0,5S

0,5

14

0,02

280 × 100

M-1iA/0,5A

0,5

17

0,02

280 × 100

M-2iA/3S

3

120

0,1

800 × 300

M-2iA/3SL

3

120

0,1

1130 × 400

M-3iA/6S

6

160

0,1

1350 × 300

M-3iA/6A

6

175

0,1

1350 × 300

M-3iA/12H

12

155

0,1

1350 × 300

E × PT-45

5

45

0,1

450 × 100

E × PT-70

5

47,5

0,1

700 × 100

E × PT-95

5

61,5

0,1

950 × 100

E × PT-120

5

66

0,1

120 × 100

Kawasaki

YF03N

3

145

0,1

1300 × 300

Motoman

MPP3

3

115

0,1

1300 × 320

Codian

FANUC

Festo

Tab. 2. Zestawienie parametrów robotów typu quattro firmy Adept

Udźwig [kg]

Prędkość [m/s]

Przyspieszenie [m/s2]

Powtarzalność ±[mm]

Zasięg [mm]

s650H

6

10

150

0,10

1300 × 500

s800H

4

10

150

0,10

1600 × 500

Model robota

Czasy [s] realizacji cyklu 25/700/25 mm 0,1 kg

1 kg

2 kg

4 kg

6 kg

s650H

0,46

0,47

0,52

0,58

0,61

s800H

0,48

0,50

0,55

0,62

–

18

a)

b)

c)

do obiektów manipulacji w przestrzeni roboczej o średnicy 280 mm i wysokości 100 mm. Roboty serii M-1iA są stosowane w przemyśle elektronicznym do przekładania elementów i sortowania, do pakowania oraz do montażu – w szczególności elastyczny nadgarstek, o ruchliwości porównywalnej z nadgarstkiem człowieka (japońska nazwa robota FANUC Genkotsu oznacza „dłoń” lub „pięść”), umożliwia zautomatyzowanie tak skomplikowanych zadań, jak wkładanie wałka do tulejki.

Liniowe przemieszczenia trzech osi są cięgnami przekazywane przez obrotowe przeguby na platformę, do której mogą być mocowane chwytaki lub przyssawki. Taka konstrukcja zapewnia dużą sztywność oraz niewielkie wartości mas będących w ruchu. Dzięki temu możliwe jest osiąganie bardzo dużych przyspieszeń – ok. 100 m/s2 i dużej prędkości pracy – do 7 m/s. W zależności od obciążenia można realizować od 70 (przy pełnym obciążeniu) do 116 cykli na minutę (przy obciążeniu 1 kg).

Typowe wyposażenie stanowiska z robotem Tripod EXPT stanowią: sterownik CMXR-C2, PC z oprogramowaniem FCT (ang. Festo Configuration Tool), panel operatora CDSA oraz karta pamięci USB z danymi parametrami użytkownika. Możliwe jest pozycjonowanie chwytaka w trybie PTP (punktowo) lub LIN (liniowo) albo CIRC (kołowo).

Główne zastosowania robota Tripod EXPT to operacje typu pick&place, takie jak sortowanie i pakowanie. Roboty te zastosowano także w montażu oraz do nanoszenia kleju.

Fot. 4. Roboty delta firmy FANUC; a) M-1iA, b) M-2iA, c) M-3iA

Robot serii M-1iA był prezentowany przez FANUC Robotics Polska podczas Międzynarodowych Targów Automatyki i Pomiarów Automaticon 2010, gdzie został wyróżniony Złotym Medalem. Robot M-1iA ma strukturę równoległą i jest oferowany w dwóch wersjach: czteroosiowej i sześcioosiowej, o jednakowym maksymalnym udźwigu 0,5 kg. Typ M-1iA/0.5S ma cztery osie i jest przeznaczony głównie do szybkiego pakowania. Typ M-1iA/0.5A ma sześć osi i jest przeznaczony do montażu elastycznego. Roboty serii M-1iA są sterowane za pomocą kontrolera R-30iA Mate, współpracującego z systemem wizyjnym FANUC iRVision oraz systemem sensorycznym, np. czujnikiem siły FANUC Force Sensor. Roboty serii M-1iA, dzięki zwartej budowie i lekkiemu mechanizmowi (dla wersji sześcioosiowej masa ramienia wynosi 23 kg), mogą przemieszczać się z bardzo dużymi prędkościami: przy pakowaniu – do 3000°/s, a przy montażu – prawie 1500°/s. Roboty najczęściej są montowane nad stanowiskiem, co ułatwia dostęp od góry

a)

b)

Festo Firma Festo oferuje cztery wersje robota Tripod EXPT o udźwigu 5 kg, różniące się masą oraz wielkością obsługiwanej przestrzeni roboczej. Warto zauważyć, że te rozwiązania są lżejsze i mają większy udźwig niż roboty oferowane przez inne firmy, przy takich samych parametrach dokładnościowych i prędkościowych (tab. 1). W jednostce kinematycznej zastosowano oryginalny system napędowy, składający się z serwonapędu elektrycznego, przetwornika położenia oraz pasowej przekładni zębatej.

Fot. 5. Tripod EXPT firmy Festo; a) widok z góry od podstawy, b) przykładowe zastosowania

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

19

Temat numeru ROBOTY I MANIPULATORY

a)

b)

c)

Fot. 6. Robot delta firmy KAWASAKI; a) YF02N, b) YF03N, c) przykładowe zastosowania

a)

b)

wersją piątej osi. Maksymalna prędkość liniowa robota wynosi 10 tys. mm/s, umożliwiając osiąganie krótkich czasów cyklu 0,27 s przy obciążeniu 1 kg i 0,46 s przy obciążeniu 3 kg. Robot ten, zintegrowany z systemem wizyjnym K-VFinder, może chwytać obiekty o różnych kolorach i kształtach z przenośników taśmowych. Spełnia również wymagania przemysłu spożywczego, gdyż jego ramiona można myć różnymi środkami czyszczącymi, a stosowane smary spełniają standardy tej branży. Widok robota i przykładowe zastosowania do montażu paneli słonecznych oraz pakowanie artykułów spożywczych prezentuje fot. 6, a podstawowe dane techniczne robota YF03N wymienione zostały w tab. 1.

Motoman Fot. 7. Robot MPP3 firmy Motoman

Kawasaki Firma Kawasaki Robotics oferuje roboty przemysłowe o udźwigach od 3 kg do 700 kg i zainstalowała ponad 100 tys. robotów na świecie. W ofercie ma również robot typu delta, model YF03N, o czterech stopniach swobody, z opcjonalną

a)

b)

Yaskawa Motoman należy do liderów światowej robotyzacji i ma na swym koncie ponad 270 tys. zainstalowanych robotów. Firma oferuje ponad 175 różnych modeli robotów o udźwigu od 2 kg do 800 kg. Jedynym robotem typu delta jest MPP3 (fot. 7). Jego podstawowe parametry techniczne zestawiono w tab. 1. Kompaktowy sterownik FS100 do tego robota jest zintegrowany z systemem wizyjnym 2D. Robot może realizować szybkie operacje do 150 cykli na minutę i – jak inne roboty tego typu – przeznaczony jest do operacji pick&place w zadaniach sortowania, pakowania, paletyzacji itp.

c)

Fot. 8. Robot F-200iB firmy FANUC; a) widok robota, b) i c) przykładowe zastosowania

20

www.schmersal.pl Heksapod robot Platforma Stewarta zawiera sześć siłowników liniowych (najczęściej hydraulicznych), połączonych z podstawą i platformą za pomocą przegubów kulistych lub krzyżakowych. Płyta górna i zamocowane na niej urządzenia lub narzędzia mają sześć stopni swobody, tzn. mogą przesuwać się wzdłuż trzech osi oraz obracać wokół nich. Sześć siłowników zapewnia dużą sztywność układu, dzięki czemu uzyskuje się wysoką dokładność pozycjonowania.

Równocześnie korzystne są tylko ściskające lub rozciągające obciążenia liniowych siłowników. Pierwsze rozwiązanie mechanizmu tego typu zastosowano w Wielkiej Brytanii już w 1954 r., zaś nazwa przyjęła się od nazwiska autora publikacji z 1965 r. [Stewart D., Platforms with Six Degrees of Freedom, Proc. Institution of Mechanical Engineers (UK) nr 15/1965].

Roboty przemysłowe typu Platforma Stewarta oferuje firma FANUC. Robot F-200iB (fot. 8a), o dopuszczalnym obciążeniu 100 kg, ma powtarzalność położenia ±0,10 mm , a platforma może przemieszczać się z prędkością 1500 mm /s w płaszczyźnie X-Y i 300 mm /s wzdłuż osi Z. Masa robota wynosi 190 kg. Do sterowania platformą firma poleca sterownik R-Ji3B. Na fot. 8b i 8c przedstawiono zastosowania robotów FANUC przy obróbce mechanicznej korpusów silnika.

Platformy Stewarta są stosowane w symulatorach lotów, do pozycjonowania anten satelitarnych i teleskopów oraz w procesach technologicznych (w obróbce wiórowej, szlifowaniu, cięciu i spawaniu oraz montażu). Mechanizmy takie stosowane są również w budowie maszyn, np. pozycjonerów oraz bardzo dużych obrabiarek. Firma Newport oferuje całą gamę sześcioosiowych systemów pozycjonowania o równoległej Fot. 9. Pozycjonery kinematyce z udźwigiem o równoległej kinematyce do 450 kg (fot. 9). firmy Newport

Jedna z naszych unikalnych innowacji.

Kompaktowy sterownik bezpieczeństwa PROTECT Select. n proste i elastyczne ustawianie parametrów bez użycia komputera czy dodatkowego sprzętu n nie jest potrzebna umiejętność programowania PLC n redukcja okablowania n zastępuje do ośmiu modułów bezpieczeństwa n maks. PL e / maks. SIL 3

Podsumowanie

dr inż. Jan Barczyk PAR

REKLAMA

Mechanizmy o przestrzennych łańcuchach kinematycznych są stosowane w symulatorach lotniczych i samochodowych, natomiast w robotach przemysłowych – do realizacji operacji pick&place. Specjalne wykonania stosowane są także w biologii i medycynie, przy mikrooperacjach. Najważniejsze zalety robotów równoległych to duża szybkość działania i mniejsze zużycie energii (co najmniej o połowę w porównaniu z tradycyjnymi robotami o podobnych udźwigach).

Prace rozwojowe nad budową robotów równoległych są prowadzone przez wiele ośrodków badawczych oraz producentów robotów przemysłowych na całym świecie.

Firma Panasonic prezentowała w 2010 r. robot typu delta, który jednak nie znalazł się w ofercie, mimo korzystnych parametrów technicznych.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

SCHMERSAL_PAR_100_295_MM_05_2013.indd 1

21

2013-05-14 09:19:26

Temat numeru ROBOTY I MANIPULATORY

Fot. ABB

ABB RacerPack: 400 sztuk na minutę

ABB jest wiodącym dostawcą robotów przemysłowych, modułowych systemów produkcyjnych i usług w zakresie robotyzacji produkcji. Od ponad 15 lat firma jest również liderem w technologii przenoszenia, pakowania i zadań typu pick&place (sortowania). ABB RacerPack to jedno ze stworzonych przez nią rozwiązań, przeznaczone do superszybkiego pakowania.

Firma ABB jest silnie ukierunkowana na rozwiązywanie problemów swoich klientów, co ma istotne znaczenie we wspomaganiu producentów pracujących nad zwiększaniem wydajności, poprawianiem jakości produktów, obniżaniem kosztów wytwarzania i zwiększaniem bezpieczeństwa pracy załogi.

ABB ma w ofercie m.in. sześcioosiowe uniwersalne roboty przemysłowe, na bazie których budowane są stanowiska zrobotyzowane różnego przeznaczenia (spawanie, obsługa maszyn, lakierowanie) oraz czteroosiowe roboty dedykowane do zadań związanych z pakowaniem i paletyzacją. Oprócz szerokiej gamy robotów przemysłowych ABB oferuje również gotowe stanowiska do pakowania i paletyzacji. Zostały one opracowane przez firmę ABB na podstawie doświadczenia zdobytego podczas wielu lat współpracy z klientami oraz w odpowiedzi na ich potrzeby.

Wielki potencjał polskiego rynku ABB w Polsce zajmuje się nie tylko sprzedażą robotów. Ulokowane

22

Promocja

jest tu Regionalne Centrum Aplikacji Zrobotyzowanych (PAC) z zakresu aplikacji pakowania, paletyzowania i pick&place. Funkcjonuje ono od 2007 r., a obszarem działania obejmuje całą Polskę i kraje Europy.

Oczywiście decyzja o ulokowaniu Centrum Kompetencji w Polsce nie była przypadkowa. Polski rynek ma ogromny potencjał rozwoju wspomnianych aplikacji, a do tego nadal jest zautomatyzowany w niewielkim stopniu. Jednocześnie zainteresowanie automatyzacją wśród polskich producentów, w tym producentów spożywczych, kosmetycznych czy farmaceutycznych, rośnie. ABB dostrzegło ten potencjał i dlatego podjęło decyzję o ulokowaniu Centrum Kompetencji z aplikacji pakowania i paletyzowania właśnie w Polsce. W jego powstawanie zostali zaangażowani nie tylko specjaliści z Polski. Swój udział mieli także specjaliści z ABB z różnych krajów, m.in. ze szwedzkiej fabryki robotów ABB. Centrum Aplikacji oferuje zróżnicowane usługi, poczynając od studium wykonalności projektu,

ABB pt. „

26.1 27.1 28.1 www

ABB Tel. 2 Tel. k E-ma

DINhalfpa

poprzez testy na produktach dostarczonych przez klientów, przygotowywanie ofert, aż po uruchamianie i wdrażanie skomplikowanych aplikacji na obiektach i późniejszą opiekę serwisową.

typu plug&play, przeznaczonego do superszybkiego pakowania wyrobów produkowanych w branży spożywczej, chemicznej, kosmetycznej i farmaceutycznej. Każdy element systemu może zostać dopasowany do wymagań klienta, w zależności od rodzaju produkowanego wyrobu czy sposobu pakowania.

Dodatkowym atutem jest możliwość sprawdzenia działania opisanego rozwiązania w warunkach własnej produkcji. ABB umożliwia wypożyczenie sprzętu i przeprowadzenie testów w zakładzie u klienta.

Fot. ABB

Superszybkie pakowanie Jednym z rozwiązań stworzonych przez firmę ABB, dedykowanych do superszybkiego pakowania, jest ABB RacerPack, opracowany przy współpracy z producentami wyrobów spożywczych. Głównym założeniem projektowym podczas jego budowania była automatyzacja procesu pakowania do kartonów zbiorczych produktów w opakowaniach jednostkowych, pakowanych na maszynach typu FlowPack.

ABB RacerPack został zbudowany na bazie robota IRB 360 FlexPicker oraz ICC – zintegrowanej kontroli przenośnika grupującego pakowane produkty. Całość, wraz z przenośnikami wprowadzającymi produkty bezpośrednio z maszyn pakujących i wyprowadzającymi pełne kartony z systemu, stanowi kompletną maszynę pakującą firmy ABB, gotową do zainstalowania w zakładzie produkcyjnym.

Główne zastosowanie maszyny pakującej ABB RacerPack to pakowanie produktów w opakowaniach jednostkowych, o kształcie zbliżonym do kształtu prostopadłościanu, bezpośrednio w opakowania zbiorcze – kartony.

ABB RacerPack, w zależności od specyfiki produktów, pakuje z maksymalną wydajnością 400 sztuk produktów na minutę. Zakresy wymiarów obsługiwanych produktów oraz opakowań zbiorczych podano w tabeli.

Zastosowania RacerPack Całość zaprezentowanego rozwiązania stanowi kompletną ofertę urządzenia

Budowa systemu ABB RacerPack System ABB RacerPack składa się z kilku elementów, które omówiono poniżej:

Przenośniki przyspieszające, separujące (dobierane w zależności do typu i wymiaru pakowanego wyrobu) Jest to system przenośników na wejściu do celi robota, których zadaniem jest odebranie i rozdzielenie produktów w opakowaniach jednostkowych, transportowanych bezpośrednio z maszyny pakującej (np. maszyny typu FlowPack) oraz wprowadzenie ich w grupujący przenośnik kieszeniowy przed

REKLAMA

V Edycja Seminarium “Robotyzacja procesów spawalniczych” 26-28.11.2013 ABB ma zaszczyt zaprosić Państwa na V edycję bezpłatnego seminarium pt. „Robotyzacja procesów spawalniczych” do Aleksandrowa Łódzkiego.

26.11.2013 r. - Przemysł ogólny 27.11.2013 r. - Przemysł ogólny 28.11.2013 r. - Uczelnie Wyższe, Integratorzy oraz Partnerzy www.abb.pl/robotics

ABB Sp. z o.o.

Tel. 22 22 39 030 Tel. kom. 726 100 211 E-mail: malgorzata.cwieczek@pl.abb.com

DINhalfpage.indd 1

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

23

10/2/2013 10:26:17 AM

Temat numeru ROBOTY I MANIPULATORY

o równoległej strukturze kinematycznej (konstrukcja typu delta). Jest on wyposażony w trzy główne ramiona, dzięki czemu może się przemieszczać w układzie kartezjańskim, w trzech stopniach swobody. Co więcej, przez dodanie wału Kardana robot uzyskuje czwarty stopień swobody, co umożliwia dodatkowe reorientowanie manipulowanego detalu. Równoległa struktura kinematyczna gwarantuje bardzo wysoką dokładność i powtarzalność (powtarzalność pozycjonowania do 0,06 mm).

Dzięki nowoczesnej konstrukcji robot może osiągać wydajność do 150 cykli na minutę. Cela z robotem stanowi serce systemu RacerPack, gdzie robot IRB 360 FlexPicker pobiera produkty i pakuje je bezpośrednio do kartonów zbiorczych.

Podciśnieniowy chwytak do produktów (dobierany w zależności od typu i masy pakowanego wyrobu) Rodzaj zastosowanego chwytaka zależy od specyfiki pakowanego produktu, jego wymiarów, wagi oraz wymagań wydajnościowych dla procesu pakowania. W rozwiązaniu ABB RacerPack zastosowano chwytak podciśnieniowy ze ssawkami pobierającymi jednocześnie

pobraniem przez robota. System ten składa się z kilku sekcji przenośników wraz z prowadnicami i pompą podciśnienia dla dodatkowej stabilizacji położenia transportowanego produktu.

Zintegrowany przenośnik kieszeniowy (dobierany w zależności od typu i wymiaru pakowanego wyrobu)

Obsługiwany zakres wymiarowy produktów w opakowaniach jednostkowych

opisuje zachowanie każdej części stanowiska, od przenośników, po robota obsługującego konkretny produkt, gdy instalacja pracuje w trybie automatycznym. W pamięci PLC może być przechowywane do 80 receptur, ale tylko jedna receptura może być aktywna w danym momencie. Wszystkie receptury mogą być wyświetlone i uruchomione za pomocą panelu HMI. Dostęp do opcji edycji receptur ma tylko upoważniony personel.

Operator komunikuje się z systemem celi i robota z panelu operatora (HMI) z ekranem dotykowym. Panel operatora jest całkowicie wystarczający do prowadzenia normalnej produkcji, jak również w sytuacjach awaryjnych i do obsługi błędów. Panel operatorski ma gniazdo przeznaczone do podłączenia panelu FlexPendant dla bardziej zaawansowanej komunikacji z robotem.

Przenośnik do kartonów (dobierany w zależności od typu i wymiarów opakowań zbiorczych) Jest to przenośnik taśmowy, transportujący puste kartony, pozycjonujący je względem robota oraz wyprowadzający pełne kartony poza celę robota po zakończeniu pakowania.

min (mm)

max (mm)

Długość A

70

200

Szerokość B

25

120

Wysokość C

10

60

min (mm)

max (mm)

Długość A

100

400

Szerokość B

80

300

Wysokość C

20

150

Obsługiwany zakres wymiarowy opakowań zbiorczych kartonów

Aby osiągnąć wysoką wydajność procesu pakowania, w systemie ABB RacerPack zastosowano przenośnik kieszeniowy, który jest zintegrowany z kontrolerem robota, jako jego zewnętrzna oś. Dzięki temu podczas pobierania produktów przez robota nie trzeba zatrzymywać przenośnika grupującego. Robot pobiera produkty w trakcie przejazdu przenośnika, redukując dodatkowo czas cyklu.

Przezbrojenie na inny format produktu jest bardzo szybkie i polega na wymianie taśmy przenośnika kieszeniowego, co dzięki modularnej budowie nie trwa dłużej niż 10 minut.

kilka produktów. Ssawki zamontowane na ramie rozszerzają się i zwężają w zależności od operacji wykonywanej przez robota. Kiedy robot pobiera produkty do spakowania, ssawki znajdują się w pozycji rozwartej, uwzględniając separacje w przenośniku kieszeniowym. Gdy robot pakuje produkty do kartonów, chwytak zwiera się, redukując odległości między produktami, mieszcząc kilka produktów w kartonie.

Robot IRB 360

Sterowanie wraz z panelem HMI

Do budowy ABB RacerPack zastosowano najszybszy manipulator IRB 360

Sterowanie ABB RacerPack opiera się na mechanizmie receptur. Receptura

System Bezpieczeństwa Stanowi on kompletny system bezpieczeństwa, na który składają się ogrodzenia, osłony, czujniki, przekaźniki i sterownik bezpieczeństwa.

ABB Sp. z o.o.

24

ul. Żegańska 1 04-713 Warszawa www.abb.pl/robotics

0,01

Moduł liniowy HLM

Powtarzalność mm

Moment obrotowy do

1,15

SRU-mini

Moduł obrotowy

Nm

MPG-plus

Chwytak miniaturowy

25 %

wyższa siła chwytania

Państwa zautomatyzowany system załadunkowy.

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

AnzSynergie_MPGplus_SRUmini_HLM_PL_0413.indd 1

19.06.13 08:05

Temat numeru ROBOTY I MANIPULATORY

EGP firmy SCHUNK Najbardziej kompaktowy chwytak elektryczny na rynku

Mechatronika to dziedzina, w której SCHUNK jest wiodącym producentem, oferującym szeroką gamę produktów. Dzięki połączeniu wieloletniego doświadczenia

Alternatywa – prosty, mocny, szybki.

Moduły mechatroniczne mogą być stosowane bezpośrednio jako alternatywa modułów pneumatycznych w istniejących systemach.

Inteligencja – solidne i niezawodne komponenty SCHUNK w pełni wykorzystują potencjały mechatroniki, takie jak elastyczność i efektywność.

Elastyczność – prosta integracja modułów SCHUNK z istniejącą architekturą.

w pneumatyce z pionierskimi sukcesami w mechatronice firma SCHUNK oferuje skuteczne, wydajne i niezawodne rozwiązania dla niemal każdego zadania.

Alternatywa, inteligencja i elastyczność tworzą unikalny, wysokiej jakości system Chwytak elektryczny EGP

modułowy.

Mechatroniczne systemy chwytające są skutecznym zamiennikiem istniejących w systemie modułów pneumatycznych. Są kompatybilne z używanymi czujnikami i sterowane cyfrowo.

EGP

EGP-Speed

Wielkości:

25/40/50

25

Skok na palec:

3/6/8 mm

3 mm

38/140/215 N

7 N

Waga przenoszonego przedmiotu:

0,19/0,7/1,05 kg

0,035 kg

Waga chwytaka:

0,11/0,32/0,51 kg

0,10 kg

Czas zamknięcia:

0,09/0,22/0,24 s

0,03 s

Siła zacisku:

Chwytak EGP-S w aplikacji z modułem pick & place

26

Promocja

Fot. Schunk

Podstawowe dane techniczne:

Fot. Schunk

Prowadnice krzyżowe zapewniające wysoką precyzję chwytania

Budowa chwytaka EGP 1 – szczęki bazowe, 2 – prowadnice krzyżowe, 3 – mechanizm przekładni, 4 – napęd, 5 – elektroniczna jednostka kontrolna

Kompaktowa budowa dla maksymalnej oszczędności miejsca

Cyfrowe sterowanie – łatwe uruchamianie i integracja z istniejącymi aplikacjami

Łatwy w obsłudze, lekki i elastyczny, elektryczny chwytak do małych elementów EGP koncentruje się na tym, co najważniejsze: wysoce kompaktowej wydajności dla dynamiki procesów, a w przenoszeniu delikatnych komponentów – na regulacji siły zacisku. Dzięki łatwej kontroli chwytaka EGP przez wejścia cyfrowe konwersja systemu z pneumatycznych modułów chwytakowych na elektryczne odbywa się bez utraty siły zacisku.

Mechatroniczny chwytak do małych komponentów EGP-S (wersja szybka) firmy SCHUNK jest najmniejszym na rynku chwytakiem elektrycznym ze zintegrowaną elektroniką, ma także najlepszy stosunek skoku do czasu zamknięcia. Przy maksymalnym skoku 3 mm czas zamknięcia palców to tylko 0,03 s, co daje optymalne warunki do minimalizacji czasu cyklu.

Mały, mocny chwytak, ważący zaledwie 100 g, o sile zacisku 7 N, idealnie nadaje się do szybkiego przenoszenia przedmiotów o masie do 35 g.

Bezszczotkowe, a więc nie zużywające się i bezobsługowe serwonapędy oraz potężne prowadnice krzyżowe gwarantują wysoki poziom wydajności i czynią chwytak EGP-S ekspertem

dla wymagań aplikacji pick & place.

Obudowa chwytaka zbudowana jest z wysokiej jakości aluminium w celu zwiększenia dynamiki i efektywności energetycznej. Dodatkowo w jego konstrukcji wyeliminowano wszelkie zbędne materiały, a elektronika została wbudowana wewnątrz, aby zaoszczędzić miejsce. Chwytak EGP-S spełnia klasę ochrony IP30 i doskonale wpasowuje się w program automatyki modułowej firmy SCHUNK.

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

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

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

27

Temat numeru ROBOTY I MANIPULATORY

Szybki Portal-T zainstalowany w urządzeniu: system pick&place z czasem cyklu 670 ms, charakteryzujący się wyższą dynamiką reakcji niż konwencjonalne manipulatory portalowe

Pakowanie w czasie 670 milisekund Szybki Portal-T oraz Tripod EXPT firmy Festo to rozwiązania o 30 procent szybsze od standardowych manipulatorów. Rozpoczynają one nową erę w technologii opakowań, stanowiąc połączenie

Szybki manipulator z funkcjonalnością robota do swobodnego przemieszczania w przestrzeni 3D zapewnia precyzyjne pozycjonowanie przy jednoczesnej bardzo dużej dynamice ruchu, umożliwiającej uzyskanie do 150 cykli roboczych na minutę.

Manipulator Tripod EXPT jest doskonałym rozwiązaniem ze względu na niskie koszty zakupu i eksploatacji, gdyż nieznaczna wielkość przemieszczanej masy redukuje zużycie

dynamiki napędów liniowych z zastosowaniem ekonomicznego paska zębatego. To niezmiernie istotne np. w przypadku szybkiego przenoszenia produktów do pojemników – końcowego procesu obejmującego

Tripod EXPT ze sterownikiem CMXR, z funkcjami robotyki i zaworem proporcjonalnym Festo: zrobotyzowany moduł manipulacyjny stanowiący doskonałe rozwiązanie dla małych obciążeń przenoszonych z dużą prędkością

28

Promocja

Fot. Festo

formowanie, napełnianie i zamykanie.

Systemy manipulacyjne wykorzystują sterownik CMXR z funkcjami robotyki. Połączono w nim sterowanie systemem mechanicznym oraz napędami elektrycznymi i komponentami technologii sterowania, w celu zbudowania kompletnego systemu kinematycznego, zapewniającego koordynację ruchu o wysokiej dynamice w przestrzeni trójwymiarowej

Gdy wymagane jest przenoszenie części z jednego podajnika do innego, moduł zmiany rastra zapewnia ustawienie rozstawu między elementami, bez konieczności niestandardowych modyfikacji

Sterownik CMXR integruje systemy wizyjne, takie jak inteligentny kompaktowy system wizyjny SBOx-Q firmy Festo

energii. Niezawodne, standardowe elementy napędowe Festo zapewniają dużą żywotność systemu oraz długie okresy między przeglądami.

Przestrzeń robocza manipulatora Tripod, czyli zbiór wszystkich punktów, do których końcówka robocza manipulatora jest w stanie dotrzeć, ma nieregularny kształt, a jej wymiary są uzależnione od wymiarów geometrycznych manipulatora oraz zakresu ruchu osi napędowych.

Przeguby liniowe manipulatora napędzane są za pośrednictwem serwonapędów elektrycznych. Sterowanie ruchem manipulatora Tripod wymaga zastosowania sterownika realizującego sterowanie wieloosiowe z funkcjami robotyki.

Sterownik ma zaimplementowany model kinematyczny manipulatora Tripod, dzięki czemu możliwe jest łatwe, programowe – za pomocą języka wysokiego poziomu – pozycjonowanie manipulatora zarówno w trybie PTP (interpolacja punktowa), jak i pozycjonowanie po określonej trajektorii: linowe LIN lub kołowe CIRC. Aby manipulator Tripod był praktycznie użyteczny, należy go wyposażyć w odpowiednie do danej aplikacji narzędzie, np. chwytak. Narzędzie może być zamocowane poprzez dodatkowe przeguby (dodatkowe stopnie swobody) umożliwiające zmianę orientacji narzędzia w przestrzeni.

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

Więcej przykładów zastosowań manipulatora Tripod znajdą Państwo na stronie: www.festo.pl.

Festo Sp. z o.o.

Janki k/Warszawy, ul. Mszczonowska 7

Fot. Festo

05-090 Raszyn tel. 22 711 41 00, fax 22 711 41 02 Szybki i dynamiczny: Portal-T z ograniczoną masą i dwoma napędami serwo

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

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

29

Temat numeru ROBOTY I MANIPULATORY

Miejsca stosowania złączy RobiFix (od J1 do J6)

System RobiFix Nowy standard złączy w robotyce Złącza RobiFix szwajcarskiej firmy Multi-Contact stosowane są w robotach produkowanych m.in. przez takie firmy, jak KUKA, Walter, Volkswagen, Staubli, ABB, Comau, IF1, Enerpac i Obara.

Rozkład rezystancji w układzie wtyk–gniazdo

RobiFix to nowa generacja złączy firmy Multi-Contact, mająca zastosowanie w robotyce, szczególnie w obwodach pierwotnych zgrzewarek blach samochodowych.

Złącza do obwodów pierwotnych transformatorów zgrzewających służą do dostarczenia zasilania do zgrzewarki. Dzięki złączom firmy Multi-Contact możliwe jest poprowadzenie przewodów wzdłuż ramienia zgrzewarki z podziałem na dogodne odcinki.

Nowością wśród złączy zasilających zgrzewarki jest właśnie system złączy RobiFix.

Złącza RobiFix (2 + PE, max 1000 V AC, max 180 A) dzięki specjalnej konstrukcji mają wiele zalet: • można ręcznie, bez specjalnych narzędzi, rozłączać i wymieniać ich podzespoły, co znacznie skraca czas przestojów robotów związanych z serwisem (do 50 proc.), • w jednym złączu można stosować różne przekroje przewodów, • mają mniejsze wymiary, • są lżejsze niż pierwsza generacja, • dla zwiększenia bezpieczeństwa pin PE zawsze wchodzi do gniazda jako pierwszy, • przenoszenie dużych prądów odbywa się z ochroną polaryzacji, • złącze ma stopień ochrony IP67, • obudowa jest odporna na odpryski powstające w czasie zgrzewania.

O jakości złączy RobiFix świadczy ich duża efektywność energetyczna, wynikająca z małej całkowitej rezystancji połączenia, na którą składają się dwie rezystancje zaciśnięcia przewodów oraz rezystancja kontaktu wtyk–gniazdo. Im mniejsza rezystancja Rcałk., tym mniejsze grzanie i straty mocy. Mała rezystancja kontaktu (<60 µW) jest wynikiem zastosowania wewnątrz gniazd elementów sprężystych, dostosowanych do przewodzonego prądu (tzw. Multilam), o których była mowa w poprzednich artykułach.

Firma Multi-Contact udostępniła stronę internetową www.robifix.com, na której można znaleźć szczegółowe dane techniczne, przykłady aplikacji złączy RobiFix oraz inne przydatne informacje.

Alicja Miłosz SEMICON Sp. z o.o. www.semicon.com.pl

Porównanie złączy RobiFix firmy MC ze złączami innych firm

30

Promocja

Wymagania dla systemu robotycznego do zautomatyzowanego spawania Rosnąca konkurencja pomiędzy zakładami produkcyjnymi branży metalowej sprawia, że automatyzacja bazująca na wykorzystaniu robotów staje się nieodzowna. Wymagania stawiane niezawodnemu systemowi robotycznemu do spawania są bardzo różne i stanowią nie lada wyzwanie pod względem

Fot. Semicon, KUKA

kompleksowości.

w spawaniu w osłonie gazów ochronnych, a przede wszystkim w spawaniu większych elementów konstrukcyjnych.

Konstrukcja Hollow Wrist, z otworem przelotowym 60 mm, umożliwia integrację palników i doprowadzenie mediów różnych producentów, dzięki czemu pakiety spawania są zawsze chronione, a dodatkowo gwarantuje większą sztywność oraz mniejsze wibracje.

Powtarzalność w przypadku tego nowego typu robota wynosi ±0,04 mm, co jest najlepszym parametrem w tej klasie.

Za komunikację ze źródłem spawalniczym odpowiada układ sterowania robota, który wspiera wszystkie powszechnie stosowane magistrale komunikacyjne. Układ sterowania robota musi ponadto umożliwiać wsparcie czujników zewnętrznych w celu śledzenia, rejestrowania i rozpoznawania spoin oraz integrację dodatkowych pozycjonerów w celu zapewnienia optymalnej pozycji spawa-

nia kompleksowych elementów konstrukcyjnych. Na bazie platformy konfiguracyjnej WorkVisual KUKA stworzyła proste i elastyczne rozwiązanie programowe. Oprogramowanie KUKA.ArcTech umożliwia konfigurację źródła zasilania za pomocą jednego kliknięcia „przeciągnij i upuść“. To tylko jedna z wielu zalet nowego oprogramowania spawalniczego, która w znacznym stopniu skraca czas wdrożenia i ułatwia pracę z robotem.

Więcej informacji na temat wyjątkowej dokładności ruchu, najwyższej powtarzalności i optymalnych czasów cykli można znaleźć w zakładce „Baza danych rozwiązań“ na stronie www.kukarobotics.pl.

Gernot Ortmann KUKA Roboter CEE GmbH Sp. z o.o.

Oddział w Polsce e-mail: BiuroPL@kuka-roboter.de www.kukarobotics.pl

Wyjątkowa precyzja ruchu, najwyższa powtarzalność i optymalne czasy cykli – to dowody na to, że KUKA Roboter wie, co jest ważne w zrobotyzowanym spawaniu. Dobierając roboty zaprojektowane specjalnie do spawania w osłonie gazów ochronnych, potrafi zaoferować odpowiednie rozwiązanie.

Wykorzystywane w procesach spawania roboty o niższej klasie udźwigu muszą być dostosowane do masy palnika (wraz z crash-boxem i przewodami giętkimi) – od 3 kg do 6 kg. W większości aplikacji stosuje się roboty o udźwigu od 5 kg do 16 kg i zasięgu od 0,8 m do 3 m. Wprowadzając na rynek roboty typu ARC-Welding firma KUKA oferuje zoptymalizowane dla potrzeb spawania łukowego rozwiązania w atrakcyjnej cenie. Specjalne pakiety aplikacyjne i technologiczne sprawiają, że spawanie w osłonie gazów ochronnych staje się jeszcze prostsze, szybsze i bardziej wydajne.

Oprócz procesu spawania ważnymi czynnikami są dokładność i powtarzalność spoin. Robot KUKA KR 16 L8 arc HW uchodzi za specjalistę Promocja

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

31

Temat numeru ROBOTY I MANIPULATORY

Mechanizacja i automatyzacja ukosowania blach

Targi SCHWEISSEN&SCHNEIDEN, z których obszerną relację zamieściliśmy w październikowym numerze miesięcznika „Pomiary Automatyka Robotyka”, były znakomitą okazją do zapoznania się ze stanem obecnym i tendencjami rozwojowymi całej branży, jak też poszczególnych technologii. Jednym z obszarów prezentowanych na targach było ukosowanie blach.

O jakości złącz spawanych w znacznej mierze decyduje przygotowanie łączonych detali. Jedną z podstawowych operacji technologicznych na tym etapie, szczególnie przy spajaniu blach, rur czy kształtowników o grubości ścianki przekraczającej 3 mm, jest ukosowanie (fazowanie) krawędzi elementów przeznaczonych do spawania. Dążenie do poprawy jakości, zwiększenia wydajności, jak też poprawy warunków BHP powoduje, że proces ukosowania jest coraz częściej automatyzowany, a przynajmniej mechanizowany. Podczas targów Schweissen&Schneiden 2013 można było dokonać przeglądu rozwiązań stosowanych obecnie w tej dziedzinie.

Technologie procesu cięcia/ukosowania blach Do mechanizacji i automatyzacji ukosowania wykorzystuje się cięcie mechaniczne lub termiczne (gazowe, plazmowe). Wybór konkretnej technologii zależy głównie od charakteru procesu i jego parametrów, takich jak rodzaj obrabia-

32

nego materiału, wielkość i geometria wykonywanych faz, gabaryty ukosowanych detali. Często decydujące znaczenie mają czynniki ekonomiczne, które obejmują koszty przygotowania instalacji, cenę sprzętu do cięcia i urządzeń współpracujących, koszty eksploatacyjne, koszty personelu (przygotowanie, wykształcenie, niezbędne kwalifikacje).

Cięcie mechaniczne najczęściej jest stosowane w przenośnych urządzeniach ukosujących, przeznaczonych głównie do obróbki rur. Przykładem może być rodzina urządzeń oferowanych przez firmę Prestige Industrial Pipework Ltd. (fot. 1).

Urządzenia te montuje się na zakończeniu rury. Operator ustawia zadaną szerokość i kąt fazy. Ukosowana krawędź stanowi swego rodzaju prowadnicę narzędzia tnącego, które przemieszcza się po obwodzie. Wielką zaletą tego typu urządzeń jest to, że wymagają one tylko zasilania elektrycznego. Z tego względu są bardzo wygodne przy pracach w terenie, gdzie prąd na ogół jest, a zapewnienie gazów technicznych byłoby może nie tyle trudne, co bardzo kosztowne.

Fot. W. Klimasara (PIAP)

Podejrzane na targach SCHWEISSEN & SCHNEIDEN 2013

Fot. 1. Przenośne urządzenie do mechanicznego ukosowania rur firmy Prestige Industrial Pipework

Do ukosowania detali w hali, szczególnie w przypadku produkcji seryjnej, powszechnie stosuje się maszyny CNC. W ofercie dostawców wciąż widoczne są dwa kierunki rozwoju. W pierwszym podejściu wykorzystuje się klasyczne wypalarki, wyposażone w głowice umożliwiające ukosowanie. Maszyny tego typu są oferowane zarówno z palnikami tlenowymi, jak i plazmowymi.

Niedogodnością jest fakt, że w czasie, gdy maszyna ukosuje, nie może wykonywać podstawowego wycinania elementów. Jeżeli jednak skala produkcji nie daje możliwości pełnego obłożenia wypalarki, to takie rozwiązanie jest ekonomicznie uzasadnione. Oferują je wszyscy czołowi producenci sprzętu do cięcia i ukosowania, m.in. Messer, Koike, Microstep (fot. 2).

Równolegle producenci rozwijają specjalizowane maszyny CNC do ukosowania. W takim przypadku maszyna oprócz podstawowych ruchów płaskich X-Y ma również możliwość ruchu pionowego. Głowica ma wtedy dwa lub trzy sterowane stopnie swobody, co umożliwia ustawienie bardzo precyzyjnego kąta dla faz przestrzennych.

Tego typu rozwiązanie przedstawiła firma United Proarc Corporation.

Zaprezentowane na targach urządzenie

ProArc Master (fot. 3) może być wykorzystywane zarówno do wycinania detali z arkusza blachy, jak i do ich ukosowania. Dodatkowy suport z możliwością obrotu detalu (fot. 4) pozwala zaprogramować docinanie otworów w rurze, również z fazą.

Z kolei firma Asia Machine Group oferuje samą głowicę do ukosowania (fot. 5). Może być ona zamontowana na dowolnym urządzeniu CNC użytkownika. W obu tych rozwiązaniach wykorzystano cięcie plazmowe.

Kolejnym szczeblem rozwoju technologii ukosowania jest budowa specjalnych stanowisk zrobotyzowanych. Są to stosunkowo drogie instalacje, które naj-

lepiej sprawdzają się w produkcji jednostkowej i małoseryjnej, szczególnie tam, gdzie wymagane jest wykonywanie faz w przestrzeni. W trójwymiarowym (3D) profilowaniu elementów metalowych specjalizuje się międzynarodowa grupa HGG. Oferuje ona szeroką gamę maszyn CNC do cięcia i ukosowania krawędzi elementów, zarówno płaskich, jak i przestrzennych. HGG rozwija specjalne maszyny do cięcia i profilowania rur, belek, kształtowników zamkniętych oraz różnych innych profili grubościennych o skomplikowanych kształtach.

Wszystkie opracowania, zarówno konstrukcje mechaniczne, jak i sterowanie (hardware i software) powstają w pra-

2

Fot. W. Klimasara (PIAP)

1

Fot. 2. Wycinarka firmy Messer wyposażona w głowicę wycinającą z palnikiem gazowym (1) i głowicę ukosującą z palnikiem plazmowym (2); obok detal wykonany tym urządzeniem

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

33

Temat numeru ROBOTY I MANIPULATORY

cowniach HGG. Dzięki temu firma ma pełną kontrolę nad dostarczanymi urządzeniami i może wybrane rozwiązania dopasować do indywidualnych, specyficznych wymagań klienta. Podczas targów HGG prezentowała m.in. zrobotyzowane gniazdo ukosowania (fot. 6 i 7).

Narzędziem tnącym jest palnik plazmowy, prowadzony przez robota podwieszonego nad stołem, który ma możliwość poprzecznego przemieszczania się. Jest to dodatkowy stopień swobody całego systemu, co umożliwia

Fot. 4. Dodatkowy suport maszyny ProArc Master, umożliwiający fazowanie rur i wycinanie w nich otworów

realizację nawet bardzo skomplikowanych trajektorii ukosowania.

Kierunki prac rozwojowych Obserwując ekspozycje targowe można określić kierunki prowadzonych prac rozwojowych,

które powinny wyznaczać trendy zmian technologii ukosowania w najbliższych latach. Większość wystawców sygnalizowała możliwość automatycznego wykorzystania danych z projektów CAD do przygotowania programów maszyn CNC lub robotów ukosujących. W produkcji seryjnej ważne jest dokładne pozycjonowanie kolejnych obrabianych detali. Jeżeli nie można zapewnić odpowiedniej precyzji, co jest częstym przypadkiem przy produkcji dużych elementów, oferuje się automatyczne rozpoznawanie położenia detali. Firma ERL przedstawiła sys-

Fot. 6. Zrobotyzowane gniazdo ukosowania z robotem podwieszonym

34

Fot. Z. Pilat, W. Klimasara (PIAP), Asia Machine Group, HGG

Fot. 3. Specjalizowana maszyna CNC ProArc Master do ukosowania firmy United Proarc Corporation, z głowicą wyposażoną w palnik plazmowy

Fot. 5. Głowica do ukosowania firmy Asia Machine Group

tem integrujący obie te funkcje w stanowisku zrobotyzowanym. Przy pisaniu programu bazowego robota można importować dane CAD, które są wykorzystane do generowania instrukcji ruchu robota. Następnie, po założeniu nowego detalu, wykonywany jest program identyfikujący jego rzeczywiste położenia (zastosowano skanery laserowe). Na podstawie uzyskanych wyników program bazowy robota jest odpowiednio modyfikowany.

właściwe sekwencje instrukcji dla urządzenia. Widać wyraźnie, że komunikacja człowiek–maszyna w bardzo dużym stopniu decyduje dzisiaj o akceptacji urządzenia przez podstawowy personel obsługujący. Jest to często jeden z najważniejszych warunków powodzenia aplikacji.

Zbigniew Pilat Pracownia Mechatroniki Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP e-mail: zpilat@piap.pl

Fot. 8. Przykłady pulpitów operatorskich stanowisk ukosowania: United Proarc Corporation (z lewej), ERL (z prawej)

Fot. Z. Pilat, W. Klimasara (PIAP), Asia Machine Group, HGG

Fot. 7. Zrobotyzowane gniazdo ukosowania podczas pracy

Kolejnym istotnym problemem jest sposób obsługi urządzeń i instalacji do ukosowania, w tym komunikacja człowieka z maszyną (robotem).

Standardowo w stanowiskach ukosowania są opracowywane specjalne interfejsy graficzne, implementowane na panelach operatorskich (fot. 8). Muszą one być na tyle proste, aby do obsługi stanowiska nie trzeba było zatrudniać pracowników o najwyższych kwalifikacjach.

Muszą też być przyjazne dla użytkownika. Operator nie może odbierać wprowadzonych rozwiązań jako zupełnie nowe.

Powinien wręcz intuicyjnie odnajdywać

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

35

Aplikacje ENERGETYKA

36

PRZEMYSŁ SPOŻYWCZY Aplikacje

Marka Tymbark istnieje na polskim rynku od 1936 r.

Przez blisko 80 lat zyskała uznanie konsumentów z Polski oraz z prawie 30 innych krajów, w których jest obecna. Na tożsamość firmy największy wpływ wywarły jakość, odpowiedzialność społeczna i ekologiczna oraz innowacyjność. Nie dziwi więc fakt, że Tymbark zdecydował się połączyć wieloletnią tradycję z nowoczesną technologią, inwestując w robotyzację.

Fot. ASTOR

Paletyzacja napojów w firmie Tymbark Firma zdecydowała się zautomatyzować stanowisko do depaletyzacji i ponownego układania butelek PET, by ulżyć pracownikom w ciężkich obowiązkach.

Pierwotnie trzy osoby wypakowywały zgrzewki z napojami w trzech różnych smakach, a następnie wykładały odpowiednią liczbę zgrzewek każdego rodzaju na przenośnik biegnący do paletyzatora.

Dzięki temu na każdej z palet wysyłanych z Tymbarku, ułożone były soki o trzech różnych smakach, by klienci sklepów mieli bezpośredni dostęp do swoich ulubionych produktów. Projekt modernizacji stanowiska zakładał, że dzięki robotyzacji, przy zachowaniu wymogu odpowiedniego miksowania produktów, zostanie osiągnięta wydajność na poziomie 150 palet DD na osiem godzin pracy, czyli około 10 palet EURO na godzinę.

Aby sprostać tym wymaganiom, firma integratorska Nandor zaproponowała prototypowe rozwiązanie z zastosowaniem robota Kawasaki ZD130S, który został dostarczony przez firmę ASTOR. Stworzona została koncepcja aplikacji, która będzie nie tylko na tyle kompaktowa, że zmieści się na hali produkcyjnej, ale także przewyższy oczekiwania klienta pod względem efektywności i jakości. Ze względu na pionierski projekt konieczne okazało się przeprowadzenie licznych testów. Sprzęt niezbędny do zasymulowania pracy jednostki zrobotyzowanej sprzęgniętej z systemem wizyjnym, odpornym na odbicia i zmiePromocja

niające się oświetlenie, zagwarantowały firmy ASTOR i SICK.

Zastosowane komponenty W omawianej aplikacji użyto następujących komponentów: • chwytak do zgrzewek PET – zapewnia stabilne pobranie produktu, bez uszkodzenia folii, • robot Kawasaki ZD130S – z dużą precyzją podjeżdża na określone pozycje, wskazane przez system wizyjny, • system wizyjny Sick IVC-2D – zapewnia powtarzalną detekcję produktów, • system bezpieczeństwa IV kategorii marki Sick – zabezpiecza operatora przed obrażeniami, wynikającymi z bezpośredniego kontaktu z robotem, • transporter sortujący – kolejkuje produkt na przenośniku.

Działanie systemu Aplikację obsługuje tylko jeden operator, który umieszcza pełne palety w boksach i odbiera puste. Robot pracuje w dwóch strefach. Podczas depaletyzacji jednej strefy operator przygotowuje palety w drugiej strefie. Robot, dzięki zastosowaniu systemu wizyjnego Sick, odpornego na zmiany źródeł światła, skanuje każdą warstwę z każdej palety, gromadząc informacje o położeniu poszczególnych zgrzewek. W trakcie cyklu pobrane zostają zgrzewki z odpowiednich palet, w odpowiedniej sekwencji. Zamontowany chwytak to autorski

projekt mechaniczny, opracowany przez konstruktorów firmy Nandor. Oprócz zgrzewek z butelkami PET, umożliwia on także pobieranie przekładek i wkładanie ich do odpowiedniego boksu. Trudność przy jego projektowaniu polegała na konieczności pobierania zgrzewek ułożonych bezpośrednio obok siebie, przy dostosowaniu odpowiedniej siły nacisku tak, aby uniknąć rozszczelnienia butelek z napojami.

Uzyskany efekt Wdrożenie zautomatyzowanego stanowiska zrobotyzowanego istotnie wpłynęło na przebieg procesu paletyzacji.

Wydajność zwiększono o ponad 40 proc.

Ze 120 palet DD na osiem godzin do aż 172 palet na zmianę. Odciążono też pracowników, eliminując konieczność dźwigania przez nich zgrzewek z napojami. Unikalny jest także chwytak, który nie powoduje jakichkolwiek uszkodzeń transportowanego produktu ani jego opakowania. Co istotne, to pionierskie rozwiązanie ma wiele zastosowań: w paletyzacji, depaletyzacji, przekładaniu i przenoszeniu.

Paweł Handzlik specjalista ds. robotów przemysłowych ASTOR Sp. z o.o. tel. 12 424 00 68 e-mail: pawel.handzlik@astor.com.pl www.astor.com.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

37

Rozmowa PAR

Wywiad z doktorem Zbigniewem Nawratem, dyrektorem naukowym Instytutu Protez Serca Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii.

38

Fot. Mariusz Jakubowski (FRK)

Potencjał czeka na inwestorów

Fot. Mariusz Jakubowski (FRK)

J­ ak rozpoczęła się Pana przygoda z robotyką medyczną?

W latach 90. w ramach Instytutu Protez Serca Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii pracowaliśmy nad tworzeniem sztucznych organów, takich jak sztuczne serce czy protezy zastawek serca. Zwróciłem uwagę na potencjał, jaki może tkwić w wykorzystaniu naszych stanowisk badawczych i doświadczeń w dziedzinie modelowania fizycznego i komputerowego bezpośrednio w praktyce klinicznej. Zajęliśmy się więc symulacjami operacji kardiochirurgicznych: pozyskiwaliśmy obrazy diagnostyczne, zamienialiśmy je na obiekty komputerowe i na tych obiektach dokonywaliśmy różnych obliczeń, np. mogliśmy odpowiedzieć na pytanie: jaki będzie przepływ i ciśnienie w różnych gałęziach układu krążenia, jeśli by-pass będzie zrobiony w taki a nie inny sposób. Był to pierwszy tak zaawansowany projekt w Polsce, w którym powiązaliśmy metody modelowania fizycznego z tworzeniem modeli operacji w komputerze, wykorzystując do tego powstającą zupełnie nową wówczas dziedzinę – symulacje komputerowe. Gdy ten grant skończył się pod koniec lat 90., miałem poczucie, że czegoś mi brakuje.

Wtedy poznałem Friedricha Mohra, który na konferencji w Katowicach prezentował film z wykonanej w Lipsku, jednej z pierwszych na świecie, operacji na sercu z użyciem amerykańskiego robota da Vinci. Zauważyłem, że robot jest pierwszym w historii narzędziem, dla którego symulacje i programy doradcze, które opracowywaliśmy mogą mieć zastosowanie praktyczne. Gdy między dłonią chirurga a narzędziem chirurgicznym wewnątrz ciała pacjenta jest komputer, można wprowadzić do niego określone programy i instrukcje, które są oparte na przygotowanych wcześniej analizach oraz na informacjach pozyskiwanych na bieżąco z pola operacyjnego. W komputerze są one przetwarzane, sprzyjając podejmowaniu przez lekarza właściwych decyzji w czasie operacji. Ta wizja wydała mi się tak atrakcyjna, że natychmiast zapytałem swojego szefa, profesora Zbigniewa Religę, z którym już wtedy współpracowałem, czy nie moglibyśmy zrobić takiego robota tu u nas. Profesor Religa zadał wtedy tylko krótkie pytanie: a kiedy będę mógł z nim operować?

Tak powstała idea stworzenia robota medycznego w Polsce.

Skąd środki na to przedsięwzięcie?

Z KBN otrzymaliśmy grant. Profesor Religa był szefem projektu, a ja głównym wykonawcą. Nikt w Polsce nie zajmował się jeszcze wtedy robotami medycznymi. My mieliśmy już pewne doświadczenie związane ze sztucznym sercem – udało nam się stworzyć komorę wspomagania serca, która do dziś pracuje w klinice, rozwijane są w niej nowe aplikacje i wciąż wprowadzane są innowacje techniczne. Pierwsze zadanie w nowym projekcie polegało na zorganizowaniu zespołu, który zajmowałby się produkcją naszego robota chirurgicznego.

Nazwaliśmy go Robin Heart – robot dla serca – ze względu na to, że w tamtym czasie uwaga wszystkich, którzy interesowali się chirurgią nieinwazyjną

no w ośrodkach akademickich, jak i w zakładach produkcyjnych. Dzięki temu udało nam się zgromadzić mocny zespół wokół zabrzańskiego centrum, a dziś jest to wręcz grupa różnych zespołów, które rozwijają się w różnych ośrodkach. Jednocześnie szukałem wsparcia przemysłu. Prowadziliśmy między innymi rozmowy z mającą około 100 przedstawicielstw na całym świecie firmą Famed z Żywca, producentem wysokiej klasy sprzętu medycznego, w tym stołów operacyjnych i wyposażenia szpitali. Ta firma miała wszystkie technologie, których potrzebowałem.

Nasz pomysł spotkał się w Famedzie z bardzo dobrym przyjęciem, szybko przeszliśmy do ustaleń technicznych, jak mocowanie Robin Hearta do stołu operacyjnego, które było przygoto-

Jeśli znajdą się środki finansowe i te niewielkie przedsiębiorstwa, z którymi współpracujemy, będą mogły się rozwijać, wtedy robotyka medyczna w Polsce rozwinie skrzydła. była skierowana na operacje wszczepiania by-passów i jednocześnie była to największa grupa pacjentów potencjalnie potrzebujących wsparcia środkami technicznymi. Nazwa oczywiście kojarzy się z Robin Hoodem, ponieważ chodziło nam o stworzenie wizerunku firmy, która chce wejść na rynek, oferując narzędzie prostsze, tańsze, a jednocześnie równie skuteczne, jak rozwijane w Stanach Zjednoczonych roboty da Vinci.

Początki jednak były trudne, a i dziś, 10 lat później, Robin Heart nadal nie jest stosowany podczas operacji ludzi.

Z czego to wynika?

Początki nie były łatwe – musieliśmy od zera uruchomić nową dziedzinę nauki i techniki w Polsce, obecnie zaś trafiliśmy na swego rodzaju barierę skali: chociaż potrafimy wspólnie z naszymi partnerami zbudować kompletnego robota, to jednak nie możemy podjąć się seryjnej produkcji robotów. Od początku szukałem wsparcia, zarów-

wane wspólnie z zespołem inżynierów z żywieckiego Famedu. W tym czasie tworzyliśmy w Zabrzu prototypy robota Robin Heart – Robin Heart I, Robin Heart II. Niestety, w chwili, gdy mogliśmy już zaprezentować urządzenia, które uzyskały dobrą ocenę przyszłych docelowych użytkowników, Famed popadł w problemy ekonomiczne, co skończyło się ostatecznie bankructwem. W ten sposób największa polska firma medyczna, właściwie jedyna, która mogła podjąć się seryjnej produkcji robotów, wypadła z rynku.

Czy jest szansa na znalezienie obecnie w Polsce firmy, która byłaby w stanie zastąpić Famed?

Dzisiaj mamy kilka dobrych kontaktów z mniejszymi przedsiębiorcami, którzy wykonują dla nas szereg prac tutaj na Śląsku i próbujemy stopniowo rozwijać tę współpracę w coraz większe przedsięwzięcie. Możemy już produkować w Polsce roboty medyczne, ale na razie na niewielką skalę. Mamy wśród

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

39

Rozmowa PAR

Jaka przyszłość czeka roboty Robin Heart?

Obecnie przygotowujemy nowy model robota Robin Heart. Na przełomie lat 2009/2010 przeprowadziliśmy trzy eksperymenty, które były dla nas kamieniami milowymi. Sprawdziliśmy naszego robota technicznie podczas trzech typów operacji. Pierwsza dotyczyła pęcherzyka żółciowego, druga – zastawki, trzecia – by-passów.

Niestety, tej trzeciej operacji nie udało nam się przeprowadzić za pomocą robota Robin Heart I i Robin Heart II, ponieważ występowała kolizja ramion robotów oraz kilka innych komplikacji.

Wtedy podjąłem decyzję o przygotowaniu Robin Heart mc2 – specjalistycznego robota modułowego, który jako jedyny na świecie może zastąpić trzy osoby przy stole operacyjnym: chirurga stojącego, chirurga głównego i tego, który trzyma tor wizyjny. To zupełnie nowa konstrukcja, przeznaczona specjalnie do operacji wszczepiania by-passów. Ta koncepcja się sprawdziła i w tej chwili jesteśmy w fazie przygotowywania nowego projektu, ale nie mamy dla niego jeszcze finansowania.

Obecnie prowadzimy dwa projekty NCBiR w zakresie robotów. Pierwszy dotyczy teleoperacji – robimy badania naukowe dotyczące tego, jak przesyłać sygnał i nadzorować robota na odległość oraz jak zapobiec różnym komplikacjom, które mogą z tego wynikać. Drugi projekt jest już bardzo bliski wdrożenia: idea jest taka, że w ciągu 1–1,5 roku przygotujemy trzy egzemplarze robotów toru wizyjnego Robin Heart PortVisionAble. Pod koniec przyszłego roku chcemy zaprezentować te roboty i poddać je certyfikacji technicznej. Za dwa lata roboty powinny być już w fazie testowej i trafić do badań przedklinicznych. Mamy nadzieję, że tym samym uda nam się przełamać pewną barierę. Założenie jest takie, że te roboty będą miały od początku opracowaną dokumentację pod technologię produkcji seryjnej, a więc będą przygotowane do wejścia na rynek, o ile oczywiście spełnią oczekiwania użytkowników.

40

Polacy są w światowej czołówce, jeśli chodzi o technologie, ale nie przekłada się to na wdrożenia. Jakie najpoważniejsze bariery i wyzwania stoją przed robotyką medyczną w Polsce?

Co mogłoby być bodźcem przyspieszającym rozwój rynku robotów medycznych?

Ograniczenia są dokładnie takie same, jak w każdej innej działalności naukowo-badawczej, zmierzającej do wdrożenia urządzeń, które są stosowane w gospodarstwie domowym, w medycynie, w wojsku lub gdziekolwiek indziej. Aby przejść od dobrego projektu czy prototypu do wdrożenia, potrzebne są firmy, najlepiej komercyjne, które wprowadzą go na rynek, będą niejako „opiekować się” tym produktem itd. Przeszliśmy już tę drogę, jeśli chodzi o sztuczne serce i taką rolę w tym przypadku pełni firma Intra-Cordis, której właścicielem jest Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii – ona jest odpowiedzialna za wdrażanie, serwisowanie i nadzór nad tymi urządzeniami już w bezpośrednich aplikacjach klinicznych.

Bariery w Polsce są jednak związane przede wszystkim z brakiem przemysłu specjalistycznego i brakiem zapotrzebowania na innowacje – przynajmniej w zakresie, którym się zajmujemy, czyli sztuczne narządy i biotechnologia związana ze sztucznymi narządami oraz robotami. Nie ma firm, które chciałyby i mogłyby produkować tego typu sprzęt, w związku z czym musimy dopiero wypracowywać drogę do organizacji tego typu przedsięwzięć.

Problemem jest też brak inwestorów.

W Polsce nie ma, tak jak w Stanach Zjednoczonych, miliona emerytów, którzy zarabiają milion rocznie i nie wiedzą, co mają zrobić z tymi pieniędzmi.

W związku z tym nie ma wolnych środków finansowych, które można pozyskać z rynku, a jeśli już są, to są wykorzystywane nie dla tworzenia innowacji, tylko dla szybkiego pomnażania majątku. Zainteresowanie innowacjami jest bardzo ograniczone i bardzo ryzykowne z punktu widzenia inwestycyjnego. Jednocześnie jest tyle innych możliwości korzystnego zainwestowania nadwyżek finansowych, że te niewielkie środki finansowe, które są w Polsce, rozchodzą się w innych kierunkach. Przeprowadziłem setki rozmów z bardzo życzliwymi ludźmi, ale żadna z nich nie skończyła się szczęśliwym finałem, w którym ktoś przyszedł i powiedział: wierzę, że panu i całemu

zespołowi uda się to przedsięwzięcie, więc przekazuję 10 milionów.

Poza Stanami Zjednoczonymi rynek robotyki chirurgicznej właściwie nie istnieje, a w USA jedynym jego beneficjentem jest firma Intuitive Surgical, która de facto zmonopolizowała tę branżę. Kiedy można spodziewać się przełamania tego monopolu?

Dominacja Stanów wynika z tego, że roboty chirurgiczne powstawały w związku z wojnami gwiezdnymi i projektami realizowanymi przez NASA i Pentagon. W chwili, gdy upadł Związek Radziecki, państwo przestało inwestować w takie badania i sprzedało wszystkie patenty „do cywila”.

Robotyką medyczną zajęły się wtedy dwie firmy: Computer Motion i Intuitive Surgical – jedna produkowała roboty Zeus, druga – da Vinci. Ostatecznie ta druga przejęła produkcję Zeusa.

Powstały w efekcie model monopolistyczny jest najbardziej korzystny z punktu widzenia ekonomicznego, ale jednocześnie jest niekorzystny z punktu widzenia postępu cywilizacyjnego i rozwoju określonej dziedziny. Faktem jest, że Stany Zjednoczone od początku miały przewagę w postaci pakietu dopracowanych projektów i jednocześnie ogromnych zasobów pieniędzy, które zostały wpompowane w te przedsięwzięcia. Stąd takie rezultaty i zdominowanie ogólnoświatowego rynku.

Jest jednak wiele ośrodków akademickich i instytucji, w których pracuje się nad różnymi konstrukcjami robotów chirurgicznych oraz medycznych.

Jestem przekonany, że Polska mogłaby być kolejnym krajem, którego specjalnością stałaby się robotyka medyczna. Mamy bardzo dobre zasoby intelektualne oraz wiele ośrodków akademickich, w których rozwijane są dziedziny potrzebne w robotyce medycznej – telekomunikacja, elektronika, informatyka itd. W zakresie specjalistów w tych dziedzinach jesteśmy bardzo dobrze notowani. Nie wiem jednak, czy to się przełoży na efekty. Jeśli znajdą się środki finansowe i te niewielkie przedsiębiorstwa, z którymi współpracujemy, będą mogły się rozwijać, wtedy robotyka medyczna w Polsce rozwinie skrzydła. Jest na to szansa, zwłaszcza, że mamy doświadczenie w konstruowaniu specjalistycznych robotów, czego najlepszym dowodem są choćby samoloty bezzałogowe produkowane przez kilka firm oraz roboty dla wojska, powstające w Przemysłowym Instytucie Automatyki

Fot. Mariusz Jakubowski (FRK)

współpracowników firmy, na które szczególnie stawiamy, np. firmę Emsi z Siemianowic. Jednak to, czy uda nam się działać na skalę europejską lub światową, zależy od tego, czy uda się znaleźć odpowiednie środki finansowe. Muszą one zdecydowanie przewyższać kwoty, którymi dysponujemy w tej chwili.

Fot. Mariusz Jakubowski (FRK)

Zbigniew Nawrat jest z wykształcenia fizykiem teoretykiem.

W 1984 r. ukończył studia na Uniwersytecie Śląskim, a w 1997 r. obronił doktorat na Śląskiej Akademii Medycznej. Całe życie zawodowe związał z medycyną. Jest twórcą pierwszego w Europie robota kardiochirurgicznego Robin Heart i pionierem robotyki medycznej telemedycyny. Ponadto jest autorem pionierskich badań w dziedzinie sztucznych narządów, w tym protez serca: zastawek i pomp krwi, a razem z zespołem rozwija medyczne zastosowania technologii wirtualnej przestrzeni oraz metody symulacji operacji chirurgicznych.

Pracuje w Katedrze Kardiochirurgii i Transplantologii Śląskiego Uniwersytetu Medycznego oraz w Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii, w której kieruje Instytutem Protez Serca. Jest założycielem i prezydentem Międzynarodowego Stowarzyszenia na Rzecz Robotyki Medycznej, a także członkiem Sekcji Biomechaniki i Sekcji Biomateriałów Polskiej Akademii Nauk.

Z jego inicjatywy powstała sieć Centrów Doskonałości BioMedTech Silesia i wiele projektów rozwoju współpracy między ośrodkami naukowymi regionu. Organizuje wiele konferencji i warsztatów, których jest pomysłodawcą. Są wśród nich m.in. specjalistyczna konferencja Roboty Medyczne, Warsztaty Chirurgiczne oraz konferencja dla naukowców i młodzieży BioMedTech Silesia. Jest autorem lub redaktorem sześciu książek, a także ponad 200 artykułów i wystąpień na konferencjach zagranicznych.

i Pomiarów PIAP. Mamy więc potencjał, a zbliżeniu nas do realizacji celu mają służyć m.in. organizowane przeze mnie konferencje, w tym organizowana od 2003 r. konferencja, która początkowo odbywała się pod hasłem Roboty chirurgiczne, a obecnie funkcjonuje pod nazwą Roboty medyczne. 13 grudnia odbędzie się już XI edycja, podczas której będą prezentowane nie tylko nasze osiągnięcia, ale także innych ośrodków w Polsce, m.in. ośrodków z Łodzi i Poznania, które zaprezentują robota rehabilitacyjnego. Można powiedzieć, że właśnie na kanwie tej konferencji i rosnącego zainteresowania robotyką medyczną powstało w Zabrzu Międzynarodowe Stowarzyszenie Robotyki Medycznej, którego jestem prezydentem i do którego zapraszam wszystkich zainteresowanych tą dziedziną. Wszelkie informacje związane ze stowarzyszeniem można znaleźć na naszej stronie www.medicalrobots.eu.

W jakim kierunku będzie postępował rozwój robotyki medycznej w najbliższych latach?

Przyszłością różnych dziedzin, w tym również medycyny, są roboty jako manipulatory sterowane na odległość. Po dwóch dekadach rozwoju telekomunikacji czas na rozwój teleakcji. Roboty będą coraz bardziej zintegrowane z systemem teleinformatycznym, pozwalającym na przesyłanie informacji na odległość – to pierwsza kwestia. Druga to swego rodzaju dualizm: z jednej strony coraz bardziej widoczne dążenie do integracji i „kombajnów”, czyli robotów wielospecjalistycznych, a z drugiej – tendencja do robienia urządzeń, które są bardzo specjalistyczne i przeznaczone tylko do określonych dziedzin.

FRK kładzie nacisk na modułowość – naszego robota można zastosować do różnych typów operacji, a narzędzia chirurgiczne, które zamontowane są na ramieniu robota, można również zamontować w specjalnym uchwycie w dłoni i wykonywać część operacji narzędziem mechatronicznym. Jednym słowem jest to robot modułowy ze specjalistycznymi końcówkami.

Czy roboty operujące człowieka mają szansę całkowicie zastąpić w przyszłości pracę chirurgów?

Tak się nigdy lub jeszcze bardzo długo nie stanie. W przypadku działania wewnątrz ciała pacjenta jest zbyt wiele różnych czynników – zmiana orientacji tkanek, ich zachowania, niebez-

pieczeństwo krwawienia itp. – co do których wątpliwości może rozstrzygnąć jedynie operujący, analizujący wszystkie sygnały i obraz z pola operacji. Jedyne całkowicie automatyczne, niezależne w działaniu od człowieka roboty, to stosowane już kapsuły diagnostyczne, połykane przez pacjenta i pozwalające śledzić obraz przewodu pokarmowego. W chirurgii, gdzie trzeba coś przyszyć, uciąć, zmodyfikować fragment układu tkankowego, chyba zawsze będzie potrzebna kontrola człowieka.

Widzi Pan potencjał w Zabrzu – tu Pan się urodził, tu Pan pozostał i pracuje, tu też powstał, dzięki Pana inicjatywie, projekt Centrum BioMedTech Silesia.

Czy ograniczenia wynikające z działania na rodzimym podwórku nigdy nie sprawiły, że myślał Pan o karierze zagranicznej?

Miałem oczywiście kilka takich propozycji, jednak swoje miejsce z wielu względów widzę tutaj. Uważam, że mieszkamy w pięknym kraju, gdzie są fantastyczni ludzie i że wszyscy możemy być jeszcze bardziej pożyteczni dla siebie nawzajem dzięki pracy, w którą wkładamy pasję. Dowodem na to jest zespół pasjonatów, który mam wokół siebie i w którym od wielu lat wspólnie się rozwijamy. Pojawiają się w nim coraz młodsi koledzy, a grono sympatyków i osób zainteresowanych tym, co robimy, jest coraz większe. Czuję się więc niejako pionierem na polskim rynku i staram się robić to, co robię najlepiej, jak potrafię.

Odpoczywam też tak jak pracuję: jeśli mam wybór czy coś robić, czy nie robić, to zawsze wybieram to pierwsze. Czy mówimy o sporcie, czy o kulturze, czy o rozrywce – zawsze przyjmuję pozycję aktywną. Kultura interesuje mnie w bardzo szerokim wymiarze, toteż w ubiegłym roku zorganizowałem pierwsze w Polsce spotkanie MedArt 2013, czyli Medycyna i Sztuka: zaprosiłem do Zabrza lekarzy i inżynierów specjalizujących się w medycynie, którzy piszą książki, poezję, śpiewają itp. Spędziliśmy tutaj piękne dwa dni, rozmawiając ze sobą zupełnie innym językiem niż robimy to na co dzień i mam nadzieję, że będziemy to powtarzać.

Rozmawiała Urszula Chojnacka

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

PAR

41

Automatyka OPROGRAMOWANIE SYMULACYJNE

MATLAB&Simulink w projektowaniu systemów sterowania Pakiet MATLAB&Simulink, dzięki zastosowaniu metodyki Model-Based Design, pozwala na znaczne przyspieszenie czasu realizacji projektu oraz obniżenie kosztów przez ciągłą weryfikację i symulowanie projektu – od wstępnych założeń do gotowego urządzenia.

Korzystając z narzędzi MATLAB&Simulink, podczas projektowania nowego urządzenia czy systemu, nieodłącznie spotykamy się z metodyką Model-Based Design, czyli projektowania za pomocą modeli. Metodyka ta pozwala na wykorzystanie jednego spójnego przekazu na każdym etapie projektowania i testowania rozwiązania. Idea Model-Based Design oznacza ciągłą pracę z modelem jako bazą i środowiskiem pomysłu.

Jak to wygląda w praktyce Każdy projekt zaczyna się od pomysłu, czyli opisu tego, co chcemy zrobić i założeń, jak to powinno działać. Opis pomysłu i założeń nazywa się wymaganiami formalnymi. Wymagania stanowią dla inżyniera listę życzeń, które projektowane urządzenie musi spełniać, by spotkało się z akceptacją klienta. Jest to forma umowy między zleceniodawcą a odbiorcą. Dla inżyniera stanowi to o tyle ważny dokument, że pozwala zrozumieć, co tak naprawdę ma zbudować. Na podstawie listy wymagań inżynier tworzy specyfikację, czyli kolejny dokument, który z grubsza opisuje, jak to urządzenie zbudować. Specyfikacja

42

powinna obejmować trzy istotne elementy: • dekompozycję – podział na mniejsze komponenty, co znacznie ułatwia późniejsze projektowanie i podział ról w zespole, • interfejsy – opis, w jaki sposób użytkownik korzysta z urządzenia i komunikuje się z urządzeniem, a także interfejsy między mniejszymi komponentami składowymi, • metodę realizacji poszczególnych komponentów – opis, w jaki sposób powinny być zrealizowane.

W metodyce Model-Based Design zakłada się, że już na etapie tworzenia specyfikacji wymagań można korzystać z modelu zbudowanego w graficznym środowisku Simulink, aby przedstawić dekompozycję, hierarchię poszczególnych komponentów, a także by zdefiniować interfejsy.

Kolejnym krokiem po opracowaniu specyfikacji jest realizacja poszczególnych komponentów. Prawidłowa dekompozycja i jasno zdefiniowane interfejsy umożliwiają równoczesną pracę całego zespołu inżynierów.

Projektując system sterowania, każdy ze zdefiniowanych komponentów można zaliczyć do jednej z dwóch kategorii:

• elementów obiektu lub środowiska (ang. plant), • algorytmu sterowania (ang. controller).

Po przygotowaniu modelu obiektu, a przed budową prototypu, można już przeprowadzić symulację całego systemu sterującego i sposobu, w jaki oddziałuje on na obiekt. Co istotne, nie są ponoszone żadne dodatkowe koszty.

Po zaimplementowaniu poszczególnych komponentów można przejść do ich integracji. Gdy całość systemu działa, można automatycznie wygenerować kod, by przenieść algorytm sterowania do budowanego urządzenia. Cały czas prowadzone są testy implementowanych rozwiązań, których celem jest zbadanie ich poprawności i konfrontacja z wymaganiami funkcjonalnymi.

Modelowanie fizyczne Budowa modelu obiektu sprowadza się głównie do wprowadzenia opisu matematycznego modelu w graficznym środowisku Simulink. Można stosować opis za pomocą równań różniczkowych, jak i zaawansowanych bloków z modułów rozszerzających środowiska Simulink, jak Simscape, SimMechanics, SimElectronics, SimDriveline, SimPowerSystems i SimHydraulics. Modelowanie obiektu często wiąże się z procesem identyfikacji. Klasyczne metody identyfikacji zostały zaimplementowane w System Identification Toolbox.

Można także stosować metody optymalizacji do identyfikacji parametrów modelu o znanej strukturze, np. Parameter Estimation z Simulink Design Optimization. Tworzenie modeli, których zadaniem jest jak najlepsze

Promocja

GBI_PAR_2

odzwierciedlanie rzeczywistych zjawisk lub urządzeń nazywane jest modelowaniem fizycznym. Większość modeli tego typu będzie symulowana jako modele o czasie ciągłym, za pomocą jednego z wielu solverów numerycznych zaimplementowanych w środowisku Simulink.

wać w środowisku Simulink, zarówno w wersji ciągłej, jak i dyskretnej. Takie narzędzia, jak Control System Toolbox i Simulink Control Design, pozwalają dodatkowo na szybkie strojenie regulatorów klasycznymi metodami typu LQ, Ziegler-Nichols, Pole Placement i wiele

Projektowanie sterowania Realizacja modelu obiektu w środowisku Simulink pozwala na przejście do kolejnego etapu, jakim jest projekt algorytmu sterowania. Pod tą nazwą kryje się wiele różnych rozwiązań. Może to być prosty regulator, pracujący w pętli sprzężenia zwrotnego (ang. compensator) i realizujący algorytmy P, PI, PD, PID lub dowolną zaprojektowaną strukturę.

Wszystkie te rozwiązania można łatwo i szybko zaimplemento-

innych. Dzięki tym rozszerzeniom można szybko zbadać właściwości modelu (charakterystyki czasowe i częstotliwościowe), przeprowadzić szybką linearyzację modelu nieliniowego, zbadać

stabilność układu oraz błyskawicznie przejść z wersji ciągłej na dyskretną lub odwrotnie.

Chcąc zrealizować złożony sterownik nieliniowy lub algorytm decyzyjny, można stosować dodatkowe narzędzia, np. Stateflow – do realizacji systemów decyzyjnych (maszyny skończenie stanowe), Neural Network Toolbox – do realizacji sieci neuronowych, Fuzzy Logic Toolbox – do realizacji algorytmów logiki rozmytej.

Strojenie parametrów zaprojektowanego algorytmu sterującego można wykonać za pomocą Simulink Design Optimization – tutaj nastawy spełniające kryteria są znajdowane za pomocą metod optymalizacyjnych. Do wyboru są klasyczne metody optymalizacji, np. metody gradientowe czy metoda najmniejszych kwadratów z Optimization Toolbox lub metody genetyczne z Global Optimization Toolbox.

REKLAMA

Na tej konferencji nie może Państwa zabraknąć!

XI EDYCJA KONFERENCJI

WORLD CLASS MANUFACTURING – PRODUKCJA KLASY ŚWIATOWEJ 19-20 listopada 2013 r., Wrocław

WIZYTA W ZAKŁADZIE GE POWER CONTROLS 21 listopada 2013 r., Kłodzko

WARSZTAT DLA MENEDŻERÓW „SKUTECZNE ZARZĄDZANIE ZESPOŁEM PRODUKCYJNYM” 18 listopada 2013 r., Wrocław

Zagadnienia omawiane podczas konferencji: • Jak zbudować system zarządzania WCM w polskich realiach • Jak adaptować elementy WCM do obecnie stosowanych systemów w naszej firmie • DNA Dyrektora Produkcji • Adaptacja procesu coachingowego w zespole pracowników produkcji • Eliminacja problemów – narzędzia Focus Improvement • Stały rozwój naszych pracowników – jakie narzędzia i praktyki sprawdzają się w firmach • Inteligentne roboty przemysłowe w World Class Manufacturing • Budowa filaru Cost Deployment w mojej firmie – jak optymalnie redukować koszty • Optymalne zarządzanie projektami według 10 kroków Kobetsu Kaizen oraz w cyklu PDCA Sponsorzy:

Sponsor Koktajlu:

Sponsor Lunchu:

Wystawca:

Patroni medialni:

Pomiary Automatyka 11/2013 Osoby zainteresowane udziałem w konferencji prosimy o kontakt: +48 22 458 Robotyka nr 66 10

GBI_PAR_205x145_petronas.indd 1

gbip.com.pl 43

28.10.2013 13:53

Automatyka OPROGRAMOWANIE SYMULACYJNE

Automatyczne generowanie kodu Po zaprojektowaniu właściwego algorytmu sterującego i właściwych nastaw, całość algorytmu sterującego można łatwo zaimplementować w wybranym mikroprocesorze dzięki narzędziom do automatycznego generowania kodu – MATLAB Coder, Simulink Coder i Embedded Coder. Narzędzia te umożliwiają wygenerowanie uniwersalnego kodu ANSI/ISO C z modelu opracowanego w środowisku Simulink lub ze skryptu napisanego w języku MATLAB. Kod ten można łatwo dołączyć do projektu realizowanego na dowolnej architekturze sprzętowej. Można także wygenerować kod ST na sterowniki PLC – za pomocą Simulink PLC Coder – lub kod w jednym z języków HDL (VHDL, Verilog) – za pomocą HDL Coder.

• automatyczne generowanie przypadków testowych dla zadanych wytycznych lub dla uzyskania pełnego pokrycia modelu dla zadanej metryki, • automatyzacja procesu testowania.

Podczas pracy nad projektem cały czas stosowany jest jeden i ten sam model, zdefiniowany w środowisku graficznym Simulink, do którego dodawane są kolejne szczegóły implementacji. Na każdym etapie można przeprowadzić symulację i sprawdzić działanie nowego pomysłu, a co najważniejsze – wykluczyć potencjalne błędy. Można także sprawdzić, jak badany obiekt zareaguje na nietypowe warunki lub sytuacje awaryjne.

Przetestowanie nowego pomysłu czy idei zajmuje dokładnie tyle czasu, ile potrzeba na wprowadzenie go do śro-

REKLAMA

Testowanie i weryfikacja

44

Środowisko MATLAB&Simulink umożliwia także przeprowadzanie złożonych testów jednostkowych na etapie projektowania poszczególnych komponentów lub testów integracyjnych, po złożeniu komponentów w symulację całego dużego systemu. Pracę na tym etapie ułatwiają narzędzia pochodzące z rozszerzeń: Simulink Verification and Validation, Simulink Design Verifier, SystemTest. Dzięki nim można wykonać takie zadania, jak: • integracja modeli Simulink z formalnie zapisanymi wymaganiami, • automatyczne generowanie szkieletu jarzma testowego (ang. test harness), • badanie pokrycia modelu (ang. model coverage) dla zadanych przypadków testowych,

dowiska Simulink. Wszystkie działania są realizowane bez ponoszenia dodatkowych kosztów, związanych z budową prototypów.

OPROGRAMOWANIE NAUKOWO-TECHNICZNE ul. Oboźna 11 30-011 Kraków www.ont.com.pl

komponenty mechaniczne Automatyka

Układy mechaniczne w ofercie WObit Komponenty mechaniczne stanowią podstawę do budowy maszyn oraz robotów. Firma WObit, świadoma roli, jaką pełnią prowadnice liniowe czy śruby kulowe, proponuje wysokiej jakości technikę liniową w atrakcyjnych cenach.

Jednym z podstawowych elementów maszyn, przeznaczonym do realizacji ruchu wzdłużnego, są prowadnice liniowe. Firma WObit oferuje prowadnice firmy Chieftek Precision (CPC), zarówno w standardowym zakresie wymiarów, jak i miniaturowe, rozpoczynające się już od 2 mm.

Fot. Wobit

Śruba kulowa z nakrętką GTEN

W wózkach prowadnic CPC zastosowano charakterystyczny czterorzędowy system krążenia kulek stalowych w układzie typu O. Ta konstrukcja oraz kontakt kulek pod kątem 45° w stosunku do bieżni powodują, że produkty charakteryzują się dużą nośnością, dużym momentem i dużą sztywnością.

Ponadto w wózkach tej samej wielkości zastosowano większe kulki i większą ich liczbę, co zwiększyło nośność wózków o 10–30 proc. w porównaniu do modeli konkurencji.

Prowadnice są dostępne w pięciu klasach dokładności, poczynając od superprecyzyjnej aż do normalnej.

Mogą być wykonane ze stali Promocja

nierdzewnej, przy czym w przypadku wersji miniaturowych jest to obligatoryjne.

Elementami nieodłącznie związanymi z prowadnicami liniowymi, gwarantującymi bezpieczeństwo, zwłaszcza w układach wieloosiowych czy też aplikacjach pionowych, są zaciski i hamulce. Przy ich doborze niezwykle istotna jest jakość materiałów oraz wykonania, a także zastosowana technologia.

Firma WObit proponuje różnorodne modele zacisków i hamulców niemieckiej firmy Zimmer, działające w technologii manualnej, pneumatycznej, hydraulicznej oraz elektrycznej. Zaciski są dopasowane do wszystkich rodzajów i typów prowadnic dostępnych na rynku marek, a także przygotowane do wszystkich wielkości prowadnic liniowych oraz prętowych. Zastosowanie ich do pozycjonowania osi liniowych

pozwala na osią-gnięcie wysokiej dokładności, a także eliminację luzów, zaś kompaktowa konstrukcja ułatwia instalację, nawet w niewielkich, trudno dostępnych przestrzeniach.

Poza prowadnicami WObit oferuje śruby kulowe firmy GTEN, w większości wykonywane w technologii rolowania. Precyzyjne śruby rolowane są produkowane w klasach dokładności C5

Zacisk pneumatyczny z serii MBPS firmy Zimmer

i C7, w średnicach od 6 mm do 80 mm oraz skoku od 1 mm do 50 mm. Dzięki dużej dokładności i precyzji wykonania rolowane śruby 5. klasy mają lepsze parametry niż śruby innych producentów tej samej klasy, a ich koszt jest znacząco niższy. Do każdej śruby oferowana jest szeroka gama nakrętek, dobieranych w zależności od wymagań danej aplikacji. W celu zapewnienia precyzyjnego i sztywnego prowadzenia WObit proponuje również odpowiednie elementy mocujące, jak bloki łożyskujące. Więcej informacji o układach mechanicznych w ofercie WObit, a także nowym modelu robota SCARA, można znaleźć na stronie www.emechanika.com.

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

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

Prowadnica liniowa CPC z serii ARC

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

45

Automatyka ZARZĄDZANIE PRODUKCJĄ, UTRZYMANIE RUCHU

ne zajmie dokładnie jedną minutę.

Czasy dostawy, które zostały uzgodnione, można odczytać w narzędziu do składania zamówień on-line. Ten sposób zarządzania działaniami związanymi z konserwacją stał się możliwy dzięki nowemu bankowi danych CDM – przejrzystemu, wygodnemu i obniżającemu koszty. CDM – Zarządzanie konserwacją jest składnikiem modułowego systemu CDS stworzonego przez SEW-Eurodrive. Warto zacząć działać już teraz, zanim zostanie się zmuszonym do reagowania!

CDM – Zarządzanie konserwacją

Stworzony przez SEW-Eurodrive system CDM – Zarządzanie konserwacją pomaga ograniczyć przestoje i zwiększyć dostępność operacyjną urządzeń, oferując przejście na nieznany dotąd, nowy poziom dostępności danych i niezawodności.

Od teraz możliwe jest uzyskanie w dowolnym momencie aktualnych informacji o każdym szczególe systemu lub urządzenia – wystarczy tylko spojrzenie na ekran komputera i uzyskuje się nie tylko pełny przegląd całego posiadanego wyposażenia i bieżącego stanu, ale np. wiadomo również, które napędy wymagają natychmiastowej konserwacji, a które były już serwisowane, w jaki sposób i kiedy. Dzięki temu możliwe jest planowanie i urucha-

46

Promocja

mianie we właściwym czasie okresowej konserwacji za pomocą jedynie paru kliknięć myszą.

Dzięki posiadaniu informacji o typie i lokalizacji wszystkich komponentów napędowych, nie jest już konieczne przeciskanie się w wąskich przestrzeniach z latarką w ręku, aby odczytać dane z tabliczki identyfikacyjnej. Zapasy części zamiennych mogą zostać zredukowane, ponieważ zamówienie części, które są pilnie potrzeb-

Korzyści: • dostęp do informacji o wszystkich napędach i falownikach (wg typu, liczby, aktualnego stanu, dostępności), • innowacyjny i wygodny w obsłudze bank danych CDM, umożliwiający zapisywanie, aktualizację, wyszukiwanie i analizę danych, • możliwość optymalizacji czynności konserwacji przy pomocy funkcji

Fot. SEW-Eurodrive

System usług serwisowych dla techniki napędowej

SEW-Eurodrive oferuje: • prowadzenie rejestru napędów i falowników wraz z oceną bieżącego stanu, w tym: – indywidualne badanie (kontrola optyczna), – instruktaż dla wymaganych metod konserwacji/obsługi serwisowej, • budowanie struktur i porównanie dostępnej techniki napędowej, • dostęp on-line do danych napędów i falowników przez internetowy portal DriveGate dostępny pod adresem www.sew-eurodrive.pl, • jednoznaczne oznakowanie napędów i falowników, umożliwiające szybką identyfikację, również na potrzeby linii serwisowej hotline (24/7), • indywidualne wskazówki dotyczące optymalizowania strategii konserwacji dla zainstalowanej techniki napędowej oraz takich kwestii, jak oszczędność energii, monitorowanie bieżącego stanu, optymalizacja zapasów oraz analizy TCO, • realizowanie uzgodnionych czynności konserwacji i obsługi serwisowej.

systemu CDM, takich jak planowanie i podgląd historii konserwacji, • optymalny poziom zapasów, pomagający obniżyć koszty magazynowania oraz funkcja zarządzania zapasami, pozwalająca zidentyfikować nadwyżkowe komponenty oraz z wyprzedzeniem zapewnić dostępność części zamiennych.

Kompletny rejestr techniki napędowej, zainstalowanej i znajdującej się na magazynie oraz przechowywanie wyników w dostępnym on-line banku danych stanowią podstawę systemu CDM – Zarządzanie konserwacją. Centralny rejestr wszystkich danych zapewnia optymalną bazę do właściwej oceny, jakie działania serwisowe i w którym momencie muszą być podjęte.

Informacje o wymaganych czynnościach, jak np. konserwacja lub naprawy, są wyświetlane w banku danych. Daje to użytkownikom możliwość definiowania dla poszczególnych napędów indywidualnych, zrównoważonych scenariuszy serwisowania i reagowania, z uwzględnieniem ich wymagań roboczych.

Oczywiście dane mogą być również przesłane z banku danych CDM bezpośrednio do firmy SEW-Eurodrive, która dopilnuje, aby wszystkie możliwe błędy zostały z wyprzedzeniem zidentyfikowane, w celu ich zminimalizowania. Z bankiem danych mogą być łączone układy realizujące on-line diagnostykę stanu, np. monitorowanie drgań czy kontrolę starzenia się oleju.

Możliwa jest również diagnostyka w trybie off-line.

Rejestr napędów: • centralny rejestr wszystkich danych o napędach zainstalowanych i znajdujących się w magazynie, • ocena bieżącego stanu, • zalecenia odnośnie wymaganych działań serwisowych.

CDM – bank danych: • • • • •

gromadzenie danych, przechowywanie danych, dokumentacja, historia, okresy/terminy konserwacji.

Zarządzanie konserwacją: optymalizacja zapasów, planowanie przeglądów, planowanie konserwacji, doradztwo energetyczne, monitorowanie stanu, opracowania koncepcyjne, np. analizy TCO.

Obsługa serwisowa: • • • •

wykonywanie przeglądów/konserwacji, wymiana zapasów/przestarzałych komponentów, naprawy, dostawy części zamiennych.

REKLAMA

Fot. SEW-Eurodrive

• • • • • •

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

47

Automatyka ZARZĄDZANIE PRODUKCJĄ, UTRZYMANIE RUCHU

Modernizacja: • rozwiązania oferujące oszczędności energii, • remonty, • wymiany, • nowe instalacje, • optymalizacja, • czynności pomocnicze, np. operacje spawalnicze.

Rejestr techniki napędowej polega na kompletnym zapisie danych wszystkich komponentów i ich stanu – również produktów innych producentów.

W razie potrzeby system CDM zaproponuje alternatywny zamiennik oferowany przez SEW-Eurodrive, który jest zgodny pod względem charakterystyk roboczych i pozycji pracy, a wszystko za pomocą jednego kliknięcia myszą.

Dostępność danych od samego początku Aby umożliwić przypisywanie wszystkich danych gromadzonych z systemu, każdy komponent napędowy, motoreduktor czy podzespół elektroniki jest jednoznacznie oznakowany. Każdy komponent jest dostarczany z unikalnym numerem CDM, wykorzystywanym przy rejestrowaniu danych, który jest umieszczony w widocznym i łatwo dostępnym miejscu.

Posługując się tym numerem uzyskuje się dostęp do wielu informacji, począwszy od danych technicznych, aż do najbardziej aktualnego stanu komponentu, wszystko w centralnie zarządzanym banku danych CDM. Teraz można mieć pewność, że dysponuje się właściwymi danymi przy podejmowaniu decyzji, zarówno w godzinach pracy, jak i w weekendy.

CDS – Complete Drive Service: modułowa koncepcja usług Indywidualne i łączone moduły systemu CDS zapewniają zawsze właściwą obsługę serwisową technice napędowej – bez względu na to, kiedy i gdzie jest ona potrzebna. Wystarczy tylko wybrać poszczególne moduły, aby stworzyć dostosowany do potrzeb użytkownika pakiet usług CDS. W ten sposób uzyskuje się właściwe rozwiązanie, pozwalające uniknąć przestojów i ograniczyć do minimum ryzyko awarii – „zielone światło” dla produkcji.

SEW-EURODRIVE Polska Sp. z o.o. ul. Techniczna 5, 92-518 Łódź e-mail: sew@sew-eurodrive.pl www.sew-eurodrive.pl

48

MHz

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

49

Automatyka ZASILANIE

Sprzęgła indukcyjne o szerokim zakresie zastosowań Elastyczna transmisja energii i danych Przesyłanie energii i sygnałów do ruchomych obiektów zawsze stanowi wyzwanie pod względem technologicznym. Często jest niezwykle trudne, a czasami nawet niemożliwe. Nowe systemy sprzęgieł indukcyjnych to rozwiązania, które pozwalają na Rys. 1. Nowa generacja sprzęgieł indukcyjnych BIC

Kable są odporne na stałe naprężenia mechaniczne jedynie przez ograniczony czas. Powoduje to przedwczesne zużycie i prowadzi do niepożądanych przestojów. Styki mechaniczne są zwykle trudne do skonstruowania, a obecność naprężeń powoduje, że konieczne są ich częste wymiany. Nowa generacja sprzęgieł pozwala na transmisję energii i danych w tym samym czasie, a dzięki zastosowaniu odstępu w postaci szczeliny powietrznej jest to realizowane w sposób bezkontaktowy.

Sprzęgła indukcyjne

jednoczesną transmisję danych oraz energii.

rozwiązań. Zwiększył się także znacznie zakres zastosowań, ze względu na to, że sprzęgła indukcyjne dostępne są w wielu różnych wersjach (rys. 1).

Od sprzęgieł przenoszących jedynie energię po kompleksowe rozwiązania IO-Link W najprostszej wersji, w której sprzęgła indukcyjne przenoszą jedynie energię (wersja „tylko energia”), nie pełnią one funkcji transmisji danych. Jednak nawet taka konfiguracja może być wykorzystywana w interesujących zastosowaniach, np. do sterowania zaworami pneuma-

tycznymi zasilanymi prądem 24 V DC o natężeniu w zakresie od 0,5 A do 0,8 A. Sprzęgła tego rodzaju są także przydatne do podtrzymywania funkcji modułów sieciowych w sytuacji, gdy nie są one używane. Ogranicza to czasy inicjacji procesów w wysoce zautomatyzowanych zastosowaniach, w których czas jest niezwykle istotny. Sprzęgła przenoszące jedynie energię mogą także rozwiązać problem zasilania urządzeń w różnego typu systemach bezprzewodowych.

Sprzęgła indukcyjne w wersji przenoszącej energię oraz dane („ener-

Rys. 2. Sprzęgła indukcyjne obsługujące interfejs IO-Link z możliwością podłączenia do 16 czujników do jednego systemu

50

Promocja

Fot. Balluff

Specjalizująca się w sensoryce, systemach RFID oraz rozwiązaniach do sieci przemysłowych firma Balluff opracowała nową generację standardowych sprzęgieł indukcyjnych. Sprzęgła indukcyjne serii BIC w obudowie M30 mają długość jedynie 110 mm i są przystosowane do transmisji energii i danych z zachowaniem 5 mm szczeliny powietrznej.

Stosunek wielkości do wydajności jest dzięki temu niezwykle wysoki, a koszty takich systemów spadły o połowę w porównaniu do wcześniejszych

gia + 8 bitów równolegle”) mogą być wykorzystywane do modernizacji tradycyjnych instalacji. Wszędzie tam, gdzie okablowanie jest poprowadzone przez koncentratory pasywne transmisja danych i mocy może teraz odbywać się bezkontaktowo. Oznacza to znaczny postęp w stosunku do tradycyjnych instalacji kablowych. Tego rodzaju sprzęgła indukcyjne oferują jednak jeszcze więcej możliwości. Za ich pośrednictwem można zrealizować nawet tak złożone zadanie, jakim jest podłączenie do jednego systemu aż 16 czujników w standardzie IO-Link. Dla takich zastosowań opracowano wersję „energia + IO-Link” (rys. 2). Aby ograniczyć okablowanie potrzebne do transmisji równoległej, wprowadzono interfejs IO-Link. W takim rozwiązaniu możliwe jest więc przesyłanie mocy i danych procesowych w standardzie IO-Link z maksymalnie 16 czujników.

Najnowsza wersja sprzęgła indukcyjnego BIC, w obudowie Unicompact 40 × 40 z interfejsem IO-Link, umożliwia przekazywanie energii oraz sygnałów w obu kierunkach. Sprzęgła indukcyjne BIC z punktu widzenia systemu są „niewidoczne” i mogą być szybko włączane pomiędzy masterem IO-Link a urządzeniem, bez konieczności uprzedniego ich parametryzowania. Nowe sprzęgła pozwalają na jednoczesne sterowanie elementami wykonawczymi oraz zbieranie sygnałów z czujników, a zasilanie elementów wykonawczych AUX może być niezależnie wyłączane.

SIECI PRZEMYSŁOWE I POŁĄCZENIA IO-Link – wysokiej wydajności komunikacja przemysłowa Kompleksowe i pewne połączenie czujników, systemów i sieci przemysłowych. Do inteligentnych rozwiązań, wykorzystaj IO-Link.

Ciągła wymiana danych - od poziomu czujników do nadrzędnych systemów sterowania. Zwiększaj wykorzystanie maszyn, podnoś efektywność i oszczędzaj prawdziwe pieniądze.

Instalacja Konfiguracja Diagnostyka

136 I/O Rys. 3. Sprzęgło indukcyjne w chwytaku robota

Zastosowania praktyczne Sprzęgła indukcyjne mogą być także z powodzeniem stosowane w chwytakach robotów (rys. 3).

Czujnik określa, czy element został uchwycony, a następnie stan czujnika jest przesyłany w sposób bezkontaktowy. W przypadku chwytaków często konieczna jest szybka zmiana stanu, realizowana w krótkich odstępach czasu. Użycie systemów BIC pozwala skrócić czasy zmiany narzędzia i ograniczyć do minimum częstość występowania błędów.

Podłączenie za pomocą standardowych przewodów QQ Szybka konfiguracja z poziomu sterowania QQ Spójna diagnostyka QQ

Jednolity interfejs dla większej efektywności

ul. Muchoborska 16, 54-424 Wroclaw www.balluff.com www.leuze.pl

REKLAMA

Fot. Balluff

BALLUFF Sp. z o.o.

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

Telefon +48 71 338 49 29

www.balluff.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

51

Automatyka armatura przemysłowa

Szczelne odcinanie przepływu służą do przemieszczania płynów, np. gromadzenia spływającego płynu w określonych miejscach (zbiornikach), lub rozdziału ze źródeł do różnych odbiorców.

Dystrybucja płynu zazwyczaj jest realizowana rurociągami. Rurociągi, nazywane dalej przewodami, są wykonywane z odpowiednio dobranych materiałów, w zależności od przeznaczenia.

W skali międzynarodowej przyjęto, że parametrami identyfikującymi przewody są: • powierzchnia przekroju – dla rurociągów jest to średnica powierzchni koła nazywana średnicą nominalną DN, • ciśnienie dopuszczalne PN, przy jakim mogą one pracować, • temperatura pracy służąca do korekty PN oraz wyboru rodzaju materiału, dobranego w celu uzyskania odporności na różnego rodzaju narażenia, powodujące powstanie korozji, zmniejszenie wytrzymałości itp.

Armatura przemysłowa umożliwia tworzenie instalacji, służących do różnych, użytecznych zastosowań, np. do przesyłu cieczy, par i gazów oraz do przesyłu nośników energii: gazu, ropy i gorącej wody lub pary do ogrzewania.

Kolejne zastosowania polegają na doprowadzaniu i odprowadzaniu poszczególnych rodzajów płynu, niezbędnych do realizacji procesów chemicznych, doprowadzaniu wody pitnej, odprowadzaniu ścieków. Możliwa jest też cała gama innych aplikacji.

W celu uzyskania redukcji lub koncentracji przepływającego rurociągami

52

Promocja

płynu konieczne było znormalizowanie w skali międzynarodowej zarówno dopuszczalnych wartości parametrów wytwarzanych przewodów, jak i wyrobów armatury przemysłowej. Taka polityka doprowadziła do wytwarzania przewodów i armatury, jako wzajemnie powiązanych zbiorów, obejmujących typoszeregi wielkości DN oraz typoszeregi wartości PN, wykonanych z materiałów, odpornych na różnego rodzaju narażenia. Dostosowano je do eksploatacji w ciężkich warunkach lub do przewidywanego, długiego czasu eksploatacji – są one m.in. niewrażliwe na wysokie lub niskie temperatury, korozję oraz oddziaływanie agresywnych związków i mieszanin chemicznych.

Bez sterowania, ale niskim kosztem Armatura i przewody są przeznaczone do przesyłu oraz dostarczania lub pozbywania się płynu w możliwie jak najprostszy i tani sposób. W związku z tym armatura nie jest ukierunkowana na realizację funkcji regulacyjnych. Mimo że wyroby armatury mogą dławić, a więc zmieniać natężenie strumienia objętości przepływającego płynu, są do tego celu wykorzystywane bardzo rzadko. Zazwyczaj są to tylko niektóre wyroby armatury, np. przepustnice, ale nie zasuwy.

Minimalizacja kosztów przesyłu dotyczy w dużym stopniu strat energii, potrzebnej do przemieszczania płynów.

Energia jest tracona na pokonanie tarcia oraz dławienie i pokonanie lokalnych zaburzeń (strat). Z tego względu zalecane jest stosowanie tych wyrobów, jako pracujących w cyklu „zamknijotwórz”, przy czym przepływ w położeniu „otwórz” nie powinien być dławiony, jeśli nie jest to konieczne. Preferuje stosowanie armatury pełnoprzelotowej, tzn. takiej, w której DN wyrobu jest równe wartości DN rurociągu.

Szczelność zaworów kulowych Armatura przemysłowa umożliwia konfigurowanie sieci przewodów w instalacje realizujące procesy przetwórcze (przemysł spożywczy, procesy chemiczne itp.) oraz przesył płynów w różnej postaci, np. płynu jako nośnika energii,

gorącej wody, pary, gazu, mieszanin oraz ich przesyłu w postaci cieczy.

W ramach instalacji kojarzony jest przesył różnego rodzaju materiałów oraz płynów, które nie powinny się ze sobą łączyć. W związku z tym niezbędna jest ich szczelna separacja od siebie, co w powiązaniu z koniecznością szczelnego zamykania zbiorników lub komór oraz odcinania przepływu powoduje, że armatura musi to zapewniać.

Wieloletnie doświadczenia wykazały, że uzyskanie tanim kosztem szczelności zamknięcia klasy A, wg norm PN-EN 12266-1 i PN-EN IEC 60534-4 dla klasy VI, przyjętej w normach jako szczelne zamknięcie, jest możliwe tylko wtedy, gdy gniazdo zawieradła wykonane jest z nakładką elastyczną. Uzyskuje się to zwykle przez zwulkanizowanie – naniesienie warstwy elastomeru na metalowym gnieździe korpusu.

Rodzaje uszczelnień Uszczelnienia metal-na-metal są obecnie stosowane w rozwiązaniach zaworów iglicowych, przeznaczonych do pracy przy wysokim ciśnieniu lub w przypadku wykonań ognioodpornych. Jednak ze względu na konieczność bardzo dokładnego spasowania zawieradła z gniazdem, ich wytworzenie jest drogie.

Opracowanie i wdrożenie do produkcji oraz zastosowań kurków kulowych, nazywanych często zaworami kulowymi, było przełomem w zapewnieniu szczelności zamknięcia, odcięcia przepływu oraz separacji przez wyroby armatury. Przełom nastąpił nie tylko dzięki wprowadzeniu nowych metod szczelnego zamykania – odcinania przepływu, ale również dzięki wprowadzeniu nowego rodzaju tworzyw stosowanych na uszczelnienia, stało się to na skutek opanowania innowacyjnych technologii ich wytwarzania oraz wzajemnego kojarzenia.

Wprowadzenie również innowacyjnych rozwiązań konstrukcji kurków kulowych zaowocowało możliwością wykonywania kurków przystosowanych do charakteru pracy ich elementów składowych. Okazało się, że można dobrać

Fot. Fabryka Armatur JAFAR

Wyroby armatury przemysłowej

Przykłady kurków oferowanych przez Fabrykę Armatur JAFAR (opis na s. 58) Rodzaj kurka kulowego

Widok

Przekrój

Kołnierzowy pełnoprzelotowy 5110

Do wspawania pełnoprzelotowy 5111

Z króćcami PE pełnoprzelotowy do gazu 5113

Fot. Fabryka Armatur JAFAR

Kołnierzowy pełnoprzelotowy 5120

Do wspawania pełnoprzelotowy 5121

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

53

Automatyka armatura przemysłowa

Rodzaj kurka kulowego

Widok

Przekrój

Kołnierzowy pełnoprzelotowy 5210

Kołnierzowy pełnoprzelotowy 5220

Kołnierzowy z zaniżonym przelotem 5320

Do wspawania z zaniżonym przelotem 5321

54

kurka nowe, innowacyjne opracowania cechuje stosowanie nie takich samych uszczelnień do zapewnienia szczelności odcinania przepływu przez kulę, a uszczelnień używanych np. dla trzpienia napędu. Do uszczelnień trzpienia napędu stosowane są zazwyczaj elastomery, a do uszczelnień kuli – tworzywa. Obecnie preferowanymi tworzywami są tarflen, grafit oraz ich mieszaniny.

Szczególne znaczenie dla uszczelnienia kurków mają tworzywa samosmarne.

Materiały samosmarne W wielu urządzeniach technicznych występuje ruch elementów względem siebie (obrotowy, posuwisto-zwrotny).

Towarzyszy mu zjawisko tarcia, które przeciwstawia się ruchowi i powoduje powierzchniowe zużywanie się

Fot. Fabryka Armatur JAFAR

taki sposób kompletacji kurków z elementów wykonanych z różnych materiałów, by wzajemna ich interakcja dała najlepszy efekt. Dopiero opracowanie nowych uszczelnień i powiązanie ich z rozwiązaniami poszczególnych detali dało pozytywny, zbliżony do zakładanego, efekt.

Należy zwrócić uwagę, że w zależności od charakteru pracy zespołów

elementów współpracujących ze sobą.

Efektem końcowym jest wzrost zapotrzebowania energetycznego na podtrzymanie ruchu oraz obniżenie żywotności urządzenia. Można zapobiec tym niepożądanym efektom przez wprowadzenie w obszar tarcia czynnika smarującego, np. wprowadzając za pomocą układu smarującego olej lub smar stały.

Jak wynika z badań, niektóre materiały mają one taką budowę krystalograficzną, która sprawia, że podczas ruchu mają niskie wartości współczynnika tarcia, bez udziału czynnika smarującego.

Materiały takie określa się często nazwą materiałów samosmarnych. Do takich tworzyw należy wspomniany wcześniej tarflen (PTFE) i grafit oraz kompozycje materiałowe z ich udziałem (wytworzone na ich osnowie).

Dla wielu zastosowań technicznych, z uwagi na występujące trudne warunki pracy – takie jak wysoki nacisk jednostkowy, podwyższona prędkość względna ruchu i wyższa temperatura – wyroby z materiałów podstawowych (czysty tarflen, grafit) mają za małą odporność na zużycie ścierne. Ograniczenie zjawiska ścieralności tych wyrobów jest możliwe do osiągnięcia przez tworzenie kompozycji będących mieszaniną materiału podstawowego z udziałem wypełniaczy. W kompozycji na osnowie czystego tarflenu (PTFE) wypełniacze mają postać proszkową i wprowadza się je na etapie przygotowywania tłoczywa, z którego w następnym procesie technologicznym prasuje się półprodukty lub wyroby. W zależności od warunków pracy gotowego elementu z tworzywa kompozytowego, tak dobiera się rodzaj i ilość wypełniaczy, aby jak najefektywniej wykorzystać ich dodatnie cechy jakościowe.

Fot. Fabryka Armatur JAFAR

Surowce, kompozycje, nazwy Do najważniejszych surowców, wykorzystywanych jako wypełniacze w produkcji tworzyw kompozytowych na osnowie tarflenu, należą sproszkowany grafit (naturalny i sztuczny) węgiel uszlachetniony, włókno szklane, proszki metali: brązu, mosiądzu, antymonu, niklu, dwusiarczek molibdenu, tlenki niektórych metali, np. alund, biel cynkowa i tytanowa itp., a także specjalnie preparowane wypełniacze. Wymienione surowce nie wyczerpują możliwości budowania tworzyw kompozytowych z udziałem jeszcze innych wypełniaczy.

Możliwości w tym względzie są bardzo szerokie, w związku z tym tworzywa nazywane tak samo przez różnych

wytwórców mogą różnić się między sobą co do wartości parametrów. Najciekawsze kompozycje stanowią pilnie strzeżoną tajemnicę technologiczną wytwórców tych tworzyw.

Cechą wspólną uszczelnień z tworzyw jest to, że są chemicznie odporne na działanie wszystkich nieutleniających się substancji chemicznych. Mają dużą wytrzymałość mechaniczną na ściskanie, w tym również w wysokich temperaturach, odporność na nagłe zmiany temperatury (szoki termiczne), niską rozszerzalność termiczną, samosmarność związaną z heksagonalną budową krystalograficzną i niski współczynnik tarcia. Są też bardzo dobrym przewodnikiem ciepła i prądu.

Polski producent, firma ZPP Materspec s.c. zaleca np. dla uszczelnień kul kurków tworzywo T7WGD. Tworzywo to jest rekomendowane dla kurków pracujących przy ciśnieniach do 2,5 MPa i temperaturze nieprzekraczającej 230 °C.

do przekroczenia granicy plastyczności. W omawianych uszczelnień, po ich ochłodzeniu następuje strata wstępnego napięcia montażowego, co prowadzi do utraty szczelności.

Kurek kulowy kompensacyjny W rozwiązaniu tym wstępny docisk, zapewniający szczelność nawet przy niskich ciśnieniach, jest zapewniony przez sprężyny dociskające uszczelkę/uszczelki kuli. W tym przypadku wzrost rozszerzalności objętościowej jest kompensowany ugięciem sprężyn, w związku z czym kurki kompensacyjne nie dopuszczają do nadmiernego wzrostu ciśnienia w przestrzeni między korpusem i kulą, podczas pracy z czynnikiem o widocznej rozszerzalności objętościowej.

Należy zwrócić uwagę na to, że połączenie tego rozwiązania z kulą pływającą, przez dociskanie podparcia sprężynami, eliminuje skutecznie wpływ naprężeń wywołanych zmianami temperatury.

Nowe rozwiązania kurków Pełne możliwości wykorzystania zalet stosowania kurków kulowych ujawniają się w głównej mierze przy równoczesnym stosowaniu nowych materiałów oraz innowacyjnych rozwiązań ukierunkowanych na konkretne wykorzystania, w ściśle określonych dziedzinach. Za przykład może służyć zastosowanie kurków w gazownictwie lub ciepłownictwie.

Dla ilustracji podano sposoby uszczelnień, pozwalających spełnić różne wymagania dla zapewnienia szczelności połączeń korpus-kula. Rozróżnia się rozwiązania: • kurek kulowy z kulą pływającą, • kurek kulowy kompensacyjny, • kurek kulowy z kulą ujarzmioną, • kurki z zabezpieczeniem antystatycznym, • kurki z zabezpieczeniem ogniowym.

Kurek kulowy z kulą pływającą W tym rozwiązaniu kula mocowana jest tylko od góry, co powoduje odchylanie kuli wzdłuż osi zaworu w kierunku zgodnym z kierunkiem działania ciśnienia i ściskanie uszczelnienia z jednej strony.

Niezbędne jest zapewnienie takiego wstępnego zacisku między kulą i uszczelkami, by zagwarantować szczelność przy działaniu niskich ciśnień do 0,5 MPa. Rozwiązanie to w przypadku przepływu cieczy o dużym współczynniku rozszerzalności objętościowej (oleje, alkohole) jest wrażliwe na oddziaływanie termiczne, które może doprowadzić

Kurek kulowy z kulą ujarzmioną W tym rozwiązaniu wstępny zacisk pełnią uszczelki z obu stron kuli, które są źródłem siły uszczelniającej. Są one osadzone w przesuwnych obsadach podpartych sprężynami. W tym przypadku efektywność uszczelnienia rośnie wraz ze wzrostem ciśnienia.

Rozwiązanie to nie dopuszcza do powstania nadmiernego ciśnienia, w tym ciśnienia spowodowanego wpływem naprężeń termicznych płynu o dużym współczynniku rozszerzalności objętościowej. Szczelność przy niskich ciśnieniach zapewniają sprężyny dociskające uszczelki z obu stron kuli.

Kurki z zabezpieczeniem antystatycznym Na skutek tarcia spowodowanego przepływem płynu może pojawić się ładunek elektryczny między odizolowaną uszczelkami z tworzyw metalową kulą a korpusem. Połączenie kuli z kadłubem przewodem o małym oporze elektrycznym zapobiega gromadzeniu się ładunków. Zabezpieczenie to jest bardzo istotne dla kurków stosowanych w przetwórstwie i przesyle ropy i gazu, materiałów łatwopalnych i wybuchowych. W związku z tym, po montażu na obiekcie, powinna być sprawdzona ciągłość uziemienia. Sprawdzona oporność elektryczna między kulą i korpusem nie powinna przekraczać 10 Ω, przy zasilaniu ze źródła prądu stałego o napięciu nieprzekraczającym 12 V.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

55

Automatyka armatura przemysłowa

Kurki z zabezpieczeniem ogniowym Istota rozwiązania takich kurków oparta jest na opracowaniu i kompletacji elementów uszczelniających ognioodpornych. W przypadku kurków są to elementy metalowe oraz grafitowe.

Rozwiązanie ognioodporne zakłada zastosowanie uszczelnień metalowych lub grafitowych z uszczelnieniami z PTFE. Po wypaleniu uszczelnień z tworzyw lub uszczelnień z elastomerów docisk jest realizowany tylko przez uszczelnienie grafitowe lub metalowe, dociskane sprężynami do kuli. Kurki z zabezpieczeniem ogniowym produkowane są jako wykonania specjalne.

Efektywność działania uszczelnień Dystrybucja kurków kulowych odbywa się w skali globalnej. Towarzyszy temu potrzeba magazynowania i transportu, w tym transportu morskiego. Czynnikiem ograniczającym możliwość taniego wykonania niektórych detali kurków, w tym korpusu, jest korozja. Rozwiązania polegające na zastosowaniu materiałów odpornych na działanie korozji albo zastosowanie powłok antykorozyjnych nie jest w pełni skuteczne i tanie.

Nie ma obecnie uniwersalnego taniego rozwiązania tego problemu.

Sprawa korozji jest o tyle istotna, że powoduje ona m.in. konieczność stosowania całych pakietów uszczelniających dla kuli kurka. Zazwyczaj powstaniu korozji towarzyszy w stadium początkowym powstanie pyłu, który zmieszany z zanieczyszczeniami w płynie wypełnia instalacje, tworząc nalot mikroskopijnych mikroelementów o twardych i ostrych krawędziach. Niszczą one przy obrocie gładkość powierzchni kuli kurka. By utrzymać niski współczynnik tarcia tworzy się pakiet uszczelnień wzbogacony o zgarniacz osadzonych na powierzchni kuli zanieczyszczeń.

Rozwiązanie to skutecznie chroni gładkość powierzchni kuli i gładkość uszczelek. Zgarniacz jest zazwyczaj wykonany z utwardzonych tworzyw PTFE/e albo z metalu, np. typu X20Cr13 lub X10CrNi 18-8.

Stwierdzono, że dla każdego rodzaju omówionych uszczelnień wskazana jest współpraca uszczelnienia z elementem przesłaniającym (np. kulą), która odbywa się w sposób elastyczny, nie jako oddziaływanie twardego odcisku zeskrobującego, ale zgarniacza.

Służą do tego uszczelnienia mieszane. Są to zazwyczaj pakiety z uszczelnień twardych, np. metalowych,

56

między którymi znajduje się uszczelnienie miękkie. Rozwiązanie metal/ metal z wkładką miękką jest drogie, ze względu na koszt wykonania uszczelnienia metal/metal.

Należy zwrócić uwagę, że osadzenie się zanieczyszczeń i pochodnych korozji oraz jakość wykonania kuli i uszczelnień decyduje o wartości momentu otwarcia. Należy stwierdzić, że narzucenie wymagań odnośnie wartości momentu otwarcia kurka w określonej wysokości ma sens, jeśli ustalone są (najlepiej normatywnie) wymagania dla przepływającego rodzaju płynu. Najbardziej wyszukane rozwiązanie oraz doskonałe wykonanie z idealnie dobranymi materiałami nie uchroni przed dominującym efektem przypadkowego oddziaływania zanieczyszczeń.

Badania ogniowe i normalna eksploatacja Interesujące są wyniki badań ogniowych, których celem było sprawdzenie szczelności kurka, po próbie ogniowej polegającej na utrzymaniu kurka przez 30 minut w temperaturze 650 °C. Wyniki badań pokazują, że w polskich warunkach możliwe jest wytworzenie wersji ognioodpornej, ale należy zwrócić szczególną uwagę na dobór odpowiednich materiałów. Dotyczy to w szczególności: • sprężyn dociskających, które nie traciłyby swych właściwości sprężystych na skutek wygrzania w temperaturze 650 °C, • alternatywne dobranie uszczelnienia z innego materiału niż wykonanego z grafitu lub z grafitu o większej porowatości.

Sprawdzenia kurków w trakcie trwania normalnej eksploatacji wykazały: • właściwe, niezmienne w czasie, dobre i szczelne zamykanie kurka, jeśli zapewniono odpowiednią szczelność przez poprawne i jednolite przyleganie uszczelki miękkiej oraz uszczelki metalowej do powierzchni kuli, • występowanie niestabilnej pracy, powodującej pojawianie się nieszczelności, co było spowodowane zbyt mało sprężystym dociskiem uszczelnienia miękkiego lub złej jego geometrii; jeśli medium jest zanieczyszczone, a jego pozostałości uniemożliwiają kontakt uszczelki metalowej z kulą, następuje wtedy utrata szczelności.

• występowanie częściowej szczelności, jaką zgrubnie zapewnia tylko uszczelnienie metalowe; ten przypadek występuje wtedy, gdy

uszczelnienie miękkie będzie zbyt podatne lub odkształci się plastycznie i nie wysunie się ze swojego siedliska.

Pracę kurka z pełną szczelnością zamknięcia najmniejszym kosztem zapewnia uszczelnienie miękkie. Warto zaznaczyć, że temperatura jest uzależniona od wzrostu ciśnienia medium. Przy wyższej temperaturze stosuje się kurki kulowe z uszczelnieniem metal/metal.

Konstrukcje zaworów kulowych Specyfika zaworów kulowych wynika nie tylko z zastosowanych w nich uszczelnień, ale też z samej konstrukcji i zasady działania. Kurki kulowe służą do szybkiego odcinania przepływu medium przez przesterowanie zawieradła o kąt 90°. Organ odcinający stanowi przewiercona na wylot kula. Rozróżnia się kurki z pełnym i zredukowanym przelotem. W przypadku kurków o pełnym przelocie, średnica otworu w kuli jest taka sama, jak średnica wewnętrzna rurociągu. Pozwala to na przelocie średnicy kuli osiągnąć niskie opory przepływu przez kurek.

Istnieją kurki z kulą pływającą, kulą z kompensacją oraz kulą ujarzmioną.

Kurki kulowe mogą być stosowane do płynów w postaci cieczy, gazu oraz par i ich mieszanin.

Zalety i wady kurków kulowych Kurki kulowe, w porównaniu z tradycyjną armaturą, mają wiele zalet: • zapewniona jest wysoka szczelność, • mają małe wymiary i masę w porównaniu z innymi wyrobami armatury, • umożliwiają stosowanie systemu monitoringu rurociągów, • pozwalają na szybkie otwieranie i zamykanie, • mogą być wielodrogowe, co obniża liczbę niezbędnych zaworów w instalacji, • są oferowane w dużej liczbie dostępnych rozwiązań, • do ich wysterowania potrzebny jest mniejszy moment niż dla zasuw, • umożliwiają uzyskanie wysokich wartości współczynnika KVS. Do wad omawianych kurków należy zaliczyć: • ograniczoną możliwość zastosowania jako armatury regulacyjnej, • powodowanie przez cząsteczki w zanieczyszczonych mediach ścierania kuli oraz uszczelnień i powstawania nieszczelności, • stosunkowo skomplikowana budowa w przypadku zaworów o większych średnicach.

Kurki kulowe są bardzo niezawodne, dużo bardziej odporne na przecieki niż zasuwy. Mogą być projektowane dla bardzo wysokich ciśnień. Pełne otwarcie i zamknięcie wymaga wykonania obrotu jedynie o kąt 90°. Kiedy dźwignia kurka skierowana jest wzdłuż rury – kurek jest otwarty, kiedy w poprzek – zamknięty, co powoduje, że dźwignia jest równocześnie wskaźnikiem otwarcia/zamknięcia.

Kurki kulowe są słabymi regulatorami przepływu. Zwykle stosuje się je w zadaniach, w których wymagane jest pełne otwarcie albo pełne zamknięcie.

Kurki kulowe są intensywnie stosowane w przemyśle, gdyż mogą pracować przy ciśnieniu do 1000 bar i temperaturze nawet powyżej 230 °C. Są proste w obsłudze, zarówno dla serwisu, jak i podczas napraw.

Korpusy kurków kulowych wykonywane są z metalu, tworzyw sztucznych lub metali pokrytych wewnątrz ceramiką albo tworzywami, chroniącymi przed skutkami agresywnego oddziaływania przepływających płynów.

Rodzaje kurków kulowych Występuje pięć podstawowych rodzajów korpusów zaworów: • pojedynczy, • trójczęściowy, • dzielony, • z wejściem od góry, • spawany.

Różnica między nimi polega na sposobie produkcji i montażu, a nie na zasadzie działania. Dodatkowo występują różne sposoby wykonania otworu w kuli: • pełnoprzelotowa – średnica otworu kuli jest jednakowa na całej długości

• •

•

•

i pokrywa się z średnicą rurociągu; przepływ nie jest dławiony, ale zawór jest większy i droższy, ze zredukowaną średnicą, V-kula lub gniazdo w kształcie litery V. Pozwala ono otwierać lub zamykać kurek w kontrolowany sposób i uzyskiwać charakterystykę przepływu zbliżoną do liniowej. Gdy kurek jest w pozycji zamkniętej, otwieranie rozpoczyna się od węższej części litery V. Ten typ kurka wymaga mocniejszej konstrukcji z powodu wyższych prędkości przepływu. Zastosowanie tego typu kuli może służyć do budowy kurków wykorzystywanych jako zawory regulacyjne, ale nie będą one tak dokładne, jak np. regulatory ciśnienia, kompaktowa – pełnoprzelotowa kula, umieszczona między dwoma kołnierzami, co sprawia, że długość zabudowy jest mniejsza, bezszczelinowy – w wielu gałęziach przemysłu pojawia się problem z resztkami materiałów osadzającymi się wewnątrz zaworu. Jeśli płyn ma być konsumowany przez ludzi, resztki te mogą zagrażać zdrowiu. Ich pojawianie się związane jest z tym, że w pozycji półotwartej występuje szczelina między uszczelnieniem i kulą, i płyn dostaje się między kulę a korpus. Aby temu zapobiec, uszczelnienia wykonuje się w taki sposób, aby zawsze stykały się z powierzchnią kuli.

Mocowanie kuli w kurku • Występuje kilka typów mocowania kuli w kurku: • w kurku z czopem kula mocowana jest od góry i od spodu, co jest

korzystne zwłaszcza przy wyższych ciśnieniach, • w kurku z pływającą kulą, kula jest mocowana tylko od góry, co powoduje odchylanie kuli wzdłuż osi zaworu, w kierunku zgodnym z kierunkiem działania ciśnienia i ściskanie uszczelnienia z jednej strony.

Ponadto kurki mogą być stosowane do rozdziału przepływu z jednego przewodu do kilku. Realizowane jest to przez kurki kulowe trój- i czterodrogowe.

Rys. 1. Kurki trój- i czterodrogowe, wykorzystywane do rozdziału przepływu z jednego przewodu do kilku

Kurki trójdrogowe mają otwór w kuli, poprowadzony w kształcie litery L lub T. Różne kombinacje przepływu przedstawiono na rys. 1. Łatwo zauważyć, że kula T może połączyć każdą parę otworów w korpusie albo wszystkie trzy, ale położenie 45°, które może rozłączyć wszystkie otwory, nie pozostawia marginesu błędu. W kuli L można połączyć środkowy otwór z jednym z bocznych, ale nie ma możliwości połączenia bocznych otworów ze sobą.

Kurki czterodrogowe – lub więcej drogowe – są również dostępne. Wejście jest w nich często umieszczone prostopadle

REKLAMA

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

57

Automatyka armatura przemysłowa

do wyjść. W specjalnych zastosowaniach, np. w silnikach pneumatycznych pracujących w dwóch kierunkach, obsługa jest wykonywana przez obracanie pojedynczej dźwigni. Taki kurek ma kulę z dwoma otworami o przebiegu litery L.

Nowe serie kurków Fabryki Armatur JAFAR W celu rozszerzenia i uzupełnienia istniejącej już oferty dla segmentów gazowniczego, paliwowego i ciepłowniczego zarząd Fabryki Armatur JAFAR, w pierwszej połowie 2013 r., podjął decyzję o wdrożeniu do produkcji szerokiej gamy kurków kulowych. Po głębszej, przeprowadzonej przez dział handlowy, analizie rynku oraz na podstawie dotychczasowych, wieloletnich doświadczeń w branży, a także możliwości technicznych i technologicznych firmy, zdecydowano o wdrożeniu trzech serii kurków kulowych, stalowych, wykonywanych w technologii spawanej.

Seria 51XX Pierwsza z serii nowych kurków to seria 51XX. Zakres dostępnych w niej średnic wynosi od DN15 do DN200, maksymalne ciśnienie do PS40, a zakres temperatury pracy od –30 °C do +160 °C. Są to kurki pełnoprzelotowe, z kulą pływającą, korpusem tłoczonym, cało-spawanym, dostępne w długiej zabudowie. Mają miękkie uszczelnienie PTFE+C, przyłącza kołnierzowe, do wspawania, z końcówkami z PE oraz kombinacje powyższych. Wyposażone są w napęd ręczny, mechaniczny, elektryczny lub pneumatyczny. Przeznaczone do instalacji transportujących płyny grupy 1 i 2 (zgodnie z definicjami z rozdziału 2 § 13 Rozporządzenia Ministra Gospodarki, Dziennik Ustaw nr 263 z dnia 21.12.2005 r.). W przyszłości na bazie tej konstrukcji zostanie opracowana dokumentacja i wdrożone do produkcji kurki trójdrogowe oraz kurki z płaszczem grzewczym.

Seria 52X0 Druga seria obejmuje zakres średnic od DN32 do DN125, maksymalne ciśnienie do PN40 i zakres temperatury pracy od –30 °C do +160 °C. Są to kurki w krótkiej zabudowie, pełnoprzelotowe, z kulą pływającą, z korpusem spawanym, rozbieralnym, co umożliwia naprawę lub regenerację kurka. Mają uszczelnienie miękkie PTFE+C i przyłącze kołnierzowe. Jest także możliwość stosowania różnego rodzaju napędów. Przeznaczone są dla płynów grupy 1 i 2, tak jak w przypadku serii 51XX.

58

Seria 532X Trzecia seria obejmuje zakres średnic od DN15 do DN300, maksymalne ciśnienie do PS40 i zakres temperatury pracy od 0 °C do +160 °C. Kurki w długiej zabudowie, ze zredukowanym przelotem, kulą pływającą do DN200 i kulą jarzmioną do DN300. Mają korpus tłoczony, cało-spawany. Uszczelnienie miękkie PTFE+C, a przyłącza kołnierzowe i do wspawania. Możliwość zastosowania różnego rodzaju napędów.

Kurek adresowany do instalacji ciepłowniczych – płyny grupy 2.

Konstrukcje rozwojowe Wśród wymienionych typów najbardziej rozwojowa i uniwersalna jest konstrukcja kurka serii 51XX. Bazą tego kurka jest korpus tłoczony ze stali węglowej lub kwasoodpornej, kula wykonana ze stali kwasoodpornej oraz organ sterujący (trzpień) wykonany ze stali nierdzewnej i poddany, dla zwiększenia wytrzymałości, obróbce cieplnej. Zespół uszczelnień kuli składa się z pierścieni teflonowych, osadzonych w precyzyjnie wykonanych oprawach i dociskany do kuli grupą sprężyn w celu zapewnienia odpowiedniego nacisku uszczelki do kuli. Tego typu rozwiązanie, zwane potocznie kompensacją, spełnia dodatkowe, ważne funkcje.

Kompensuje rozszerzenia liniowe korpusu, wynikające z różnicy temperatury (teoretycznie, w zakresie od –30 °C do +160 °C). W pewnym niewielkim stopniu kompensuje też rozszerzenia liniowe krótkich odcinków rurociągu oraz spełnia funkcje zaworu bezpieczeństwa, zabezpieczając zamkniętą przestrzeń między korpusem a kulą przed nadmiernym, niepożądanym wzrostem ciśnienia. Ciśnienie to może pojawić się w instalacji zewnętrznej, gdzie występują duże różnice temperatury, wynikające z warunków atmosferycznych i gdzie płyn charakteryzuje się dużą rozszerzalnością objętościową.

Na tej bazie budowane są kurki kołnierzowe, kurki z końcówkami do wspawania, kurki z końcówkami z PE, a także wariacje wcześniej wymienionych.

Z jednej strony kurka znajduje się przykładowo przyłącze do wspawania, a z drugiej przyłącze z końcówką PE, co pozwala eliminować dodatkowe przejścia z rur stalowych na rury PE. Bardzo istotną cechą tej konstrukcji jest możliwość produkcji kurków o różnej długości zabudowy, zgodnie z wymaganiami norm innych niż EN. Kurki te mogą być stosowane w instalacjach podziemnych i wtedy sterowanie nimi odbywa

się z powierzchni gruntu, przez trzpień w specjalnej obudowie – kolumnie.

Plany na przyszłość W przyszłości, na bazie tej konstrukcji, zostaną opracowane kurki kulowe ogrzewane (z płaszczem grzewczym) dla mediów zastygających w temperaturze pokojowej, takich jak np. asfalty, parafiny, czekolada. Oferta zostanie wzbogacona także o kurki trójdrogowe.

W skrajnym przypadku istnieje możliwość wyprodukowania kurka trójdrogowego ogrzewanego.

Jak widać, możliwości zastosowania tych kurków są bardzo szerokie, poczynając od wody lodowej, wody gorącej, pary, przez gaz ziemny, paliwa węglowodorowe ciekłe i gazowe, asfalty, parafiny, a kończąc na wspomnianej już czekoladzie.

Prace rozpoczęto od opracowania dokumentacji technicznej i technologicznej na wszystkie średnice w/w kurków i uruchomiono produkcję kurków serii 532X w pełnym zakresie średnic, a także 52X0, o średnicach od DN50 do DN100, i pozostałe średnice z serii 52X0. Kurki serii 51XX będą wdrażane do produkcji pod koniec 2013 r., aby rozpocząć rok 2014 z jak najszerszym asortymentem. Uruchomione zostały także prace nad przygotowaniem dokumentacji dla kurków kołnierzowych krótkich, o średnicach od DN15 do DN32. W następnych etapach rozwoju kurków kulowych uwaga będzie skupiana na powiększeniu kurków do średnic DN500, zwiększeniu ciśnienia do PS160 i temperatury do 250 °C. Producent zamierza też stosować do budowy kurków takie materiały, jak: stal kwasoodporną i uszczelnienie metal/metal.

Wdrożenie kurków kulowych w Fabryce Armatur JAFAR SA, a szczególnie opracowanie technologii ich wytwarzania było możliwe dzięki dofinansowaniu przez Centrum Innowacji NOT w ramach projektu celowego nr ROW -III-296/2012 „Opracowanie i wdrożenie do produkcji kurków kulowych”.

W artykule wykorzystano materiały źródłowe wytwórców kurków oraz wytwórców komponentów do ich budowy.

prof. nzw. dr inż. Tadeusz Gałązka Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP tel. 22 874 03 36 mgr inż. Mieczysław Nowak Fabryka Armatur JAFAR SA tel. 13 442 10 72

CZUJNIKI I SYSTEMY POMIAROWE Pomiary

Jedynie producenci wiedzą, jak istotny wpływ na produkcję materiałów z tworzyw sztucznych mają niezawodne i dokładne pomiary temperatury.

Firma Guenther produkuje czujniki temperatury od ponad 45 lat, ma więc doświadczenie i technologię, pozwalającą na produkcję czujników dla procesów wytwarzania tworzyw sztucznych.

Czujniki te gwarantują optymalne dopasowanie do danego procesu oraz długotrwałą żywotność.

Fot. Guenther

Pomiar temperatury w przemyśle tworzyw sztucznych Stabilizacja procesów termicznych jest ważna nie tylko w pracy wtryskarek czy wytłaczarek, ale odnosi się również do kanałów grzewczych, form oraz oprzyrządowania.

Czujniki z przyłączem bagnetowym są polecane do pomiarów temperatury do 400 °C, głównie w przemyśle tworzyw sztucznych, w blokach maszyn i urządzeń, urządzeniach do pomiaru temperatury łożysk oraz w odlewniach metali kolorowych. Ze względu na okrągłą formę końcówki pomiarowej czujnika są one przystosowane do montażu w otworach płaskich lub stożkowych. Czujniki są wyposażone w sprężynę ze stali kwasoodpornej, która pozwala dobrać odpowiednią głębokość zabudowy i siłę docisku w miejscu montażu oraz przeciwdziała załamaniom przewodu. Przyłącza bagnetowe mają standardowe średnice wewnętrzne (12,3 mm oraz 15,3 mm).

Produkowane termopary – do wyboru typ J, K, L lub T – charakteryzują się wysoką dokładnością (klasa 1 wg PN-EN 60584-1) i są wykonane ze spoiną izolowaną lub nieizolowaną, zgodnie z życzeniami klientów. W czujnikach oporowych montowanym elementem pomiarowym jest Pt 100 (klasa dokładności B). Możliwe są też wykonania specjalne, np. z innymi sensorami bądź izolowane ceramicznie, w celu uniknięcia zakłóceń sygnału (wysoka rezystancja izolacji).

Termopary płaszczowe są używane wszędzie tam, gdzie niezbędne są dokładne i szybkie pomiary temperatury nawet do 1300 °C. Zasadniczą część termopar Promocja

płaszczowych stanowią wewnętrzne druty termoparowe oraz metalowy płaszcz, najczęściej wykonany z Inconel 600. Dwa wewnętrzne druty, zespawane ze sobą na końcu, tworzą spoinę pomiarową, zazwyczaj izolowaną powłoką ceramiczną (tlenek glinu). Możliwe jest również wykonywanie ze spoiną przyspawaną do płaszcza. Zewnętrzna średnica jest zależna od struktury technicznej oraz przeznaczenia i oscyluje w granicach od 0,5 mm do 8,0 mm.

Znaczna przewaga termopar płaszczowych nad standardowymi termoparami wynika z ich zwartej konstrukcji.

Cechują je: • małe wymiary i wysoka elastyczność pomiarów w trudno dostępnych miejscach, • krótki czas reakcji przy szybkich zmianach temperatury, • wysoka odporność na uszkodzenia mechaniczne, • stabilniejsza izolacja elektryczna niż w przypadku termopar z izolacją ceramiczną.

W ofercie firmy Guenther są czujniki kablowe – zarówno oporowe z gilzą metalową, jak i termoparowe, a także przylgowe do pomiaru temperatury dysz. Firma oferuje ponadto czujniki głowicowe, przewody termoparowe i przyłączeniowe oraz szeroki wybór akcesoriów pomiarowych dostępnych z magazynu (gniazda bagnetowe, wtyczki, gniazda standardowe i mini itp.).

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

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

59

Pomiary CZUJNIKI I SYSTEMY POMIAROWE

Mierniki stężenia CO2 Część II

miesięcznika „Pomiary Automatyka Robotyka”, poruszony został problem wentylacji we współczesnych budynkach biurowych, gdzie okna nie mają klamek, więc prawidłowa wentylacja ma szczególnie istotne znaczenie.

Dziś przybliżamy możliwości kontrolowania warunków pracy w zakresie stężenia CO2.

Miernik stężenia CO2 LB-852B

Ministerstwo Pracy opracowało rozporządzenie, które wymusza na pracodawcy zapewnienie wszystkim pracownikom odpowiednich warunków pracy, w tym zapewnienie respektowania maksymalnych nieprzekraczalnych stężeń CO2, które mogą występować na ich stanowiskach pracy (Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Społecznej z dnia 29 listopada 2002 r. w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy, Dz.U. 2002 nr 217 poz. 1833).

Co to oznacza dla przeciętnego pracownika? To, że istnieje przepis nadrzędny w stosunku do regulaminu obowiązującego w ich korporacji i niewywiązanie się pracodawcy z zapisów tego rozporządzenia może doprowadzić do wymierzenia mu kary, a dodatkowo

60

Promocja

wypłaty odszkodowania na rzecz pracownika, który w wyniku przebywania w nieodpowiednich warunkach dozna uszczerbku zdrowia, a już na pewno sądowego procesu, w którym to pracodawca musi udowodnić, że przestrzegał tego rozporządzenia. Pracownik ma więc w ręku dość poważne narzędzie w sporze o jakość powietrza w miejscu pracy.

Co to oznacza dla przeciętnego pracodawcy, w tym przypadku dla zarządu korporacji? To, że dla świętego spokoju powinien kontrolować warunki pracy swoich pracowników w zakresie dopuszczalnego stężenia CO2 i w razie potrzeby wykazać, iż odgórne zalecenia były spełnione.

Co to oznacza dla rozumnego pracodawcy, któremu zależy i na zdrowiu swoich pracowników, i na ekonomii

przedsięwzięcia? Mądry pracodawca nie tylko wprowadzi monitoring stężenia CO2 w swoim zakładzie pracy, ale również powiąże aktualne stężenie tego szkodliwego gazu ze swoim systemem wentylacyjnym. Takie działanie spowoduje, iż jego wentylacja będzie działała optymalnie, tzn. będzie pracowała z minimalną wydajnością, gdy stężenie CO2 w wentylowanych pomieszczeniach będzie niskie, a jej wydajność będzie rosła wraz ze wzrostem stężenia. Przecież nie zawsze istnieje potrzeba zapewnienia najwyższej wydajności systemu, co wiąże się ze wspomnianymi wcześniej kosztami. Mniej osób w pomieszczeniu, ponieważ akurat cała załoga poszła na lunch, to mniejsza emisja CO2 w biurze, mniej bezproduktywnego pompowania powietrza przez wentylację, mniejsze koszty eksploatacji systemu, ogrzewania/chłodzenia.

A co to oznacza dla rozumnego pracodawcy, który dodatkowo ceni swój czas i nie chce go tracić na zajmowanie się rzeczami, o których często nie ma większego pojęcia (kompletacja sprzętu pomiarowego, automatyki sterującej wentylacją, dokumentowanie stężeń CO2 panujących w pomieszczeniach, martwienie się o wiarygodność wykonywanych pomiarów)? Taki pracodawca zwraca się o kompleksowe rozwiązanie problemu do firmy, która produkuje mierniki stężenia CO2, rejestratory stężenia, regulatory i która wzorcuje produkowane przez siebie produkty. Zwraca się więc do firmy, która oferuje cały system monitoringu i sterowania stężeniem CO2, a na życzenie również innych parametrów klimatu. Firmą spełniającą te kryteria jest LAB-EL.

Kompleksowa oferta LAB-EL produkuje szereg mierników stężenia CO2 (LB-850A, LB-852, LB-853, LB-854, LB-856, LB-857), które wykonują również dodatkowe zadania, jak: rejestracja stężenia, sterowanie wentylacją (przekaźniki, wyjścia napięciowe, prądowe, cyfrowe), współpraca w sieci Ethernet. Pomiary przeprowadzane za pomocą przyrządów

Fot. LAB-EL Elektronika Laboratoryjna

W pierwszej części artykułu, zamieszczonej w październikowym numerze

firmy LAB-EL charakteryzują się wysoką dokładnością mało zmienną w czasie, gdyż wykorzystują nowoczesną i dokładną metodę optyczną NDIR (ang. Non-Dispersive Infrared, metoda bezrozproszeniowa strumienia podczerwieni). Na życzenie klienta wystawiane są świadectwa wzorcowania, potwierdzające jakość pomiaru każdego urządzenia.

W celu podniesienia jakości świadczonych usług w Laboratorium Wzorcującym LAB-EL rozpoczął się proces uzyskania akredytacji PCA w zakresie wzorcowania mierników stężenia CO2.

Laboratorium dysponuje już akredytacjami na wzorcowanie temperatury, wilgotności i ciśnienia i z powodzeniem od lat wystawia akredytowane świadectwa wzorcowania dla termohigrometrów i ciśnieniomierzy.

CO2 naprawdę zabija

Na zakończenie chciałbym przypomnieć, ku przestrodze wszystkim, że dwutlenek węgla NAPRAWDĘ ZABIJA i nie ma z nim żartów. W odpowiednich warunkach CO2 potrafi być równie toksyczny, jak okryty złą sławą tlenek węgla CO. Za transport tlenu do

wszystkich komórek naszego ciała odpowiedzialna jest hemoglobina. Hemoglobina ma taką właściwość, że wiąże się w płucach z tlenem zawartym we wdychanym powietrzu, a potem wraz z krwią transportuje go do spragnionych tlenu komórek naszego ciała. Niestety, jeżeli w wdychanym powietrzu występuje zbyt dużo tlenku węgla, hemoglobina łączy się z nim dużo chętniej niż z tlenem, co zatruwa organizm. W normalnych warunkach hemoglobina łączy się z dwutlenkiem węgla niechętnie i jeśli ma do wyboru tlen i CO2, to wybierze tlen. Jednak jeśli atmosfera jest uboga w tlen, a stężenie CO2 jest wysokie, wówczas hemoglobina, której nie pozostawiliśmy innego wyboru, łączy się z CO2, co prowadzi do zatrucia porównywalnego z zatruciem tlenkiem węgla.

Takie tragiczne sytuacje mają niestety miejsce np. w przechowalnictwie owoców (np. jabłek), gdzie w szczelnych magazynach przechowuje się owoce w atmosferze o obniżonej zawartości tlenu i podwyższonym stężeniu CO2.

Do wypadków dochodzi w sytuacji, gdy pracownik wchodzi do magazynu, bez odpowiednich środków ochrony osobistej, bo – jak mu się wydaje – tylko na

Miernik stężenia CO2 LB-854

chwilę, by coś przynieść, bo czegoś zapomniał lub z podobnych przyczyn. Jeśli już musimy zrobić coś takiego, choć tego nie polecam, to musimy to zrobić na jednym wdechu (powietrze nabieramy oczywiście na zewnątrz magazynu).

Kilka oddechów w takiej przechowalni powoduje utratę świadomości, a dłuższe przebywanie nieprzytomnego poszkodowanego kończy się śmiercią.

I takim oto niewesołym akcentem pozwoliłem sobie zakończyć mój wywód, a osoby zainteresowane tą tematyką zapraszam do zapoznania się z ofertą mierników CO2 znajdującą się stronie: http://www.label.pl/po/ix.mgas.html.

Dariusz Grobel LAB-EL Elektronika Laboratoryjna

REKLAMA

Urządzenia i systemy do monitorowania parametrów klimatu oraz sterowania procesami przemysłowymi

Fot. LAB-EL Elektronika Laboratoryjna

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 11/2013

61

rynek i technologie NAPĘDY ELEKTRYCZNE

Silniki skokowe – niezawodne i dokładne Zawsze, gdy najważniejszym wymaganiem w ruchu efektora jest precyzja, pierwszym odruchem inżyniera, bez względu na specjalizację czy doświadczenie, jest sięgnięcie po silnik skokowy.

Nie bez powodu – mimo pewnych wad i nietypowego sterowania, silniki te mają unikalną zdolność do precyzyjnej kontroli prędkości i pozycji.

Precyzja silników skokowych wynika z faktu, iż – pomijając przypadek utraty synchronizacji, o czym będzie mowa w dalszej części artykułu – wirnik silnika obraca się o kąt ściśle zależny tylko i wyłącznie od liczby podanych impulsów sterujących. Silnik musi więc obrócić się o taki kąt, jaki zada mu sterownik, z dokładnością do jednego skoku. Pozwala to precyzyjnie ustalać pozycję, nawet bez układu sprzężenia zwrotnego. Analogicznie – przy pracy ciągłej silnika prędkość obrotowa jest ściśle zależna od częstotliwości impulsów sterujących.

Sama znajomość liczby skoków na jeden obrót pozwala na względnie dobre utrzymanie stałej i precyzyjnej prędkości obrotowej. Ponadto odwrócenie kierunku obrotu silnika wymaga tylko odwrócenia sekwencji taktów.

Cechą najbardziej istotną w zastosowaniach wymagających dużej dostępności i niezawodności jest komutacja bezszczotkowa, polegająca na elektronicznym przełączaniu uzwojeń silnika za pomocą elementów półprzewodnikowych, dzięki której zużycie mechaniczne ogranicza się do zużycia łożysk.

Oczywiście nie ma napędów idealnych. Silniki skokowe, w przeciwieństwie do innych rozwiązań, wymagają sterownika elektronicznego, co zwiększa początkowe koszty wdrożenia. Ta wada jest jednak niwelowana przez długofalowe korzyści, wynikające z mniejszej zawodności i zbędności zabiegów konserwujących związanych z komutacją szczotkową. Kolejnym problemem jest niewielka dostępność na rynku silników tego typu o dużych mocach. Jest to częściowo związane z koniecznością zapewnienia elektronicznego układu sterującego zdolnego do przełączania dużych mocy. Ponadto przy niskich prędkościach i obciążeniach silniki te wprowadzają spore drgania, co – oprócz oczywistych konsekwencji mechanicznych dla całego urządzenia – jest też źródłem hałasu. Na polskim rynku silniki skokowe wciąż pozostają dużo droższe od silników indukcyjnych o podobnej mocy.

Tab. 1. Przegląd skrajnych parametrów dostępnych w ofertach znaczących polskich dystrybutorów

Wymiary

Moc

Prędkość obrotowa nominalna

Moment nominalny

Masa

Multiprojekt

od 28 mm

do 1,5 kW

do 24 000 rpm*

brak danych

od 110 g

do

Eldar

od 20 mm

b.d.

do 3000 rpm

do 75 Nm

od 50 g

do

B&R

od 55 mm

do 17,8 kW

do 6000 rpm

85 Nm

od 190 g

do

Festo

od 34 mm

do 4,8 kW

do 10300 rpm

do 20,05 Nm

od 720 g**

do

Bibus Menos

od 40 mm

do 19,5 kW

do 8000 rpm

do 93 Nm

od 350 g

* prędkość maksymalna, niezalecana w pracy ciągłej; ** razem ze sterownikiem i wspólną obudową

62

Tem

Rys. 1. Cztery kolejne spośród ośmiu taktów silnika czteropasmowego, dwubiegunowego o komutacji niesymetrycznej

Komutacja elektroniczna Bezszczotkowa komutacja jest możliwa dzięki odwróceniu konstrukcji znanej z klasycznych silników – energetyzowane uzwojenie znajduje się na stojanie, zamiast na wirniku. Dzięki temu nie zachodzi potrzeba przekazania prądu na wirnik. Pasma uzwojenia mogą być załączane sekwencyjnie w różnych konfiguracjach (zwanych taktami), zapewniając wirujący strumień magnetyczny. Ponieważ komutacja jest realizowana za pomocą elementów półprzewodnikowych, nie występuje tu zużycie mechaniczne obecne w komutacji szczotkowej. Ponadto unika się strat energetycznych typowych dla komutacji szczotkowej, np. iskrzenia, dzięki czemu sprawność tej metody komutacji jest wyższa.

Rozróżnia się komutację symetryczną, gdzie w każdym takcie wzbudzana jest taka sama liczba pasm uzwojenia stojana, a także niesymetryczną, gdzie liczba wzbudzanych pasm zależy od taktu. Celem komutacji niesymetrycznej

Temperatura

Stopień ochrony

Kąt pełnego skoku

do 80 °C

brak danych

brak danych

do 50 °C

IP65

brak danych

do 55 °C

IP65

1,8°

do 40 °C

IP65

1,8°

b.d.

IP67

brak danych

Rys. 2. Cyklogramy strumieni magnetycznych i wykresy napięć faz dla sterowania niesymetrycznego i symetrycznego

jest zazwyczaj proste wprowadzenie dodatkowych półskoków.

Typy silników skokowych Nieczęsto widywany w przemyśle silnik reluktancyjny ma wirnik z materiału miękkiego magnetycznie, o ukształtowanych fizycznie biegunach przypominających zęby. Stworzenie strumienia magnetycznego przez zenergetyzowane pasmo uzwojenia powoduje powstanie momentu reluktancyjnego, który wciąga najbliższy ząb wirnika w środek strumienia, tworząc dla strumienia drogę o najmniejszej reluktancji magnetycznej. Ze względu na mniejszą liczbę biegunów wirnika w porównaniu z liczbą biegunów stojana, niemożliwe jest jednoczesne zrównanie położenia wszystkich biegunów, więc wirujący wektor strumienia magnetycznego „ciągnie” za sobą zęby wirnika. Ten typ silnika sprawdza się szczególnie w precyzyjnych systemach pozycjonujących, gdyż umożliwia uzyskanie bardzo małych skoków, mniejszych od jednego stopnia kątowego. Ponadto zastąpienie magnesów

trwałych stalowym laminatem znacząco obniża koszty materiałowe. Niestety, prądy wirowe w laminacie oraz histereza magnetyczna powodują straty, które są powodem niższej sprawności niż w przypadku silnika o magnesach stałych. Stąd też brak tych silników w zastosowaniach przemysłowych – dążenie do jak największej sprawności energetycznej jest już nie tylko uzasadnionym ekonomicznie trendem biznesowym, ale koniecznością wynikającą z regulacji unijnych.

Silnik o magnesach stałych wykorzystuje interakcję pól magnetycznych ze stałych magnesów wirnika oraz pasm uzwojenia stojana – następuje zrównanie biegunów o przeciwnych zwrotach pól. Silniki te są droższe ze względu na koszt magnesów (np. neodymowych), lecz zapewniają lepszą sprawność, co pozwoliło na ich upowszechnienie w instalacjach przemysłowych.

Obecnie dominującym rozwiązaniem jest budowa hybrydowa, wykorzystująca zarówno zębaty wirnik reluktancyjny, jak i magnesy stałe.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

63

rynek i technologie NAPĘDY ELEKTRYCZNE

Tab. 2. Porównanie szeregu silników skokowych podobnej klasy

Bibus Menos

B&R

Eldar

AKM 12C

80MPD1.300S000-01

Fastech BM-42XL

Wymiary [mm]

40 × 40 × 88,6

56 × 56 × 45

42 × 42 × 59

Biegunowość

brak danych

dwubiegunowy

dwubiegunowy

Prędkość obrotowa [rpm]

4000/8000**

1500*

do 3000 rpm

Moment nominalny [mNm]

300/280**

750

600

Masa [g]

490

520

500

Temperatura pracy

brak danych

–20…+40 °C

0…+55 °C

Stopień ochrony

IP67

IP30

brak danych

Kąt pełnego skoku

brak danych

1,8°

brak danych

Napięcie zasilania [V]

do 230

do 80

24

Moment trzymający [mNm]

b.d.

1100

750

* największa ujęta w charakterystyce, brak danych dot. maksymalnej; ** w zależności od napięcia

Połączenie w nim zalet obu rozwiązań okazuje się być warte wyższej ceny.

Topologie uzwojenia Najpopularniejszymi silnikami skokowymi w zastosowaniach nie stawiających ścisłych wymagań w kwestii płynności ruchu oraz generowanych wibracji są silniki dwufazowe. Są prostsze w sterowaniu i tańsze w produkcji od silników wielofazowych. Silniki skokowe dzielimy dodatkowo na:

64

• Silniki jednobiegunowe, w których każda z faz ma dwa pasma połączone wspólnym wyprowadzeniem środkowym. Sterowniki dla tej konfiguracji są prostsze i tańsze, ale mają mniejszą sprawność.

W tej konfiguracji biegun może zostać odwrócony bez zmiany kierunku przepływu prądu, więc najprostszy układ sterujący może składać się jedynie z mikrokontrolera i jednego tranzystora na każde pasmo.

• Silniki dwubiegunowe, w których dwa przeciwległe pasma są połączone szeregowo. W tym przypadku konieczne jest wymuszanie przepływu prądu przez pasma w obu kierunkach, więc stosowana jest bardziej złożona konfiguracja sterownika, zazwyczaj topologia zwana mostkiem H. Ta topologia umożliwia osiąganie wyższych momentów obrotowych dzięki silniejszemu strumieniowi magnetycznemu.

Multiprojekt

EMMS-ST-42

SM42HT60-1206A

42 × 42 × 66,5

42 × 42 × 60

brak danych

jednobiegunowy

1740

brak danych

500

brak danych

360

500

–10…+50 °C

–20…+50 °C

IP54

b.d.

1,8°

1,8°

48

7,2

500

640

Silniki wielofazowe mają uzwojenie, którego pasma są połączone w trzy i więcej faz. Ze względu na zapewniane mniejsze tętnienia momentu są one znacznie częściej stosowane w aplikacjach, w których płynność ruchu ma duże znaczenie.

Półskoki i mikroskoki Jedną z metod zapewnienia zarówno większej liczby taktów w cyklu (a co za tym idzie większej rozdzielczości pozycjonowania), jak i płynniejszej

pracy jest stosowanie półskoków.

Polega ono na energetyzowaniu nie tylko całych faz oddzielnie, ale także kombinacji faz jednocześnie, co zapewnia dodatkowe takty między taktami osiągalnymi wyłącznie przy indywidualnej energetyzacji faz. Półskoki mogą być wykonywane z pełnym napięciem – takim samym, jak w przypadku zwykłego skoku. Jest to tzw. sterowanie niesymetryczne, którego wadą jest większe natężenie strumienia magnetycznego

REKLAMA

Festo

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

65

rynek i technologie NAPĘDY ELEKTRYCZNE

pochodzącego z dwóch faz. Alternatywą, przy tzw. sterowaniu symetrycznym, jest realizowanie półskoku nieco mniejszymi napięciami, co daje strumień magnetyczny o natężeniu zbliżonym do strumienia pochodzącego tylko z jednej fazy. Rys. 2. ilustruje sterowanie niesymetryczne oraz symetryczne.

Dalsze wydzielanie pośrednich taktów, będących kombinacjami strumieni magnetycznych z dwóch faz, pozwala zrealizować technikę zwaną sterowaniem mikroskokowym. W tym trybie sterowania napięcia na fazach są ustalane na więcej dyskretnych wartości, układających się w kształt sinusoidy. Takie przebiegi dla obu faz są przesunięte względem siebie o 90° i zapewniają, że w każdym takcie strumień obraca się o odpowiedni kąt, o jaki obracałby się przy sterowaniu klasycznym. Jednocześnie następuje podział skoków na więcej mniejszych skoków, stąd też określenie mikroskoki. W miarę zmniejszania wielkości skoku następuje coraz płynniejsza praca silnika i redukcja drgań, jednak nie jest możliwe zwiększanie w nieskończoność rozdzielczości pozycjonowania. Dla mikroskoków o wielkości 1/10 pełnego skoku jest typowe, że rozmiar kątowy poszczególnych mikroskoków może się różnić o 3–5 proc.

Pętla sterowania W wielu zastosowaniach, dzięki ścisłej zależności między obrotem a liczbą zadanych taktów, praktyczna może okazać się praca w pętli otwartej, bez żadnego sprzężenia zwrotnego. Ta sytuacja ma miejsce przede wszystkim w zastosowaniach, w których istotne jest wyłącznie zadanie wyznaczonej prędkości obrotowej silnika. Chociaż sprzężenie zwrotne może w takich układach dać informację o przeciążeniu silnika, umożliwiając np. awaryjne wyłączenie napędu, to w pewnych wdrożeniach nawet to nie jest potrzebne, dzięki czemu możliwe jest sięgnięcie po korzyści stosowania pętli otwartej, jakimi są mniejsze gabaryty napędu bez czujników pozycji, a także mniej skomplikowana budowa układu sterowania. We wdrożeniach wymagających pewnego i precyzyjnego pozycjonowania, takich jak obrabiarki numeryczne, informacja o zgubieniu skoku jest krytyczna dla zapewnienia niezbędnej funkcjonalności. W związku z tym nieuniknione jest użycie sprzężenia zwrotnego jako źródła pewnej

66

informacji o pozycji, umożliwiającej korekcję sygnału sterującego w przypadku zgubienia skoku, a także dostęp do niezawodnej informacji o pozycji, nawet po obróceniu zatrzymanego napędu przez czynniki zewnętrzne.

Najczęściej stosowanym rozwiązaniem są wbudowane czujniki Halla, jednak wszędzie tam, gdzie potrzebna jest absolutna lub bardziej precyzyjna informacja o pozycji, stosowane są enkodery absolutne, instalowane na wirniku. Ponadto w niektórych przypadkach możliwe jest wykorzystanie informacji o występującej sile przeciwelek-

drganie tłumione wirnika wokół pozycji końcowej. Tu też pojawia się zagrożenie wystąpienia rezonansu. Jeśli kolejne przełączenia będą pojawiać się w niewłaściwej fazie drgań, to ich amplituda będzie rosnąć, aż przekroczy wartość jednego skoku i w efekcie nastąpi desynchronizacja oraz zgubienie skoku. Ponadto drgania te są źródłem dodatkowego hałasu. Większe obciążenie silnika powoduje zwiększenie tłumienia drgań tego typu, a więc i obniżenie maksymalnej częstotliwości pracy quasistatycznej.

Rys. 3. Moment rozruchowy wyznaczony na charakterystyce

tromotorycznej (ang. back-EMF, back electromotive force), jednak zastosowanie tej metody jest marginalne ze względu na dużą zależność siły back-EMF od szeregu warunków eksploatacyjnych oraz potrzebę wykorzystania bardzo złożonych układów elektronicznych do wyliczenia użytecznych informacji o pozycji ze zmierzonej siły.

Tryby pracy silnika Pod względem kinematyki ruchu wyróżnia się cztery tryby pracy silnika skokowego: • Praca statyczna ma miejsce, gdy nie następuje zmiana sygnału sterującego (a więc i taktu), a prądy w pasmach uzwojenia stojana są ustalone. Wirnik pozostaje zatrzymany.

• Praca dynamiczna występuje w stanach przejściowych, czyli podczas rozruchu silnika, hamowania, czy też po zmianie częstotliwości sterującej pracą ciągłą.

• Praca quasi-statyczna (przerywana) występuje, gdy sygnał sterujący ma na tyle niewielką częstotliwość, że skok zostaje ukończony przed zadaniem kolejnego taktu. Po osiągnięciu kolejnego skoku występuje

• Praca kinematyczna (ciągła) występuje po przekroczeniu częstotliwości maksymalnej dla pracy quasi-statycznej. Szybkość zmian taktu nie pozwala już na rozwinięcie drgań, które są tłumione coraz mocniej wraz ze wzrostem częstotliwości sterującej. Silnik zaczyna zachowywać się jak silnik synchroniczny.

Istnieje jednak maksymalna częstotliwość (zwana częstotliwością graniczną), po osiągnięciu której wirnik nie nadąża już z obrotem za zmianami zadawanego przez sterownik taktu. Częstotliwość graniczna maleje w miarę przyrostu obciążenia.

Bardzo bliskimi krewnymi pozycjonujących silników skokowych są silniki bezszczotkowe prądu stałego (ang.

BLDC, Brushless Direct Current). Ten podtyp silnika zazwyczaj posiada konstrukcję opartą na magnesach stałych, bez zębów reluktancyjnych oraz z uzwojeniem wielofazowym (zazwyczaj trójfazowym). Taki wariant konstrukcyjny pozwala na dużą sprawność ciągłej pracy obrotowej (kinematycznej) i wymaga prostego układu sterowania. Znaczącą wadą w stosunku do silników skokowych pozycjonujących o budowie

hybrydowej jest niemożność sterowania położeniem w małych skokach.

Tłumienie drgań Jeśli drgania występujące przy pracy quasi-statycznej nie są akceptowalne dla danego wdrożenia, można je wytłumić dodatkowym tłumikiem wykorzystującym bezwładność wirujących elementów, tarcie wewnętrzne cieczy lub prądy wirowe. Oczywiście metody te dodatkowo obciążają silnik, więc wymagają pewnego marginesu dodatkowej mocy traconej na tłumiku. By tego uniknąć, a także ze względu na chęć ograniczenia kosztów i gabarytów, często sięga się po elektryczne metody tłumienia drgań, czyli np. wspomniane techniki wprowadzania dodatkowych półskoków czy mikroskoków. Przy pracy kinematycznej prędkość obrotowa i moment obciążający w oczywisty sposób stanowią sprzeczne wymagania, ograniczone mocą silnika.

Momenty silnika skokowego O maksymalnym obciążeniu, jakie można pozycjonować, decyduje moment rozruchowy, czyli maksymalny moment, przy którym jest możliwe wykonanie

pojedynczego skoku. Moment ten występuje na przecięciu charakterystyk statycznych sąsiednich taktów. Dlatego właśnie silniki o większej liczbie biegunów i/lub faz mają niemal stały moment – większa bliskość przebiegów poszczególnych taktów w czasie powoduje mniejszy spadek momentu między taktami. Sterowanie z półtaktami lub mikrotaktami również zmniejsza tętnienia momentu.

Z kolei zdolność silnika do pozostania w spoczynku przy obciążeniu obracającym opisuje moment trzymający – według definicji jest to moment, przy którym wychylenie wirnika wynosi jeden pełny takt.

Podsumowanie Proliferacja wdrożeń silników skokowych pozycjonujących i BLDC w przemyśle doprowadziła do rozpowszechnienia tych urządzeń wśród producentów urządzeń dla przemysłu. Zarówno za granicą, jak i w Polsce oferta silników tego typu jest bogata i pozwala dobrać napęd do niemal każdych wymagań. W tab. 1 uwzględniono skrajne parametry asortymentu szeregu firm, zaś w tab. 2 porównano silniki tej samej

klasy. Zróżnicowane są także różne dodatkowe aspekty konstrukcyjne – wiele firm oferuje te same silniki w odmiennych wariantach, różniących się np. rodzajem wyprowadzeń elektrycznych, obecnością zintegrowanego napędu, długością i zakończeniem wałka wirnika, obecnością zintegrowanych czujników położenia czy rodzajem punktów montażowych. W tym ostatnim aspekcie najpopularniejszym rozwiązaniem dla zastosowań przemysłowych od dawna pozostaje mocowanie kołnierzowe.

Szeroka jest również gama przemysłowych sterowników do silników skokowych, zarówno pozwalających na różne sposoby sterowania, jak i o różnych mocach maksymalnych i nominalnych napięciach wyjściowych. Zarówno silniki, jak i sterowniki często są dostępne w wersjach zapewniających wysokie stopnie ochrony IP. Ze względu na niezawodność i szerokie możliwości stale wypierają silniki z komutacją szczotkową w wielu zastosowaniach – od przemysłu po urządzenia konsumenckie.

Kamil Domański Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

REKLAMA

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

67

rynek i technologie napędy elektryczne

Ezi-SERVO-PR – napędy sterowane przez sieć Fot. 1. Serwonapędy Fastech

pętli sprzężenia zwrotnego, która zapewnia doskonałą powtarzalność pozycjonowania. Daje ona jednocześnie gwarancję niezgubienia kroku przez silnik, nawet przy nagłych zmianach obciążenia. Algorytm programowego tłumienia wibracji gwarantuje wysoką kulturę pracy silnika.

Dużą popularność wśród użytkowników zdobył wbudowany pozycjoner, z pamięcią 256 wierszy, zorganizowaną Tab. 1. Wejścia cyfrowe, programowalne

Nazwa sygnału

IN 1

IN 2

IN 3

IN 4

IN 5

IN 6

IN 7

IN 8

IN 9

Funkcja

Ustawienie aktualnej pozycji wału silnika (Clear Pos) Numer początkowego wiersza, 8 wejść: PT A0 – PT A7 (8 bitów – maks. 256 wierszy) Start programu wg tabeli pozycji (PT Start)

Tab. 2. Wyjścia cyfrowe, programowalne

Nazwa sygnału

Funkcja

Najazd ręczny + (Jog+)

OUT 1

Najazd ręczny – (Jog -)

OUT 2

W pozycji (Inposition) Alarm (Alarm) W ruchu (Moving) Przyspieszanie/zwalnianie (Acc/Dec) Realizacja programu wg tabeli pozycji (ACK) Ukończenie programu wg tabeli pozycji (END) Rodzaj alarmu (Alarm Blink) Bazowanie zakończone (Org Search OK) Napęd gotowy do pracy (Servo Ready) 3 wyjścia programowalne dla każdego wiersza tabeli oddzielnie: PT OUT 0 – PT OUT 2 Hamulec (Brake)

Miękki STOP (Stop)

Kasowanie alarmu (Alarm Reset)

OUT 3

Włącz napęd (Servo ON) Pauza (Pause)

OUT 4

Bazowanie (Origin Search)

OUT 5

Uczenie (Teaching)

OUT 6

Awaryjny STOP (E-Stop) Numer wiersza docelowego przy skoku w obrębie tabeli: JPT IN 0 ÷ JPT IN 2 Wykonaj skok: JPT Start

68

w postaci tabeli pozycji. Programując kolejne sekwencje napędu za pomocą bezpłatnego oprogramowania narzędziowego Ezi-MOTION Plus-R, należy podać m.in. pozycję zadaną, prędkość, przyspieszenie, liczbę powtórzeń lub numer wiersza, który ma być wykonywany jako następny. Te i pozostałe parametry ruchu, podawane w każdej linii tabeli pozycji, umożliwiają samodzielną pracę napędu, bez konieczności stosowania nadrzędnego systemu sterowania.

Promocja

OUT 7 OUT 8 OUT 9

Sterowanie w trybie ciągłym Największe możliwości daje sterowanie napędem w trybie ciągłym poprzez łącze szeregowe RS-485. Oprócz wszystkich funkcjonalności dostępnych z poziomu oprogramowania Ezi-MOTION Plus-R (łącznie z możliwością tworzenia, usuwania i edycji tabeli pozycji), dodatkowo można zmieniać parametry ruchu „w locie”, natomiast funkcja jednoczesnego wydawania rozkazu całej grupie napędów (maksymalnie 16) umożliwia interpolację liniową przez RS-485. Komendy przesyłane są do napędu w postaci znaków ASCII. Ramka rozkazu składa się z elementów stałych, takich jak: nagłówek i koniec ramki oraz z części zmiennej, zawierającej adres napędu, typ rozkazu wraz z parametrami oraz sumę kontrolną. Producent napędów udostępnia również biblioteki DLL, które umożliwiają stworzenie aplikacji w języku C++.

W pamięci FLASH sterownika zapisane są domyślne wartości parametrów opisujących ruch, dynamikę napędu, metody bazowania oraz inne stałe parametry – np. logika wejść i wyjść.

Wszystkie można oczywiście odczytywać oraz edytować poprzez RS-485.

Zadawanie pozycji może odbywać się względem ustalonego punktu bazowego (tryb absolutny), za pomocą rozkazów z grupy „ABS”, lub względem aktualnej pozycji napędu o określoną wartość (tryb lokalny), za pomocą rozkazów z grupy „INC”. W obu tych trybach istnieje możliwość zmiany pozycji zadanej i prędkości, z jaką ma być realizowany najazd, nawet podczas trwania ruchu.

Dodatkowe funkcje Na szczególną uwagę zasługuje funkcja kontroli momentu na wale silnika. Korzystając z niej użytkownik musi zdefiniować alternatywne do normalnego trybu pracy parametry ruchu (procentowa wartość momentu znamionowego, pozycja docelowa oraz prędkość obrotowa).

Fot. Eldar

Koreańskie serwonapędy krokowe Ezi-SERVO Plus-R pracują w zamkniętej

Fot. 2. Bramki sieciowe Fastech

Fot. Eldar

wała wprowadzeniem do oferty firmy bramek komunikacyjnych. Obecnie Fastech wspiera standardy: CC-Link, DeviceNet, Profibus oraz EtherCAT. Marka Ezi-SERVO już na dobre zakorzeniła się w świadomości fachowców z branży. Klienci doceniają wysoką niezawodność, bogate możliwości oraz fakt, że oferowane produkty są nieustannie rozwijane. Dodatkowym, bardzo istotnym atutem firmy są krótkie terminy realizacji dostaw.

Wprowadzenie funkcji kontroli momentu otworzyło przed napędami firmy Fastech zupełnie nowe obszary zastosowań w aplikacjach takich jak: dokręcanie, zakręcanie czy dociskanie z określoną, stałą siłą (np. w przemyśle spożywczym lub farmaceutycznym).

Umożliwia ona również bardzo wygodne bazowanie napędu, bez konieczności stosowania dodatkowych czujników.

W napędach Ezi-SERVO Plus-R, oprócz trzech dedykowanych na stałe wejść i jednego wyjścia, do dyspozy-

cji jest dziewięć wejść i dziewięć wyjść programowalnych. Dedykowane wejścia są przeznaczone do podłączenia dwóch wyłączników krańcowych (Limit+ i Limit-) oraz czujnika pozycji bazowej (Origin), natomiast niewykorzystywane obecnie wyjście zarezerwowano na przyszłość. Pozostałym wejściom i wyjściom można przypisać jedną z funkcji przedstawionych w tab. 1 i 2.

Widoczne obecnie w przemyśle tendencja do coraz szerszego stosowania interfejsów sieciowych, poskutko-

PPHU ELDAR ul. Morcinka 51, 45-531 Opole tel. 77 442 04 04, 77 453 22 59 e-mail: eldar@eldar.biz www.eldar.biz, www.fastech.pl

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

REKLAMA

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

69

rynek i technologie NAPĘDY ELEKTRYCZNE

Nowe przemienniki częstotliwości PowerXL firmy EATON Wśród nich dostępne są urządzenia dwóch serii o zróżnicowanej funkcjonalności i przeznaczeniu.

Seria DC1 zawiera kompaktowe przemienniki o podstawowej funkcjonalności przeznaczone do sterowania silnikami w pompach, wentylatorach, transporterach. Seria DA1 to zaawansowane przemienniki, przeznaczone do pracy w aplikacjach z dużymi przeciążeniami, umożliwiające sterowanie prędkością lub momentem. Urządzenia tej serii się powinny być stosowane w tak wymagających aplikacjach, jak urządzenia dźwigowe, suwnicowe itp.

Seria DC1 Przemienniki serii DC1 (rys. 1) realizują sterowanie silnikiem z użyciem

Rys. 1. Przemienniki serii DC1

70

Promocja

metody U/f. Poza podbiciem momentu rozruchowego dostępne jest również ustawienie kompensacji poślizgu. Seria DC1 dysponuje przeciążalnością 150 % przez 60 s oraz prądem rozruchowym do 175 % przez 2 s.

Parametry te są zachowane przy temperaturze otoczenia do +50 °C. Co więcej, montaż kilku przemienników obok siebie nie wymaga zachowania odstępu między nimi.

Integracja DC1 z nadrzędnymi układami automatyki jest możliwa dzięki wbudowanym protokołom CANopen oraz Modbus RTU. Obydwa protokoły dostępne są na jednym złączu komuni-

kacyjnym RJ-45. Opcjonalnie, dla serii DC1, można zastosować moduł sieci SmartWire-DT zakładany na przemiennik (rys. 2) Zastosowanie SmartWireDT eliminuje konwencjonalne przewody sterujące. Polecenia sterujące oraz dane diagnostyczne są przesyłane pomiędzy przemiennikiem a sterownikiem centralnym. Przemiennik może być również parametryzowany po sieci. Przemienniki po sieci SmartWireDT są sterowane za pośrednictwem 8- lub 16-bitowego profilu zbliżonego do profilu Profidrive. To sprawia, że dostępny jest pełen zakres funkcji takich jak przesłanie wartości zadanej, polecenia start/stop i automatyczne uruchomienie po wystąpieniu komunikatu błędu. Parametry przemiennika oraz aktualne wartości (np.: prądu, częstotliwości), niezależnie od wybranego profilu, mogą być odczytywane i zapisywane w dowolnej chwili za pośrednictwem transmisji acyklicznej.

Parametryzacja i diagnostyka napę-

Rys. 2. Przemiennik DC1 z modułem SmartWire-DT

Fot. Eaton

Firma Eaton Electric wprowadziła do oferty przemienniki rodziny PowerXL.

sce sterowania, sprzętową konfigurację wejść i wyjść oraz nastawy regulatora PI.

Seria DA1 Przemienniki wektorowe DA1 (rys. 3) należą do urządzeń, które dzięki wbudowanym funkcjonalnościom mają szerokie zastosowanie w różnych aplikacjach, także tych najbardziej wymagających. DA1 oferują sterowanie wektorowe w pętli otwartej lub zamkniętej oraz przeciążalność prądową 150 % z prądem rozruchowym 200 % przez 4 s. Funkcja bezpiecznego wyłączenia momentu STO (ang. Safe Torque Off) zapewnia funkcjonalność bezpieczeństwa, zdejmującą moment z silnika i zabezpieczającą silnik przed przypadkowym uruchomieniem, na poziomie SIL 2 (EN 61508) / PL d (EN ISO 13849-1).

Dla serii DA1 połączenie z nadrzędnymi układami automatyki, poza wbudowanym protokołem CANopen oraz Modbus RTU, możliwe jest z wykorzystaniem opcjonalnych kart komunikacyjnych, takich jak EtherNet/IP, PROFIBUSDP, PROFINET czy SmartWire-DT. Przemienniki są standardowo wyposażone w panel z klawiaturą, wraz z wyświetlaczem znakowym. Dla jednostek wielkości FS4 od 11 kW dostępny jest również panel tekstowy. Umożliwia on wyświetlanie komunikatów tekstowych, co ułatwia parametryzację urządzenia oraz jego diagnostykę.

Rys. 3. Przemiennik wektorowy DA1

du odbywa się z poziomu klawiatury lub komputera PC. W drugim przypadku do połączenia z PC służy moduł Bluetooth zakładany na złącze RJ-45 lub konwerter USB/RS-485.

We wszystkich przemiennikach serii DA1, poza menu parametrów podstawowych, dostępnych jest kilka rozszerzonych grup parametrów, umożliwiających zaawansowaną konfigurację napędu. W sytuacji, gdy funkcjonalność urządzenia nie jest wystarczająca, DA1 oferuje szczególną możliwość przystosowania napędu do potrzeb użytkownika. Za pomocą oprogramowania narzędziowego drivesConnect można stworzyć własny program w przemienniku, uzupełniając tym samym wbudowane funkcje o nowe, zdefiniowane przez użytkownika.

Podsumowanie Dla przemienników PowerXL dostępna jest bogata oferta akcesoriów, takich jak zewnętrzne panele sterujące, karty we/wy, dławiki sieciowe i silnikowe, filtry sinus.

Zależnie od serii, poza standardowym stopniem ochrony IP20 czy IP55, dostępne są również wykonania w IP66 dla mocy do 7,5 kW (rys. 4). Seria DA1 może być zamawiana z dodatkowym pokryciem ochronnym elektroniki lub ze standardowo wbudowanym tranzystorem hamowania w jednostkach dużych mocy.

Piotr Zianio Product Manager Eaton Electric Sp. z o.o. ul. Galaktyczna 30, 80-299 Gdańsk tel. 58 554 79 00, fax 58 554 79 09 www.eaton.com, www.moeller.pl

Fot. Eaton

Zakres mocy i napięć przemienników PowerXL serii DC1 oraz DA1

Zasilanie przemiennika i napięcie silnika

Seria DC1

Seria DA1

Zasilanie 1-faz. 230 V, silnik 1-faz. 230 V

do 1,1 kW

–

Zasilanie 1-faz. 230 V, silnik 3-faz. 230 V

do 4 kW

do 2,2 kW

Zasilanie 3-faz. 400 V, silnik 3-faz. 400 V

do 11 kW

do 250 kW

Moduł Bluetooth posiada wbudowaną pamięć pozwalającą na przenoszenie nastaw parametrów między przemiennikami. Przyspiesza to uruchomienie większej ilości napędów. Do konfiguracji przemiennika wystarczy jedynie 14 podstawowych parametrów oraz kilkadziesiąt kolejnych, znajdujących się w rozszerzonej grupie parametrów. Są tam m.in. parametry określające miej-

Rys. 4. Przemiennik DA1 w wykonaniu IP66

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

71

Nowości ZASILANIE

Nowa rodzina przewodów firmy igus, przeznaczonych do obrabiarek, gwarantuje niezawodną jakość co najmniej miliona podwójnych cykli, przy korzystnych cenach.

Na targach EMO, w ramach prowadzonej przez firmę igus kampanii pod nazwą „savfe” (niezawodne komponenty, które pomagają ograniczyć koszty) zaprezentowano nową, kompletną rodzinę przewodów chainflex M. Są one m.in. przeznaczone do przemysłu obrabiarkowego, począwszy od ich układów sterowniczych, kabli silnikowych,

systemu pomiarowego, aż po kable do transmisji danych i BUS-owe. chainflex M gwarantuje niezawodność działania przewodów przez okres odpowiadający wykonaniu mniej więcej miliona podwójnych cykli pracy. W ten sposób firma igus, specjalizująca się w dziedzinie elastycznych przewodów, stała się pierwszym producentem na rynku, który oferuje ekonomiczne przewody, gwarantując przy tym określony okres ich pracy. igus może zaoferować użytkownikowi takie warunki dzięki temu, że poddaje swoje przewody i systemy ciągłym testom w warunkach zbliżonych do rzeczywistych. W laboratorium testowym firmy igus o powierzchni 1750 m2, na 180 stanowiskach badań, przeprowadzane są dwa miliardy cykli testowych rocznie.

Wszystkie rodziny przewodów z rodziny chainflex M, niezależnie od tego, czy są to kable silnikowe, czy przewody podłączane do układów pomiarowych lub do serwonapędów, są o około 20–30 proc. tańsze od dotychczas dostępnych serii. Dekady badań i doświadczenia na rynku pozwoliły firmie zaprojektować i wyprodukować wysokiej jakości przewody, które równocześnie wyróżniają się korzystną ceną.

Osiągnięto to dzięki optymalizacji zastosowanych materiałów, konstrukcji i ekranowania przewodów, szczególnie pod względem zastosowań, w których urządzenia mają pracować przez około milion cykli, w normalnych warunkach otoczenia. Nie zawsze jest konieczne stosowanie produktów, które przeszły kosztowne procesy testowania pod względem spełniania wielu wymagających standardów przemysłowych. Ulepszona technologia wytwarzania i zaawansowane procesy produkcyjne przyczyniają się ponadto do spełnienia założeń koncepcji „savfe”, tj. utrzymania wysokiej jakości przy minimalizacji kosztów. chainflex M – rodzina niezawodnych kabli, obejmująca wszelkie typy przewodów w korzystnych cenach; ich żywotność wynosi milion podwójnych cykli pracy w prowadnikach przewodów

72

Promocja

Fot. igus

chainflex M – milion podwójnych cykli

Niezawodność i niskie ceny

igus może zagwarantować niezawodną pracę każdego przewodu chainflex M, ponieważ wszystkie kable i systemy łączeniowe firmy są poddawane ciągłym testom w warunkach odpowiadających rzeczywistym

Fot. igus

Blisko klienta – na całym świecie

maszyn, dostarczając odpowiednie komponenty. Niezwykle rozwinięta sieć Dzięki nowej rodzinie przewodów chalogistyczna i dystrybucyjna zapewnia inflex M firma igus, specjalista w dzieszybką dostawę produktów do klientów dzinie systemów zasilania, wspiera barna całym świecie. dzo konkurencyjny przemysł budowy PL-824-TriflexR 170x125M_PL-824-TriflexR 170x125M 25.10.12 18:13 Seite 1

igus Sp. z o.o. ul. Nakielska 3, 01-106 Warszawa tel. 22 863 57 70, fax 22 863 61 69 info@igus.pl, www.igus.pl

REKLAMA

Pakiety przewodów giętkich ...

Błyskawiczna wymiana przewodów. Redukcja czasów przestoju.

... dla robotów

Czterokrotnie wyższa stabilność promienia.

Przewody dla aplikacji skrętnych dostępne bezpośrednio z magazynu!

...

.pl/triflexR

Prosimy nas odwiedzić: SPS IPC Drives, Nürnberg – Pawilon 4 Stoisko 250

Tel. 22 863 57 70 Faks 22 863 61 69 Pon. – Piątek 8.00 - 20.00, Sob. do 12.00

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

73

Nowości Szkolenia

Czy słyszał ktoś o TRIZ? O praktycznych aspektach zastosowania metodyki TRIZ w biznesie, dla rozwiązywania różnego rodzaju problemów technicznych, organizacyjnych i technologicznych przedsiębiorstw, rozmawiamy z regionalnym dyrektorem do spraw TRIZ w Polsce, Janem Boratyńskim.

Jak to jest z tym TRIZ-em?

Skrót TRIZ (Teoria Rozwiązywania Innowacyjnych Zadań) jest nadal niemal nieznany w Polsce. Jest to niepokojące zjawisko, wobec bardzo szerokiego wdrożenia TRIZ w skali światowej.

Obecnie jest to potężny instrument innowacji i wynalazczości. Zrozumiał to cały świat, z wyjątkiem… Polski. W Europie działa regionalne stowarzyszenie ETRIA (European TRIZ Association), należące do MATRIZ – Międzynarodowej Asocjacji TRIZ, z prezydentem profesorem Siergiejem Ikowienko (MIT – USA) na czele. Na świecie jest ponad 180 samodzielnych instytutów TRIZ i zakładów przy uczelniach.

System certyfikacji TRIZ obejmuje pięć stopni: Użytkownik TRIZ I i II stopnia, III stopień – Instructor TRIZ, IV – TRIZ Professional i V – Master TRIZ. Ten ostatni – najwyższy – stopień posiadają jedynie 82 osoby na świecie.

Fot. Schmersal-Polska

Dobrze, ale w jaki sposób specjaliści TRIZ mają pomóc przedsiębiorcom?

Specjaliści TRIZ powinni znajdować się w każdej komórce zakładu i przez ich ręce powinny przechodzić wszystkie istotne projekty konstrukcyjne i technologiczne. Oznacza to znaczne ograniczenie liczby prób i doświadczeń.

Przykładowo: James Dyson – twórca odkurzacza bezworkowego, działającego na zasadzie cyklonu, opowiadając

o swoim wynalazku przyznał się do około sześciu tysięcy prób. Gdyby znał TRIZ, prób mogłoby być najwyżej 60.

TRIZ najszerzej stosowano w byłym Związku Radzieckim. W efekcie powstał silnik rakietowy RD 236 Kuzniecowa (ze wstępną komorą spalania – licencję zakupiły USA) oraz fotel, ratujący życie pilotom samolotów myśliwskich w razie awarii na małej wysokości – K-32. O jego wyjątkowym znaczeniu wiedzą uczestnicy pokazu lotniczego we Francji w latach 80. Gdy dwa SU-32 zderzyły się w chmurze na wysokości około 200 metrów, piloci wyszli z tego bez szwanku! TRIZ trafił też do innych dziedzin, zupełnie nietechnicznych. Powstały więc takie odmiany, jak: „TRIZ–Menedżer”, zajmujący się zagadnieniami marketingu, menedżmentu, PR i reklamy; „TRIZ–Science” w zastosowaniach naukowych: w fizyce, chemii, biologii itd., a także „TRIZ– Pedagogika”, zajmujący się kształtowaniem analitycznego sposobu myślenia dzieci i młodzieży na wszystkich poziomach kształcenia, poczynając od... przedszkoli! Ostatnio pojawił się „TRIZ– Design”, opracowany do zadań kształtowania form przemysłowych, plastyki użytkowej itp.

A jak nasz kraj wypada na tle zachodnich pod względem wykorzystywania technik TRIZ?

W Polsce mamy ponad 18 tysięcy profesorów akademickich różnych stopni i jednocześnie zajmujemy ostatnie miejsce w Europie, jeśli chodzi o liczbę europejskich patentów w przeliczeniu na 100 tysięcy mieszkańców (Polska – około 0,5, Węgry – 1,72, Niemcy, Anglia i Francja – po około 20, a Szwecja 36!).

Mamy przy tym jeden z najniższych PKB na głowę mieszkańca. W rezultacie często jesteśmy świadkami strajków pielęgniarek, służb medycznych i lekarzy…

Mamy też ustawiczne problemy, choćby ze znalezieniem funduszy na racjonalne uregulowanie stosunków wodnych, nie stać nas też na budowę dróg i autostrad.

Krajem, który najpełniej wdrożył TRIZ we wszystkich odmianach jest Korea Południowa. W przedszkolach i klasach 1–3 szkół podstawowych w Korei uczą dzieci (w metodyce TRIZ–Pedagogika) wychowawcy wybierani z 5–procentowej grupy najlepszych studentów uczelni pedagogicznych. W dużej mierze dzięki temu możemy kupić elektronikę Samsunga oraz samochody Hyunday i KIA. A co my możemy zaoferować Korei? Ostatnim „hitem” eksportowym do Chin i Hongkongu są… kurze łapy!!! A czy my nie potrafimy zrobić Chińczykom tego kolagenu i sprzedawać produkt, a nie surowiec?

Kurze łapy?

Tak, kurze łapy. Myśli Pani, że nie mamy w Polsce tak dobrych chemików, którzy mogliby robić to samo, co robią Chińczycy? Oczywiście mamy, ale najpierw trzeba wpaść na pomysł.

Prawda, że prosty, wręcz banalny? No właśnie. I o to chodzi: aby TRIZ pomagał, także polskim przedsiębiorcom, wpadać na takie pomysły i czerpać z tego korzyści.

Przedsiębiorcy na zachodzie już przekonali się do TRIZ. Myśli Pan, że nasi też się przekonają?

Można powiedzieć krótko: jeśli TRIZ nie będzie miał w Polsce szansy na szerokie wdrożenie, nasz kraj nie będzie miał szansy na poprawę wskaźników ekonomicznych. Czy zatem TRIZ jest lekarstwem na „wszystko”? Oczywiście nie. Jednak TRIZ na pewno może znacznie pomóc, ale wymaga poważnego podejścia.

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

74

Promocja

ZASILANIE Nowości

Zasilacze z interfejsem DALI i regulacją prądu wyjściowego Firma Mean Well, wychodząc naprzeciw oczekiwaniom użytkowników systemów oświetleniowych, wprowadziła do oferty zasilacze z interfejsem DALI. Rozwiązanie ułatwia współpracę zasilaczy LED z innymi systemami sterowania oświetleniem, np. automatyki budynkowej, oraz ułatwia

Fot. Elmark Automatyka

rekonfigurację systemu.

Dotychczas w kilku seriach zasilaczy LED firmy Mean Well dostępne były funkcje ściemniania za pomocą napięcia (od 1 V do 10 V), sygnałem PWM lub zewnętrznym rezystorem. Do sterowania oświetleniem w pomieszczeniach coraz częściej stosowane są cyfrowe protokoły komunikacyjne, zintegrowane z systemami komputerowymi.

DALI (ang. Digital Addressable Light Interface) jest cyfrowym interfejsem sterowania oświetleniem, umożliwiającym integrację urządzeń różnych producentów, które obsługują ten standard.

DALI określa metody komunikacji między urządzeniami końcowymi sieci (np. zasilacze, oprawy oświetleniowe, czujniki ruchu lub oświetlenia) a systemem sterującym. Linia sygnałowa, po której odbywa się dwukierunkowa transmisja, składa się z dwóch przewodów o maksymalnej długości 300 m. Mimo dużych odległości, sieć DALI jest odporna na zakłócenia. Przy jej łączeniu można stosować dowolną topologię, m.in. liniową, pierścienia, drzewa czy gwiazdy.

Pojedyncza sieć DALI może składać się z maksymalnie 64 adresowanych urządzeń, które mogą być przypisane do nie więcej niż 16 grup. Dla każdego z urządzeń można zdefiniować 16 trybów praPromocja

cy (scen świetlnych). Niewątpliwie dużą zaletą jest łatwa rekonfiguracja systemu.

W przypadku zmiany aranżacji oświetlanego pomieszczenia nie ma konieczności demontowania jego elementów, gdyż wystarczy zmiana ustawień sterownika i ponowne pogrupowanie urządzeń.

Zasilacze LCM-40DA i LCM-60DA firmy Mean Well mają nie tylko interfejs DALI, ale także funkcję ściemniania wyzwalaną przyciskiem. Zwierając przewód fazowy z wejściem push można regulować natężenie oświetlenia w pomieszczeniu.

Dodatkowo możliwe jest jednoczesne sterowanie 10 urządzeniami – wystarczy podłączyć równolegle wyjścia synchronizacyjne kablem o maksymalnej długości 20 m. Nowym rozwiązaniem jest możliwość ustawienia prądu wyjściowego za pomocą przełącznika (od 350 mA do 1050 mA dla modelu 40 W i 500 mA do 1000 mA dla modelu 60 W).

Szeroki zakres napięć wejściowych (od 180 V AC do 295 V AC) i wbudowana dwustopniowa funkcja PFC (współczynnik mocy do PF ≥ 0,98) spełnia wymagania normy EN 61000-3-2 klasy C, a dodatkowa odporność na udary prądowe 2 kV, między przewodem fazy i przewodem neutralnym, spełnia wymogi dotyczące oświetlenia. Zasilacze mogą

pracować w otwartym obiegu powietrza w temperaturze od –30 °C do +60 °C. Aby zwiększyć żywotność diod LED, zastosowano także funkcję kompensacji prądu w zależności od temperatury (poprzez podłączenie zewnętrznego czujnika temperatury NTC). Standardowo zastosowano w tych urządzeniach zabezpieczenia przeciwzwarciowe, przepięciowe oraz temperaturowe. Szczelna izolowana obudowa jest wykonana w izolacji klasy II (nie jest konieczne uziemienie) oraz ma stopień ochrony IP20. Złącza wejść i wyjść umieszczone są na jednej ścianie bocznej, co ułatwia montaż przewodów. Dodatkowe wyjście 12 V/50 mA umożliwia zasilanie urządzeń o małym poborze prądu (np. wentylator).

Wysoka sprawność, dochodząca do 91,5 % i bardzo niski pobór mocy w stanie pracy bez obciążenia – < 1 W – sprawiają, że zasilacze charakteryzują się niskim kosztem eksploatacji. Dzięki spełnieniu szeregu norm dotyczących oświetlenia, zasilacze serii LCM-40DA oraz LCM-60DA świetnie nadają się do instalacji LED. Produkty objęte są trzyletnią gwarancją.

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

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

75

Nowości Szkolenia

TRIZ – udoskonalanie istniejących rozwiązań Wywiad z Maciejem Lasotą, konsultantem TRIZ oraz przedstawicielem firmy Delphi z Krakowa.

Jest tyle europejskich metodyk zarządzania. Dlaczego warto wybrać akurat wschodnią metodykę TRIZ? Wiele z popularnych metodyk pozwala znaleźć przyczynę problemu, ale nie zawsze wyjście z sytuacji. TRIZ koncentruje się na poszukiwaniu skutecznego rozwiązania. Słyszałem powiedzenie, że jak „coś jest do wszystkiego, to jest do niczego”. Uważam, że podobnie jest z metodykami zarządzania czy rozwiązywania problemów. Każda z nich ma swoje mocne i słabe strony i najlepiej sprawdza się w pewnej grupie zagadnień. Oczywiście to samo dotyczy TRIZ. Przykładowo poprawiamy jeden parametr, nazwijmy go A, procesu czy urządzenia, nad którym pracujemy, ale jednocześnie pogorszeniu ulega inny parametr lub parametry, powiedzmy B i C. Trafiamy więc na tzw. techniczną sprzeczność. W tradycyjnym podejściu staramy się znaleźć kompromis: „Trudno – nie będę miał tak dobrego A, jak mógłbym mieć, ponieważ za bardzo pogorszę B i C”. W ten sposób trudno jest dokonać prawdziwego wynalazku. TRIZ nie godzi się z kompromisem i w przypadku sprzeczności działa najlepiej – im ona ostrzejsza, tym lepiej. Odwołując się do naszego przykładu, chcemy uzyskać najlepszy możliwy parametr A, bez pogarszania B i C. Jeśli na pierwszy rzut oka nie widzimy sprzeczności, staramy się ją znaleźć,

rozwiązaniach i oszczędnościach uzyskanych dzięki zastosowaniu tej metody. Ponieważ TRIZ w Polsce jest dopiero poznawany, nie możemy jeszcze pochwalić się własnym dorobkiem różnorodnych i spektakularnych efektów.

W tym miejscu pragnę podkreślić, że celem wizyty studyjnej nie jest rozwiązanie zagadnienia, lecz poznanie problemu i wcześniejszych prób jego rozwiązania. Rozwiązywanie zagadnienia jest procesem wieloetapowym, opartym na systematycznym dochodzeniu do rezultatu, przy udziale eksperta branżowego ze strony zainteresowanej firmy, a nie metodą prób i błędów. Temu służą usługi doradcze oferowane firmom w projekcie „Akademia TRIZ dla biznesu”.

Czy firmy interesują się tą metodą?

Firmy wysoko rozwinięte technologicznie i znane na całym świecie od dawna skutecznie korzystają z TRIZ. W Polsce na obecnym etapie realizacji projektu trudno ocenić poziom zainteresowania, ponieważ naprawdę niewiele osób spotkało się do tej pory z TRIZ. Tempo życia i powszechny natłok informacji sprawiają, że nie jest łatwo trafić do osób decyzyjnych w firmach, które mogłyby skorzystać z TRIZ. Na razie uczymy się, jak to skutecznie zrobić.

Jak sprawdziła się „Akademia TRIZ dla biznesu” w Pana firmie?

Firma Delphi jest wiodącym światowym dostawcą rozwiązań elektronicznych i technologii systemowych dla przemysłu motoryzacyjnego. Będąc konsultantem TRIZ jestem jednocześnie pracownikiem firmy Delphi. Chcąc dostarczać naszym klientom nowoczesnych i atrakcyjnych cenowo rozwiązań widzimy, że tradycyjny sposób myślenia to już za mało. Stosowana obecnie technologia jest coraz bardziej zaawansowana. Myślę, że wielu kolegów inżynierów spotkało się z takimi sytuacjami. W takich przypadkach tradycyjne metody rozwiązywania problemów okazują się mało skuteczne. Postanowiłem zainteresować metodyką TRIZ moich szefów i spotkałem się z pozytywną reakcją.

Jakich efektów można się spodziewać po wprowadzeniu TRIZ w przedsiębiorstwie?

Wśród firm z czołówki technologicznej, które od dawna skutecznie korzystają z TRIZ mogę wskazać następujące przykłady: Samsung, Ford, Pratt&Whitney, Intel, HP, Siemens. Prawdopodobnie większość z nas zwróciła uwagę na ekspansję oraz poprawę jakości produktów firmy Samsung w ostatnich kilku latach. Nie twierdzę, że to tylko dzięki TRIZ, ale zapewne taki związek istnieje, skoro firma informuje na swoich stronach internetowych o wdrożonych

Jakie są oczekiwania przedsiębiorców względem TRIZ oraz możliwości zastosowania metodyki w prowadzonej działalności?

Przy obecnym tempie rozwoju techniki potrzeby konsumentów są coraz większe. Sytuacja ekonomiczna oraz duża konkurencja powoduje, że szczególnie istotnym dla klienta parametrem produktu jest jego cena. Tu widzę typową sprzeczność, przed którą stoi przedsiębiorca: „stworzyć najlepszy produkt przy jak najmniejszych kosztach”. Myślę, że przedsiębiorcy oczekują od TRIZ rozwiązania tej sprzeczności.

a nawet uwydatnić. To może się wydać szokujące, ale właśnie w ten sposób zwiększamy szansę na znalezienie rozwiązania nietypowego, błyskotliwego, przełomowego.

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

76

Promocja

Kalendarium PAR Wydarzenia

Targi | Konferencje | Kongresy | Sympozja | Wystawy Publikujemy w środkowym miesiącu kwartału

Listopad 2013 19-21 listopada 2013, Lublin, POLSKA • ENERGETICS 2013 – VI Lubelskie Targi Energetyczne

11–15 marca 2014, Düsseldorf, NIEMCY • Międzynarodowe Targi Technologii i Automatyzacji Produkcji METAV 2014 Kontakt:

Kontakt:

A.S. Messe Consulting Sp. z o.o.

Targi Lublin SA

Przedstawicielstwo targów Messe Dusseldorf GmbH

ul. Dworcowa 11, 20-406 Lublin

ul. Kazachska 1/57, 02-999 Warszawa

tel. 81 532 37 10, fax 81 534 92 95

tel. 22 642 24 99, 855 24 90

e-mail: info@targi.lublin.pl

fax 22 855 47 88 e-mail: promocja@as-messe.pl

26–28 listopada 2013, Norymberga, NIEMCY

www.as-messe.pl

• SPS/IPC/DRIVES – Międzynarodowe Specjalistyczne Targi i Kongres, Automatyzacja Elektryczna – Systemy i Komponenty

12–14 marca 2014, Warszawa, POLSKA

MERITUM s.c.

• XVI Międzynarodowe Targi Analityki i Technik Pomiarowych EuroLab

Przedstawicielstwo Targów Norymberskich w Polsce

Kontakt:

ul. Kwiatkowskiego 1/29, 03-984 Warszawa

MT Targi Sp. z o.o.

tel. 22 828 27 34,

tel. 22 529 39 00, fax 22 529 39 36

e-mail: meritum@meritum.it.pl

e-mail: lab@mttargi.pl

http://www.nuernbergmesse.de

www.targieurolab.pl

Luty 2014

12–14 marca 2014, Warszawa, POLSKA

25–27 lutego 2014, Norymberga, NIEMCY

• III Międzynarodowe Targi Techniki Kryminalistycznej CrimeLab

• embedded world Targi & Konferencja

Kontakt:

Kontakt:

MT Targi Sp. z o.o.

Przedstawicielstwo Targów Norymberskich w Polsce

tel. 22 529 39 00, fax 22 529 39 36

ul. Kwiatkowskiego 1/29, 03-984 Warszawa

www.crimelab.pl

Kontakt:

tel. 22 828 27 34 www.embedded-world.de

18–20 marca 2014, Kielce, POLSKA

• Międzynarodowe Targi Innowacji Energetycznych InEnerg

• XVII Międzynarodowe Targi Energetyki i Elektrotechniki ENEX • XII Targi Odnawialnych Źródeł Energii ENEX – Nowa Energia • XV Międzynarodowe Targi Ochrony Środowiska i Gospodarki Odpadami EKOTECH

Kontakt:

Kontakt:

REECO Poland Sp. z o.o.

Targi Kielce Sp. z o.o.

ul. Bartycka 22B/21A, 00-716 Warszawa

ul. Zakładowa 1, 25-672 Kielce

tel. 22 266 02 16, fax 22 379 89 60

tel. 41 365 12 22, fax 41 345 62 61

www.reeco.eu

e-mail: biuro@targikielce.pl

Marzec 2014 04–06 marca 2014, Wrocław, POLSKA

10–14 marca 2014, Hanower, NIEMCY • CeBIT – Światowe Targi Technologii Informatycznych, Telekomunikacji, Oprogramowania oraz Usług

25–28 marca 2014, Warszawa, POLSKA

Kontakt:

• XX Międzynarodowe Targi Automatyki i Pomiarów AUTOMATICON AUTOMATYKA POMIARY ELEKTRONIKA

Targi Hanowerskie s.c.

Kontakt:

Przedstawicielstwo Deutsche Messe AG w Polsce

Biuro Targów AUTOMATICON

ul. Ostrobramska 101, 04-041 Warszawa

Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa

tel. 22 465 66 22, fax 22 465 66 23

tel. 22 863 82 52, 874 03 02

e-mail: info@targihanowerskie.com.pl

fax 22 874 01 49

http://www.messe.de

e-mail: targi@automaticon.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11 /2013

77

Forum młodych młodych WYDARZENIA

Łaziki marsjańskie będą rywalizować w Polsce To już pewne – prestiżowe zawody łazików marsjańskich w 2014 r. po raz pierwszy odbędą się w Polsce. Informację o organizacji European Rover Challenge ogłoszono na specjalnym pokazie Mars Society, który odbył się 8 października na terenie toruńskiej kopalni Wienerberger.

Wiadomo już, że zawody odbędą się późnym latem i potrwają trzy dni. Do rywalizacji staną ekipy składające się ze studentów i absolwentów. Będą oni mogli korzystać ze wsparcia pracowników uczelni, jak i firm prywatnych. Jak poinformowali organizatorzy, drużyny zostaną ocenione w czterech konkurencjach: inżynierskiej, terenowej, ratunkowej oraz naukowej. Równie ważnym, punktowanym zadaniem będzie prezentacja projektu.

Przykładowe zadania, które będą realizować roboty, zaprezentowano podczas pokazu łazika Magma White, czyli komercyjnego potomka polskich łazików studenckich. Robot testowali zdalnie przez Internet uczniowie ze szkół z Polski oraz z Indii. Umożliwia to rozwijany przez ABM Space Education system sterowania ABM Ro-Co, przystosowany do połączeń internetowych i zintegrowany z centrami kontroli misji, który zostanie udostępniony zawodnikom w jednej z konkurencji.

78

– Organizacja European Rover Challenge w Polsce, to nie tylko duże wyróżnienie dla naszego kraju, który dopiero co wstąpił do Europejskiej Agencji Kosmicznej i chce się promować w tym zakresie na świecie. To także możliwość na zaistnienie kolejnych, zdolnych i ambitnych zespołów studenckich z Polski oraz ekip z innych państw europejskich. Wstępnie zainteresowanie wyraziły już drużyny włoskie i litewskie – mówi Łukasz Wilczyński, europejski koordynator Mars Society.

Tym razem współpraca będzie jeszcze szersza. – Oprócz projektów studenckich i naukowych, przewidzieliśmy także komponent edukacyjny dla dzieci. Poprowadzimy lekcje i zajęcia dodatkowe, które zachęcą najmłodszych do odkrywania tajemnic rządzących wszechświatem. Obecnie jesteśmy na etapie organizacyjnym, ustalamy lokalizację oraz rozpoczynamy rozmowy z potencjalnymi sponsorami tego prestiżowego wydarzenia – mówi

Mateusz Józefowicz, prezes Mars Society Polska.

Zawody European Rover Challenge to wynik współpracy Mars Society Polska, ABM Space Education oraz Austriackiego Forum Kosmicznego.

Dotychczas, w ramach polsko-austriackiego partnerstwa, zrealizowano m.in. testy łazika Magma White w górach Dachstein w Austrii oraz na Marokańskiej Saharze w ramach misji Mars 2013. Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego oraz Austriackie Federalne Ministerstwo Nauki i Badań wspierają także projekt Magma-Laser, w ramach którego rozwijany jest detektor mikroorganizmów L.I.F.E., zainstalowany na łaziku Magma White i przeznaczony do pracy w Arktyce, a w przyszłości – na innych planetach.

Organizatorzy zaplanowali do stycznia 2014 r. szereg spotkań ze studentami oraz potencjalnymi sponsorami zespołów w wielu miastach Polski, w celu zachęcenia ich do udziału w zawodach.

Mat. pras. MARS SOCIETY POLSKA

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

Nauka

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

Energy efficiency regulation of the light source’s luminous flux Mikołaj Karpiński*, Kateryna Kozak** *University of Bielsko-Biala and State Higher Vocational School in Nowy Sącz, Poland **Department of Lighting and Light Source, Ternopil Ivan Pul’uj National Technical University, Ukraine

Abstract: Based on the analysis and generalization of the obtained and published experimental data the analytical dependencies were established, necessary for the determination of the energy efficiency regulation of the light source’s luminous flux. The analysis of the energy efficiency was carried out by determining the specific costs of the light energy unit produced within the average duration of the lighting by cheap, low-efficient, but still very popular thermal, and expensive, highly energy efficient semiconductor light sources.

Keywords: light source, energy efficiency, regulation, luminous flux

1. Introduction The lack of energy resources and the unceasing growth of the Earth’s population stipulated by the global demographic transition are the main factors determining the necessity of the intensive implementation of energy saving technologies in all spheres of human activity. In the first place, it concerns the spheres where the energy resources consumption is the highest. Lighting is one of these spheres as every fifth kWh of electricity is consumed by lighting units of different purposes.

Current analysis of the latest research papers and publications proved insufficiency of the „set and forget” principle [1–6]. The main factor leading to a radical increase of lighting energy efficiency is not only the decrease of general capacity of the installed lighting units at the expense of transition to the use of highly efficient light sources, but also general electricity consumption reduction [7–10]. This can be achieved solely through the introduction of intelligent lighting control systems. Lighting units or their components should be activated only when it is really necessary.

Herewith they should provide a required level of light (brightness) taking into account the influence of the spectral composition of light sources on the individual’s activity in twilight and night vision (S/P-factor) [11]. Nowadays it is common knowledge that the regulation (decrease) of the light source’s luminous flux leads automatically to the increase of energy efficiency of lighting units. The question is if it is really so. On one hand, it is true because the value of the active power consumption decreases, though being nonlinear. On the other hand, there are a number of hidden

parameters that can negate any efforts if the optimal boundaries of the regulation of luminous flux are not determined.

Therefore, the purpose of this paper is to investigate the energy efficiency regulation (decrease) of the luminous-flux (LF) of a light source (LS) on the basis of the cheapest and least energy efficient thermal light sources (TLS) still popular with the population and the most energy efficient, perspective and expensive semiconductor light sources (SLS).

2. Experiments and research results

Electrical, lighting and operational characteristics of thermal and semiconductor light sources were previously tested to achieve the above mentioned goal. To ensure the reproducibility of the experiments the number of light sources of each of the above mentioned groups, according to the statistical G-Kohren criterion, was set to be equal six [12]. Before the experiment, the light sources had been activated in the electrical network with nominal parameters for 100 hours.

The investigation of electrical and photometric characteristics was carried out in a photometric sphere of «Everfine Spectron Coating Integration Sphere» type.

In consequence of the experimental research, the normalized dependencies were obtained of power and luminous flux of the current flowing through them fig. 1 and the average duration of glow (ADG) of TLS from normalized values of voltage UN on them and SLS from normalized values of current flowing through them fig. 2. The dependencies of normalized values of ADG of thermal (tTLS.N) and semiconductor (tSLS.N) LS were obtained by the authors of the article based on the published data analysis [13] and our own experimental research regarding the impact of TLS magnitudes of active values of voltage network on ADG and temperature p-n junction (tN) on SLS, expressed, for convenience of calculations, through the active value of current (IN) tN = 0.58IN + 0.418 based on extrapolation of the data of short-term (six thousand hours) tests about the degradation of luminous flux in time, depending on the temperature of the p-n junction. These graphical dependencies can be analytically described by the following equations:

τTLS .N = −186.11 U N3 + 546.24 U N2 − 538.34 U N + 178,

(1)

τ SLS .N = 0.998 (0.58 I N + 0.418)

(2)

−3.22

,

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

79

Nauka

Fig. 1. Dependencies of normalized values of SLS and TLS from normalized values of the current flowing through them: 1, 3 – power (PN) and 2, 4 – luminous flux (FN), accordingly Rys. 1. Zależności wartości znormalizowanych wielkości SLS i TLS od wartości znormalizowanych prądu przepływającego przez nich: 1, 3 – moc (PN) i 2, 4 – strumień świetlny (FN), odpowiednio

Fig. 2. Dependencies of normalized values of quantities: 1 – temperature of p-n junction (tN) and 2 – ADG of SLS (tSLS) from normalized values of the current, 3 – AFG of TLS(tSLS) from normalized values of voltage UN Rys. 2. Zależności znormalizowanych wartości wielkości: 1 – temperatura złącza p-n (tN) i 2 – ADG SLS (tSLS) od znormalizowanych wartości prądu, 3 – AFG TLS (tSLS) od znormalizowanych wartości napięcia UN

ΦTLS .N = 9.28 I N3 − 14.54 I N2 + 7.55 I N − 1.29,

(3)

ΦSLS .N = −0.18 I N2 + 1.18 I N ,

(4)

PTLS .N = I N2.95,

(5)

PSLS .N = 0.16 I N2 + 0.85 I N − 0.005,

(6)

The normalization of the above mentioned dependencies has allowed us to transfer the equations (1)–(6) to the rank of universal – valid for the calculations of the veritable values of ADG, luminous flux, power, current and voltage of the existing gamma of thermal and semiconductor LS. Herewith it is quite easy to move from the normalized values to the veritable values of the corresponding quantities by multiplying the normalized values by the nominal ones.

The analysis of the acquired dependencies shows that the decrease of the TLS light flux always leads to the decrease of their light output. This linearity change of luminous efficacy is observed only in the range of 0.9 to 1.1 of the normalized values of current.

The regulation of the SLS luminous flux is accompanied by antithetic processes. With the decrease of the current through the SLS in regard to the nominal value (the point with coordinates (1, 1) in fig. 1), the luminous output increases and reaches its maximum in the area. With the current increase, it decreases. This proves the expediency of the SLS use at low, relative to the nominal values, currents.

Irrespective of the principle of their functioning, the ADG of light sources increases with the decrease of the luminous flux and falls with its increase (curves 2 and 3 in fig. 2). This is due to the corresponding changes in the rate of evaporation of tungsten in TLS and of the p-n junction temperature in SLS. Thus, the speed of changes of normalized values of a luminous flux, power and ADG in TLS is significantly higher than those in SLS. Based on the acquired experimental data (expressions (1-6)) calculations were made concerning the quantity of normalized light energy (Qi) produced by thermal and semiconductor LS fig. (3) within ADG by the following formula:

where: −1 τTLS .N = τTLS .t ⋅ τTLS .n – normalized values of ADG of thermal

LS;

−1 τ SLS .N = τ SLS .t ⋅ τ SLS .n – normalized values of ADG of semi-

conductor LS; −1 ΦTLS .N = ΦTLS .t ⋅ ΦTLS .n – normalized values of the luminous flux of thermal LS; −1 ΦSLS .N = ΦSLS .t ⋅ ΦSLS .n – normalized values of the luminous flux of semiconductor LS; −1 PTLS .N = PTLS .t ⋅ PTLS .n – normalized values of power of thermal LS; −1 PSLS .N = PSLS .t ⋅ PSLS .n – normalized values of power of semiconductor LS; τTLS .t , τ SLS .t , τTLS .n , τ SLS .n – running and nominal values of ADG of thermal and semiconductor LS respectively. For incandescent lamp (IL) PILA 60 tTLS.n = 1000 hours, for halogen lamps (HL) – 2000 hours; and for SLS tTLS.n = 25 000 hours; U N = U t ⋅U n−1, I N = I t ⋅ I n−1 – normalized values of voltage on thermal LS and current through semiconductor LS respectively; U t , U n , I t , I n – running and nominal values of voltage on thermal LS and current through semiconductor LS respectively; ΦTLS .t , ΦSLS .t , ΦTLS .n , ΦSLS .n , PTLS .t , PSLS .t , PTLS .n , PSLS .n – running and nominal values of luminous flux and power of thermal and semiconductor LS respectively.

80

QN = Qt ⋅ Qn−1 = Φt ⋅ τ t ⋅ (Φn ⋅ τ n ) −1

(7)

a)

b)

−1 −1 τTLS .N ⋅ τ SLS = 5.1. In absolute terms, there is .N = 12 ⋅ 2.35

practically no value difference between them.

Thus, at UN = 0.6 for TLS tTLS.t = tTLS.N·5·tTLS.n = 12·5·1000 = 60 000 hours, and at IN = 0.6 for SLS tSLS.t = tSLS.N·tSLS.n = 2.35·25 000 = 58 750 hours.

The data obtained makes it possible to determine values of arguments for which the amount of light energy produced

by LS will reach its maximum. It is important, at the stage of their selection, but not enough to determine the energy efficiency of LS in the operation process of both stationary and dynamic modes of glow. Therefore, to calculate the LS energy efficiency we suggest using an integrated approach to the determination of the light sources energy efficiency as described in [13]. It is based on establishing the specific cost of a luminous energy unit produced by LS

a)

Fig. 3. Dependencies of the normalized quantity of luminous energy produced by TLS and SLS within ADG in the process of regulation of a luminous flux: a) TLS: 1 – HL 42 = 35 W; 2 – HL XENON 42 = 60 W; 3 – HL 28 = 35 W; 4 – IL PILA 60 W; b) SLS: 1 – luminarie with 42 LED total power 15.5 W; 2 – PARATHOM CLASSIC GLOBE 10.5 W Rys. 3. Zależności znormalizowanej ilości energii świetlnej wytworzonej przez TLS i SLS w ciągu ADG w procesie regulacji strumienia świetlnego: a) TLS: 1 – HL 42 = 35 W, 2 – HL XENON 42 = 60 W, 3 – HL 28 = 35 W, 4 – IL PILA 60 W, b) SLS: 1 – oprawa oświetleniowa z 42 diodami LED o mocy całkowitej 15,5 W, 2 – PARATHOM CLASSIC GLOBE 10,5 W

The analysis of fig. 3 shows that the amount of luminous energy produced in the process of voltage reduction on TLS and the current through SLS at first increases gradually and then decreases, passing through its maximum at some values of voltage network for TLS, and at certain values of the current through SLS. For TLS, the maximum is located in the area UN = 0.6, and for SLS – in the area IN = 0.25. In this connection, the maximum amount of normalized luminous energy produced by thermal LS PILA 60 W exceeds (approximately by (7.65/1.86) = 4.1 times) the appropriate amount of luminous energy produced by SLS. This is due to the lower values of nominal ADG (in TLS nominal ADG is 25 times smaller than that in SLS) and more intensive growth of normalized values of ADG of thermal LS in the process of regulation of the luminous flux in comparison with SLS

b)

Fig. 4. Dependencies of the energy efficiency of the luminous flux regulation from the standpoint of the normalized specific cost of unit of luminous energy produced by LS within ADG: a) TLS: 1 – HL XENON 42 = 60 W; 2 – IL PILA 60 W; 3 – HL 42 = 55 W; 4 – HL 28 = 35 W; b) SLS: 1 – luminarie with 42 LEDs DURIS E5 of the total power 15.5 W; 2 – PARATHOM CLASSIC GLOBE 10.5 W Rys. 4. Zależności efektywności energetycznej regulacji strumienia świetlnego z punktu widzenia znormalizowanych kosztów właściwych jednostki energii świetlnej wytwarzanej przez LS w ciągu ADG: a) TLS: 1 – HL XENON 42 = 60 W; 2 – IL PILA 60 W; 3 – HL 42 = 55 W; 4 – HL 28 = 35 W; b) SLS: 1 – oprawa oświetleniowa z 42 diodami LED DURIS E5 o mocy całkowitej 15,5 W, 2 – PARATHOM CLASSIC GLOBE 10,5 W Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

81

Nauka

a)

C qP = (C LS + CCG ) ⋅ PLS ⋅ (Φn ⋅ τ LS ) ,

b)

Fig. 5. Dependencies of the energy efficiency of the luminous flux regulation from the standpoint of the normalized specific cost of unit of luminous energy produced by TLS and SLS within ADG including power losses in CG, electricity costs consumed by a LS + CG set, and the downturn of the LS luminous flux in the exploitation process: a) TLS: 1 – HL XENON 42 = 60 W; 2 – IL PILA 60 W; 3 – HL 42 = 55 W; 4 – HL 28 = 35 W; b) SLS: 1 – luminarie with 42 LEDs DURIS E5 of the total power 15.5 W; 2 – PARATHOM CLASSIC GLOBE 10.5 W Rys. 5. Zależności efektywności energetycznej regulacji strumienia świetlnego z punktu widzenia znormalizowanych kosztów właściwych jednostki energii świetlnej wytwarzanej przez TLS i SLS w ciągu ADG z uwzględnieniem strat w stateczniku CG, kosztów energii elektrycznej zużytej przez komplet LS + statecznik CG i spadku strumienia świetlnego LS w trakcie eksploatacji: a) TLS: 1 – HL XENON 42 = 60 W; 2 – IL PILA 60 W; 3 – HL 42 = 55 W; 4 – HL 28 = 35 W; b) SLS: 1 – oprawa oświetleniowa z 42 diodami LED DURIS E5 o mocy całkowitej 15,5 W; 2 – PARATHOM CLASSIC GLOBE 10,5 W

within ADG, both at the stage of its choice and in service, taking into account the cost of LS, the electricity pricing, the decrease of the LS luminous flux in service, and the minimum required value for the normal functioning of LS, and control gears (CG) (electrical ballast) by the following formulas

82

−1

(8)

, (9)

where CqP, CqP.e is the cost of specific of the unit of luminous energy produced by LS within ADG at the stage of LS selection (without the power losses in CG, the cost of electricity consumed by the (LS + CG) set and the downturn of the LS luminous flux (Φ(t) in the exploitation process) and at their considering, (EUR kW)/(Mlm×hours); CLS, CCG – the cost of LS and CG, EUR; q – the tariff for electricity, EUR/(kW×hours); DPCG.t – power losses in the CG, kW. According to the obtained results based on (8), (9) the corresponding graphs have been constructed fig. 4 and 5.

The analysis of the obtained graphic dependencies has shown that while evaluating energy efficiency regulations of the LS luminous flux from the standpoint of the normalized specific cost of the luminous energy unit produced by LS within ADG by the expression (8), the character of the dependencies is defined by the type of LS. In dependencies for TLS fig. 4a, three specific areas may be singled out: 1 – a sharp increase of energy efficiency (decrease of normalized cost of specific light energy units) within the limits of UN = (1–0.70), 2 – high energy efficiency within the limits of UN = (0.70–0.40), 3 – a sharp fall of energy efficiency within the limits of UN = (0.40–0.15).

The second area is the most energy efficient.

Semiconductor light sources are characterized by a constant, close to the exponential law, increase of energy efficiency of their exploitation under the growth of the multiplicity of the luminous flux regulation up to its complete fading fig. 4b.

The losses in the CG, the cost of the electric energy consumed by a LS + CG set, and the decline of the LS luminous flux in the exploitation process affect only the dependences significantly for TDS fig. 5a. The first section of a sharp increase in energy efficiency of the luminous flux regulation process (UN = (1–0.70)) disappears, at the expense of which the second section expands and covers the range of normalized voltages from UN = (1–0.40). The dependence of the energy efficiency regulation of the SLS luminous flux remains practically unchanged fig. 5b.

3. Conclusions 1. Each type of light source, depending on the physical principles of its work (thermal, semiconductor, low and high intensity discharge, fluorescent etc.), has its own areas, characteristic only for itself, within which the regulation of the luminous flux is really cost-effective. For thermal light sources, it is limited by the normalized value of voltage UN = 0.40, whereas there are no such restrictions for semiconductor LS. 2. The larger the value of the light source, the smaller is the impact of adverse factors (power losses in CG, the

cost of electric energy consumed by a LS + CG set, the downturn of the LS luminous flux in the exploitation process) on the luminous flux energy efficiency regulation.

3. The best in terms of the energy efficiency regulation of the LS luminous flux is the value of the argument for the surrounding area typical of which are not only the smallest values of the normalized cost of specific light energy units, but the maximum number of their production. For LS – it is UN = 0.60, and for SLS – IN = 0.27.

Bibliography

1. Energy Savings Estimates of Light Emitting Diodes in Niche Lighting Applications, Navigant Consulting, Washington, D.C. 2008.

2. Krymov A.V., Nikitin V.D., Analysis economic indicators of semiconductor and traditional light sources, “Light & Engineering (Svetotekhnika)”, 2/2012, 64–65, [www.sveto-tekhnika.ru], (in Russian).

3. Mironov S., Konopelchenko A., Dimming of LED luminaries with power supply, “Sovremennaya svetotekhnika” (“Modern Lighting” Magazine), 5/2010, 65–69, [www. lightingmedia.ru/magazine/archive/] (in Russian).

4. Solid State Lighting: Brilliant Solutions for America’s Energy Future, U.S. Department of Energy, New York, N.Y., April 2009.

5. Weinert J., Spaulding C., LED Lighting Explained (Understanding LED Sources, Fixtures, Applications and Opportunities), Philips Solid – State Lighting Solutions, Washington, D.C. 2010.

6. Zotin O., Morozova N., Analysis of the effectiveness of energy-saving control for outdoor lighting, “Sovremennaya svetotekhnika” (“Modern Lighting” Magazine), 1/2009, 65–68, [www.lightingmedia.ru/magazine/archive/] (in Russian).

7. Janiga P., Gašparovský D., Measurement of power characteristics in public lighting networks, „Przegląd Elektrotechniczny”, 6/2013, 324–327.

8. Pawlak A., Przyszłość oświetlenia elektrycznego - poprawa efektywności energetycznej, “Bezpieczeństwo Pracy – Nauka i Praktyka”, 3/2009, 18–21.

9. Putz Ł., Nawrocki R., Energy efficiency analysis of lighting installations using LED technology, „Przegląd Elektrotechniczny”, 6/2013, 296–298.

10. Rajecki K., Zaremba K., Oświetlenie w przemyśle w kontekście energooszczędności, „Pomiary Automatyka Robotyka”, 6/2011, 45–51.

11. Illina E., Applicability of LED for outdoor lighting in terms of visual perception, “Poluprovodnikovaya svetotekhnika” (“Semiconductor Light Engineering”), 4/2010, 50-55, [http://led-e.ru/] (in Russian).

12. Palchevskyi B.O., Research technological systems (modeling, design, optimization), Svit, Lviv 2001 (in Ukrainian).

13. Tarasenko M.G., Kozak K.M., Comprehensive approach to determine the energy efficiency of light source, “Svitlotekhnika ta elektroenerhetyka” (“Lighting Engineering and Power Engineering”), 1/2013, 27–36, [http:// archive.nbuv.gov.ua/portal/natural/Ste/texts.html] (in Ukrainian).

Efektywność energetyczna regulacji strumienia świetlnego źródeł światła Streszczenie: Na podstawie analizy i uogólnienia opublikowanych rezultatów badań i eksperymentalnych danych otrzymanych przez autorów ustalono zależności analityczne niezbędne do określenia efektywności energetycznej regulacji strumienia świetlnego źródeł światła. Analizę efektywności energetycznej przeprowadzono w oparciu o wyznaczanie kosztów właściwych jednostki energii świetlnej wytwarzanej w ciągu średniego czasu świecenia przez termiczne źródła światła, tanie i o niskiej efektywności energetycznej, ale nadal bardzo popularne, oraz półprzewodnikowe źródła światła, kosztowne i o wysokiej energoefektywności. Stwierdzono, że dla każdego rodzaju źródeł światła, w zależności od zasad fizycznych ich działania (termicznych, półprzewodnikowych, wyładowczych niskiego i wysokiego ciśnienia itp.) są swoje, wyłącznie tylko dla nich charakterystyczne zakresy, w których regulacja strumienia świetlnego jest rzeczywiście opłacalna ekonomicznie. Dla termicznych źródeł światła przedział ten ograniczony jest znormalizowanymi wartościami napięcia na lampie od 1 do 0,4, natomiast dla półprzewodnikowych źródeł światła takiego ograniczenia nie ma. Tak więc im większa cena źródła światła, tym mniejszy wpływ na przebieg zależności efektywności energetycznej regulacji strumienia świetlnego mają takie uboczne czynniki jak straty mocy w układach stabilizacyjno-zapłonowych, koszt energii elektrycznej zużytej przez zestaw „źródło światła – statecznik” i spadek strumienia świetlnego źródeł światła w trakcie eksploatacji. Optymalnymi pod względem efektywności energetycznej regulacji strumienia świetlnego źródeł światła są takie wartości okolic argumentu, dla których charakterystyczne są nie tylko najmniejsze wartości znormalizowanych kosztów właściwych jednostki energii świetlnej, ale również wytwarzano maksymalną jej ilość.

Słowa kluczowe: źródło światła, efektywność energetyczna, regulacja, strumień świetlny Artykuł recenzowany, nadesłany 26.07.2013, przyjęty do druku 30.09.2013.

Prof. Mikołaj Karpiński, Dr. Sc. Chairman of Units of Computer Science at the University of Bielsko-Biala and the State Higher Vocational School in Nowy Sącz. His research interests are in the informatics, lighting engineering, electric and photometric measurements. e-mail: mkarpinski@ath.bielsko.pl

Kateryna Kozak, MSc Postgraduate student of the third year of study in Ternopil Ivan Pul’uj National Technical University, Ukraine, Department of Light Engineering and Light Source. e-mail: kozakateryna@gmail.com

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

83

Nauka

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

Interactive Education of Engineers in the Field of Fault Diagnosis and Fault-Tolerant Control Wojciech Moczulski, Piotr Przystałka, Dominik Wachla, Wawrzyniec Panfil Institute of Fundamentals of Machinery Design, Silesian University of Technology, Gliwice

Abstract: The main purpose of this paper is to present how the new information technologies can be used to aid engineering education in the area of fault diagnosis and fault-tolerant control.

A 3D virtual reality model of the second stage of a water filtration system together with its simulation model are pointed out as a useful learning mean for stimulating education in the domain of advanced control theory at the university level. Some applications of the elaborated tool for presenting either fault diagnosis or fault-tolerant control issues are given and the most important merits and limits of the proposed approach in the education process discussed.

Keywords: fault diagnosis, fault-tolerant control, information technologies, virtual reality, interactive education tools

1. Introduction Nowadays, it is well understood that technical systems and processes must be safely and reliably operated due to requirements of a human life and a health protection, an environment quality management, as well as of economic interests. From this point of view, such objects require advanced control rules taking into account these three factors simultaneously. It leads to development of more and more useful and effective methods, which can be used in real world applications. Recent achievements in control theory and its industrial usage are included into three closely related parts: robust control, fault diagnosis and fault-tolerant control [2, 10, 12]. The sufficient knowledge and skill sets are also needed for scientists and engineers in order to be able to read and understand international publications in this field. Technical universities and colleges in the whole world offer a number of programs for students containing courses on subjects such as robust control, fault diagnosis and fault-tolerant control design. On the other hand, there are publicly available benchmark projects that can be employed for either learning or research purposes in this domain.

There are available a number of courses connected with diagnostics, robust control, fault-tolerant control, e.g.

“Vibration analysis training” delivered by Mobius Institute [21]. It consists of vibration analysis, balancing, shaft alignment, condition monitoring and reliability trainings.

84

The course follows the ISO 18436-2:2003 standard specifying the training requirements and certification process resulting in a vibration analyst certificate.

Currently, following the rapid achievements in computer science, software and hardware development, a growing number of applications of virtual and augmented reality technologies in development of training mobile systems are noticed. Such systems aid the user carrying-out maintenance or diagnostics tasks on real objects [6, 13], e.g. during the building a noise map generated by a machine (device) [17], maintenance of an armored personnel carrier turret [7]. Furthermore, there are also available other augmented reality training systems applied in machinery design [11], medical diagnostics [15], as well as education and entertainment [8].

A second comprehensive source of knowledge and diagnostic data are the benchmarks being some kind of training and test platforms, known for many years. For example, in the early ’90s there was developed a numerical model (Tennessee Eastman plant simulator) of an industrial chemical process [5]. This is the model of gasliquid exothermic reactions and incorporates models of a reactor, separator and recycle arrangement. The model of the process was shared as the FORTRAN subroutines.

The purpose of sharing was to develop study and evaluate process control technology [18]. The benchmark DAMADICS [1] is a set of on-line diagnostic tools applicable for the power, food processing and chemical industries.

The training concerns development and integration of many diagnostic methods applied in a real sugar factory, mainly for valves plant actuators. The next example [20] concerns a simulation of continuous stirred tank heater (CSTH) pilot plant. The model takes into account volumetric and heat balances, and measured (not simulated) nonlinearities of the actuator and process. The benchmark contains the Simulink model, experimental data, and some suggestions for system identification, fault detection and diagnostics. There is also available the benchmark model for the fault-tolerant control of wind turbines [16]. The model incorporates actuators, sensors and system faults in the drive train, pitch system, generator and converter system. Also DiaSter [4] – Intelligent System for Diagnostics and Automatic Control Support deserves attention.

Fig. 1. A 3D virtual reality model of the power plant Rys. 1. Trójwymiarowy wirtualny model elektrowni

This system implements advanced methods of modeling, diagnostics and control of industrial processes. DiaSter system is composed of a core software platform and specialized packages. It provides the following functionalities: process simulation and modeling, fault detection, fault diagnosis, process parameters processing, virtual sensors and analyzers, knowledge discovery in databases, advanced control and optimization, etc.

The paper presents some results of the project entitled „Interactive education of engineer” – exercise 21: “Maintenance and diagnostics of a selected object”. The object under test is an exemplary power plant. The project resulted in a 3D interactive software containing a virtual model of the power plant (fig. 1). It allows realizing a virtual visit of the user on the power plant, familiarizing the user with the basic diagnostic knowledge, carrying out many on-line and of-line diagnostic tests of the power plan equipment, like a turbo set, a pump, a thrust fan, a coal mill or a conveyor belt. This paper focuses on fault diagnosis and fault-tolerant control of the water filtration system of the power plant.

2. 3D virtual reality and simulation models From 2010 to 2012, Faculty of Mechanical Engineering at Silesian University of Technology carried out a project called InterEdu (http://www.interedu3d.pl). The main purpose of this project was to elaborate interactive didactic materials applying the 3D technology developed by the i3D company (http://www.i3D.pl). This technology allows to create 3D virtual scenes taking advantage of the dynamics occurring between objects. A user can move freely

inside the 3D virtual reality and modify the virtual reality scene by previously defined rules and principles.

One of the tasks of the InterEdu project was to develop an interactive application presenting selected issues of maintenance and diagnostics of a complex technical system. A fossil-fuel power station was chosen as an example [14]. The application consists of three logical parts.

The first is a virtual walk through a power station (see fig. 1). It allows to observe stages of electric power generation. Consequently, the user can understand the principle of operation of the power station. In the second part, the application presents selected issues of machines maintenance, particularly shafts alignment of the turbo generator, rotor balancing and others. The third part of the application is diagnostics of machines and industrial processes [3]. It is where the user can inspect the turbine blades, bondage and wheels using the endoscopic technology. It is also possible to diagnose a condition of a turbo generator, a coal mill and a coal conveyor using vibro-acoustic measurements. A second stage of the water filtration system (fig. 2, 3) was selected to present the main issues of fault diagnosis and fault-tolerant control. This system was chosen due to the similarity to the classic three tanks system [12].

In thermal power stations, a high degree of water cleanliness is required due to the requirements of the steam production process [19]. For this reason, the thermal power stations have multi-stages systems of the water filtration. The first few steps in the water filtration process are performed using the mechanical filtration. Unfortunately, detailed information about such systems is not generally available in the technical literature. For this reason, an individual proposition of the water filtration system

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

85

Nauka

(a)

(b)

(c)

Moreover, the simulation model was extended to other elements of the water filtration system such as the pump (2), two self-cleaning filter systems (3, 4) and the pipes (5–7) connecting them to the other components in the power plant. Simulink models of these elements have also the possibility to simulate the faults affecting the functional behavior of the whole system. In this way, it was possible to obtain a wide range of actu(d) (e) ator, sensor as well as plant component faults. There are also two fault-tolerant regulators, embedded in the feedback loops, for automatic and systematic control the water pressure (8) of the water flow (9) in the pipeline despite faults that might affect the performance of this plant.

As seen in fig. 3(b), for diagnostic and fault toleFig. 2. Selected components of the water filtration system: (a) an automatic self-cleaning rant control purposes, only water filter, (b) a control valve, (c) a control panel, (d) a flow meter, (e) a globe valve selected process variables are Rys. 2. Wybrane komponenty układu filtracji wody: (a) filtr samoczyszczący, (b) zawór available, such as the temperegulacyjny, (c) panel sterowania, (d) przepływomierz, (e) zawór ręczny rature TIP1 [°C], pressures PIP1-6 [bar], main pipeline flow rates FIP1-3 [m3/h], the was developed at the Faculty. It is based on two automaestimated pomp efficiency PE [%], the valve plug displatic and self-cleaning filters made by the HYDAC company cement RV1 [%] and reference signal values like the water [9]. Details of the proposition are shown in fig. 3(a). The flow set-point CV1 [m3/h], the pressure set-point CV2 remaining components are: a pump unit with a 3-phase [bar] and the position set-point CVRV1 [%]. This model is asynchronous motor, a control valve and a digital valve released for students and can be completed and modified in different ways during laboratory classes or homework controller (fig. 2(b)), globe valves (fig. 2(e)), a safety valve, flow meters (fig. 2(d)), pressure sensors, a tempeexercises. The 3D model of the water filtration system was rature sensor, an operator control panel with an interdesigned in such a way, that the dynamic behavior of the system operating under steady state and fault conditions face to SCADA system (fig. 2(c)), pipes, pipe joints and pipe supports. was emulated with the use of the simulation model. ThereA setting point of our system is defined by the values of fore, it can be applied by lecturers to create the on-line pressure and water flow at the outlet of the second filter. interactive animations which can be presented during The developed system enables control of these two paralectures and other classroom activities to clearly explain meters. The water flow is controlled by the control valve the most important issues in designing fault diagnosis and and the pressure by the pump. An additional element that fault-tolerant control systems. was introduced in the presented filtration system includes a bypass of the control valve (fig. 3(a)). This solution 3. Case studies allows to replace the valve without the necessity to shut down the filtration system.

In the section, some results of using the elaborated learFig. 3(b) illustrates the MATLAB/Simulink model ning means are briefly described. Inserted examples show created using the concept and ideas proposed in the how the new information technologies can be employed frame of the DAMADICS project [1]. Elements like an to aid the engineering education in a domain of the paper electro-pneumatic valve actuator (1) and fault simulasubject. The first one is concentrated on the problem of fault detection and isolation for the water filtration systion blocks were directly used from the DABLIB library.

86

a)

b)

Fig. 3. 3D virtual reality scene (a) and simulation models (b) of the water filtration system Rys. 3. Wirtualny model 3D (a) i model symulacyjny (b) układu filtracji wody

tem, whereas the second focused on fault-tolerant control of the plant. In order to present some aspects more clearly only three faults presented in tab. 1 are investigated.

Tab. 1. The set of the considered faults Tab. 1. Zbiór rozważanych uszkodzeń f0

Faultless

f1

Pipeline clogging

f2

Flow rate sensor fault (FIP3)

f3

Servomotor’s diaphragm perforation

Model-based fault detection is realized herein using a well-known diagnostic scheme where a model of the process is created for fault-free conditions [12]. Eleven different relationships between process variables were discovered using autoregressive with exogenous input models (ARX). The Akaike information criterion was used for determining the structure of each model. The least-squares method was applied to estimate parameters of ARX models. The mean absolute percentage error calculated for every model during the identification procedure was smaller than 5 % and the histogram of the error signal (residual) had normal distribution. All the residuals are obtained in the same manner presented in fig. 4.

After input/output signal pre-processing, the output of

Fig. 4. Model-based fault detection scheme Rys. 4. Schemat detekcji uszkodzeń oparty na modelu Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

87

Nauka

a)

b)

c)

d)

e)

f)

Fig. 5. Selected examples of actuator and plant component faults of the water filtration system Rys. 5. Wybrane przykłady uszkodzeń układów wykonawczych i komponentów instalacji filtracji wody

the ARX model of the relation FIP1 = (PIP1, PIP2, CV1) is compared with the measured signal FIP1. The decision thresholds are calculated with the use of the mean and standard deviation of the residual obtained in the testing procedure and the diagnostic signal is generated when the lower or upper threshold is exceeded.

88

Diagnostic signals from residual generation and evaluation blocks are passed to the input of the fault isolation module. This part of the diagnosis process is carried out using the binary diagnostic matrix that represents the relation existing between the values of bi-state signals (diagnostic signals) and faults [12]. In this paper it was

Fig. 6. Active fault-tolerant control scheme Rys. 6. Schemat aktywnego sterowania odpornego

designed using system equations taking into account the effect of faults.

Fig. 5 shows the example slides obtained by means of the interactive learning tool. These pictures deal with two scenarios with faults f1 and f3 (tab. 1). The fault f1 is an incipient change in the process, but it is assumed that the final stage of its propagation is observed. The second fault is an abrupt event in the structure of the actuator valve and it appears after 2000 s. Fig. 5(a) and (b) present screens from the interactive animations with 3D model representations of the plant’s components that can be used to visualize physical defects associated with faults f1 and f3.

It can be seen in fig. 5(a), that the pipe clogging fault is caused by limescale build-up due to water quality. It is well known that pressure drop in the pipe is proportional to the square of the velocity and the length of the pipe, whereas is inversely proportional to the pipe diameter. It is valid for all fluids in both laminar and turbulent flow.

As a result it leads to a strong nonlinear behavior of the system working under pipeline clogging fault. It can be observed in fig. 5(c) that water pressure drops (differences of values of PIP1-6) in pipes strongly depend on the velocity of the medium. If the velocity of the water is low (1000–1800 s) there is no problem with the feedback control of the pressure in the pipe network even though the fault f1 occurs in the process. In contrary, if the velocity of the water is high (1800–3600 s) the pressure set-point CV2 is not achieved. Such nonlinear behavior not only can be observed in process variables but also has a significant influence on the values of the diagnostic signals.

The results of fault detection are presented in fig. 5(e).

As is shown, diagnostic signals S1, S5, S6, S8, S9, S11 point out the fault f1 over the whole time period, while signals S2 and S10 react on this fault after 2200 s and 2500 s respectively.

The effect of the fault f3 is presented in fig. 5(b). Servomotor’s diaphragm perforation of the actuator valve is caused by e.g. fatigue and ageing processes. It has a significant impact on the stability of the water flow control loop. Fig. 5(d) shows how the water flow control device

a)

b)

Fig. 7. Examples of classic and fault-tolerant control using the virtual flow sensor Rys. 7. Przykłady sterowania klasycznego i odpornego z użyciem wirtualnego czujnika przepływu

responds to the fault occurred at 2000 s. It can be seen that the control system of the actuator valve is in the unstable state for a few seconds. and the water flow in the pipeline grows up dangerously to the unacceptable

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

89

Nauka

level. After that, the flow returns to the set-point value CV1. It should be noted that, in this case, there were neither active nor passive fault-tolerant control rules designed. The typical PID controller of the actuator valve worked in such a way that the fault f3 was masked. It is well seen in fig. 5(f) that almost all the diagnostic signals indicate the fault for a short period of time, instead of the signal S7 changing its state from the moment when the fault occurred to the end of the simulation.

The last regarded example is focused on the problem of fault tolerant control of the process subjects to constraints and the fault f2 in the flow rate sensor FIP3. In this case, control rules were designed with the use of an active fault-tolerant control strategy. The scheme of the elaborated controller is shown in fig. 6. It is based on the PID controller that regulates the variable FIP3 at the set-point CV1. Fault-tolerance is achieved by switching the signal from the flow meter sensor FIP3 to the signal from the virtual one. This virtual sensor is modeled in the same way as it was mentioned in the case of the fault detection example. The output signal from the ARX model of the relation FIP3 = (PIP1, PIP2, CV1) is used as a reference signal in the feedback loop. The decision about the time of the switching event is dependant on the values of the diagnostic signals coming from the fault detection and isolation modules.

Fig. 7 presents the difference between classic and faulttolerant control due to the abrupt fault f2 that occurs at 2000 s. The first plot (fig. 7(a)) shows the fault-free case.

It can be observed that the real water flow rate (measured by FIP1 − 2) in the pipeline is smaller than the other measured by the fault sensor FIP3. The second one (fig. 7(b)) illustrates how the set-point flow rate is achieved when the virtual sensor signal is employed in the feedback control loop.

4. Conclusions In the paper, the authors have presented the complete tool to aid engineering education in the area of fault diagnosis and fault-tolerant control currently applied at Silesian University of Technology. Lecturers can use it to create the on-line interactive three-dimensional animations that can be shown during lectures and other classroom activities. On the other hand, students can apply it during laboratory classes or homework exercises to acquire knowledge and technical skills in practical aspects of the advanced control system design. The main merit of the described application is that the students can develop and test fault diagnosis and fault-tolerant control algorithms without using the real world plant. Moreover, they can see the physical effects of the faults that might occur in the process. The limit of the elaborated solution is the problem with the implementation of other types of faults for the reason that new 3D models and animations must be prepared. It is planned by the authors to develop this framework in order to have much more realistic behavior of the system and much more interactive user interface.

90

Acknowledgements The research has been partially financed by the Institute of Fundamentals of Machinery Design and also carried out within the framework of the project ’Interactive Education of Engineer’ co-financed by the European Union under the European Social Fund.

Bibliography 1. Bartys M., Patton R., Syfert M., de las Heras S., Quevedo J., Introduction to the DAMADICS actuator FDI benchmark study, “Control Engineering Practice”, Vol. 14, No. 6, 2006, 577–596, DOI: 10.1016/j.conengprac.2005.06.015.

2. Blanke M., Kinnaert M., Lunze J., Staroswiecki M., Diagnosis and Fault-Tolerant Control. Springer, 2nd ed., 2006. DOI: 10.1007/978-3-540-35653-0.

3. Cempel C., Podstawy wibroakustycznej diagnostyki maszyn, WNT, Warszawa 1982.

4. Cholewa W., Korbicz J., Koscielny J.M., Patan K., Rogala T., Syfert M., Witczak., Diagnostic methods, [In:] Modeling, Diagnosis and Process Control. Implementation in the DiaSter System, Korbicz J., Koscielny J.M. (eds.), Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg, 2011, 153–231.

5. Downs J., Vogel E., A plant-wide industrial process control problem, “Computers and Chemical Engineering”, Vol. 17, No. 3, 1993, 245–255.

6. Henderson S., Feiner S., Augmented and Mixed Reality for Training, [In:] The PSI Handbook of Virtual Environments for Training and Education, Nicholson D., Schmorrow D., Cohn J. (eds.), Vol. 3, Praeger Security International, Westport, 2008.

7. Henderson S., Feiner S., Evaluating the Benefits of Augmented Reality for Task Localization in Maintenance of an Armored Personnel Carrier Turret, [In:] Proc. International Symposium on Mixed and Augmented Reality (ISMAR 09), 2009.

DOI: 10.1109/ISMAR.2009.5336486.

8. Hughes C.E., Stapleton C.B., Hughes D.E., Smith E.M. Mixed reality in education, entertainment, and training, “Computer Graphics and Applications”, IEEE, Vol. 25, No. 6, 2005, 24–30, DOI: 10.1109/MCG.2005.139.

9. HYDAC AutoFiltr RF3 Automatic Self-Cleaning Filter, 2008, [www.hydacusa.com].

10. Isermann R., Fault-Diagnosis Systems: An Introduction from Fault Detection to Fault Tolerance, Springer, 2005.

11. Januszka M., Moczulski W., Acquisition and Knowledge Representation in the Product Development Process with the Use of Augmented Reality, [In:] Concurrent Engineering Approaches for Sustainable Product Development in a Multi-Disciplinary Environment, J. Stjepandic et al. (eds.), Springer-Verlag, London 2013, 315–326. DOI: 10.1007/978-1-4471-4426-7_27.

12. Korbicz J., Koscielny J.M., Kowalczuk Z., Cholewa W. (eds.): Fault Diagnosis, Models, Artificial Intelligence, Applications, Springer, 2004.

13. Moczulski W., Panfil W., Januszka M., Mikulski G., Applications of augmented reality in machinery design, maintenance and diagnostics, [In:] Recent Advances in Mechatronics, Springer-Verlag, BerlinHeidelberg 2007, 52–56, DOI: 10.1007/978-3-540-73956-2_11.

14. Moczulski W., Januszka M., Psiuk K., Wylezoł M., Cholewa A., Zagadnienia diagnostyki maszyn i procesów w interaktywnym systemie 3D InterEdu, XL Jubileuszowe Ogólnopolskie Sympozjum ’Diagnostyka Maszyn’, Wisła, 4–8 marca 2013.

15. Navab N., Blum T., Wang L., Okur A., Wendler T., First Deployments of Augmented Reality in Operating Rooms, “Computer”, Vol. 45, No. 7, July 2012, 48–55, DOI: 10.1109/MC.2012.75.

16. Odgaard P.F., Stoustrup J., Kinnaert M., Fault tolerant control of wind turbines – a benchmark model, Proceedings of the 7th IFAC Symposium SAFEPROCESS, Barcelona, Spain, June 2009, DOI: 10.1002/rnc.2993.

17. Panfil W., Moczulski W., Wyczółkowski R., Reasoning in machinery diagnostics aided by Augmented Reality system, “Diagnostyka” 2(35)/2005, 89–94.

18. Russell E.L., Chiang L.H., Braatz R.D., Datadriven Methods for Fault Detection and Diagnosis in Chemical Processes, Advances in Industrial Control, Springer-Verlag, London 2000, DOI: 10.1007/978-1-4471-0409-4.

19. Standa J., Woda do kotłów parowych i obiegów chłodzących siłowni cieplnych, Wyd. 3, WNT, Warszawa 1999.

20. Thornhill N., Patwardhan S., Shah S., A continuous stirred tank heater simulation model with applications, “Journal of Process Control”, Vol. 18, 2008, 347–360, DOI: 10.1016/j.jprocont.2007.07.006.

21. Vibration Analysis and Reliability Training – Mobius Institute Web Page (visited 26.09.2013): [www.mobiusinstitute.com].

Słowa kluczowe: diagnostyka uszkodzeń, sterowanie odporne na błędy, technologie informacyjne, rzeczywistość wirtualna, narzędzia interaktywne w kształceniu

Artykuł recenzowany, nadesłany 24.06.2013, przyjęty do druku 08.10.2013.

Wojciech Moczulski, Prof. PhD DSc. He is a professor in the Institute of Fundamentals of Machinery Design at Silesian University of Technology at Gliwice. His researches are focused on: design and operation of the machines, computer science, particularly in machinery diagnostics and application of methods and means of Artificial Intelligence. He is author and co-author of over 200 publications. He is the holder of scholarship of Humboldt’s Foundation at University in Paderborn (Germany). He managed researches at Wichita State University and University of North Carolina in Charlotte (USA) and many others. Since 2005 he has been Associated Editor of ’Engineering Applications of Artificial Intelligence’. Since 2002 he has been serving as Organizing Committee Chair of the International Symposium on Methods of Artificial Intelligence (AI-METH). He is founder and member of the Central Board of the Polish Society of Technical Diagnostics. e-mail: wojciech.moczulski@polsl.pl Piotr Przystałka, PhD Eng. He is an assistant professor in Institute of Fundamentals of Machinery Design at Silesian University of Technology.

He received his PhD from the Faculty of Mechanical Engineering in 2009 with his dissertation on the methodology of neural modeling in fault diagnosis with the use of the chaos theory. His research focus is on fault diagnosis and fault-tolerant control, rapid prototyping of control systems and mobile robotics. e-mail: piotr.przystalka@polsl.pl

Interaktywne kształcenie inżynierów w zakresie diagnostyki procesów i sterowania odpornego na błędy Streszczenie: Głównym celem artykułu jest zaprezentowanie nowych technologii informacyjnych do wspomagania nauczania w zakresie diagnostyki procesów i sterowania odpornego na błędy i uszkodzenia. Zaproponowano trójwymiarowy wirtualny model układu filtracji wody stanowiący jeden ze stopni systemu przygotowania wody w elektrowni.

Model ten połączono z jego modelem symulacyjnym, otrzymując narzędzie przydatne do stymulacji procesu nauczania akademickiego w zakresie zaawansowanych systemów sterowania. W artykule pokazano przykłady zastosowania opracowanego systemu informatycznego do prezentacji zagadnień z diagnostyki uszkodzeń oraz sterowania odpornego. Artykuł kończy dyskusja na temat zalet i ograniczeń proponowanego podejścia w zakresie procesu kształcenia.

Dominik Wachla, PhD Eng. He is an assistant professor at the Faculty of Mechanical Engineering at Silesian University of Technology. His research is focused on the application of methods of artificial intelligence in the technical diagnostics of machinery and industrial processes. e-mail: dominik.wachla@polsl.pl Wawrzyniec Panfil, PhD Eng. He is an assistant professor in Institute of Fundamentals of Machinery Design, Silesian University of Technology. He deals with designing and operation of machines, autonomous mobile robots systems and applications of augmented reality in machinery diagnostics and maintenance. e-mail: wawrzyniec.panfil@polsl.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

91

Indeks firm zestawienie reklam i materiałów promocyjnych

ABB Sp. z o.o.

tel. 22 22 02 034 www.abb.pl

22–24

Astor Sp. z o.o.

tel. 12 428 63 00 www.astor.com.pl

37

Automatyka-Pomiary-Sterowanie SA

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

57

Balluff Sp. z o.o.

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

Eaton Electric Sp. z o.o.

tel. 58 554 79 00 www.eaton.com www.moeller.pl

PPUH Eldar

92

tel. 77 442 04 04 www.eldar.biz

50–51

II okł., 70–71

13, 68–69

Elesa+Ganter Polska Sp. z o.o.

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

12, 13

Elmark Automatyka Sp. z o.o.

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

12, 15, 75

Festo Sp. z o.o.

tel. 22 711 42 71 www.festo.pl

I okł., 28–29

GBI Partners Sp. z o.o.

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

43

Guenther Polska Sp. z o.o.

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

HARTING Polska Sp. z o.o.

tel. 71 352 81 71 www.HARTING.pl

12

igus Sp. z o.o.

tel. 22 863 57 70 www.igus.pl

72–73

Jumo Sp. z o.o.

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

9

KUKA Roboter CEE Sp. z o.o.

Oddział w Polsce

tel. 32 730 32 14 www.kukarobotics.pl

LAB-EL Elektronika Laboratoryjna s.j.

tel. 22 753 61 30 www.label.pl

11, 59

31

60–61

o2 Sp. z o. o.

tel. 22 398 88 88 www.poczta.o2.pl

49

o2 Sp. z o. o.

tel. 22 398 88 88 www.pej.cz

36

ONT

tel. 12 630 49 56 www.ont.com.pl

42–44, IV okł.

PELTRON TPH Sp. z o.o

tel. 22 615 63 56 fax 22 615 70 78

13

Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

tel. 22 874 00 00 www.piap.pl

52–58

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

tel. 61 222 74 22 www.wobit.com.pl

45, 65

Radwag Wagi Elektroniczne

tel. 48 384 88 00 www.radwag.pl

III okł.

RS Components GmbH

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

Schmersal-Polska sp. j.

E. Nowicka, M. Nowicki

tel. 22 816 85 78 www.schmersal.pl

21

SCHUNK Intec Sp. z o.o.

tel. 22 726 25 00 www.schunk.com

25–27

SEMICON Sp. z o.o.

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

15, 30

SEW-Eurodrive Polska Sp. z o.o.

tel. 42 676 53 00 www.sew-eurodrive.pl

Świętokrzyskie Centrum Innowacji i Transferu Technologii Sp. z o.o.

tel. 41 34 32 910 www.it.kielce.pl

Targi Lublin S.A.

tel. 81 458 15 11 www.targi.lublin.pl

Zeva Creator s.c.

7

46–48

74, 76

tel. 77 461 54 53 www.zevacreator.com

Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2013

44

67

93

REDAKCJA

PRENUMERATA miesięcznika „Pomiary Automatyka Robotyka” Rok 17 (2013) nr 11 (201) ISSN 1427-9126, Indeks 339512 Redakcja Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa tel. 22 874 00 66, 22 874 02 02, 22 874 01 91 fax 22 874 02 02 e-mail: redakcja@par.pl www.par.pl

Prenumeratę można zamówić pod następującymi adresami: Redakcja PAR Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa tel. 22 874 03 51

Rada programowa dr inż. Mariusz Andrzejczak, Bumar Sp. z o.o. prof. dr hab. inż. Jan Awrejcewicz, Katedra Automatyki i Biomechaniki, Politechnika Łódzka dr inż. Janusz Berdowski, Polskie Centrum Badań i Certyfikacji SA prof. dr hab. inż. Tadeusz Glinka, Instytut Elektrotechniki i Informatyki, Politechnika Śląska dr inż. Stanisław Kaczanowski, prof. PIAP, Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP dr Aleksandra Kolano-Burian, Instytut Metali Nieżelaznych prof. dr hab. inż. Andrzej Masłowski, Instytut Automatyki i Robotyki, Politechnika Warszawska prof. dr inż. Tadeusz Missala, Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP prof. dr hab. inż. Zdzisław Mrugalski, Instytut Mikromechaniki i Fotoniki, Politechnika Warszawska prof. dr inż. Eugeniusz Ratajczyk, Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, Politechnika Warszawska dr hab. inż. Waldemar Skomudek, prof. PO, Wydział Inżynierii Produkcji i Logistyki, Politechnika Opolska dr hab. inż. Roman Szewczyk, prof. PW, Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, Politechnika Warszawska dr hab. inż. Andrzej Szosland, prof. PŁ, Katedra Pojazdów i Podstaw Budowy Maszyn, Politechnika Łódzka prof. dr hab. inż. Eugeniusz Świtoński, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika Śląska prof. dr hab. inż. Krzysztof Tchoń, Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki, Politechnika Wrocławska doc. dr inż. Jan Tomasik, Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, Politechnika Warszawska

fax 22 874 02 02

Redaktor naczelny dr inż. Jan Jabłkowski

Oddział Krajowej Dystrybucji Prasy

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

infolinia: 801 443 122

Sekretarz redakcji mgr Urszula Chojnacka Zespół redakcyjny dr inż. Jan Barczyk – robotyka mgr Sylwia Batorska dr inż. Jerzy Borzymiński prof. dr hab inż. Wojciech Grega – automatyka prof. dr hab. inż. Krzysztof Janiszowski dr inż. Małgorzata Kaliczyńska – redaktor merytoryczny/statystyczny mgr Anna Ładan – redaktor językowy prof. nzw. dr hab. inż. Mateusz Turkowski – metrologia mgr inż. Jolanta Górska-Szkaradek mgr inż. Elżbieta Walczak Marketing mgr inż. Jolanta Górska-Szkaradek, jgorska@par.pl mgr Sylwia Batorska, sbatorska@par.pl Skład i redakcja techniczna Ewa Markowska, emarkowska@par.pl EDIT Sp. z o.o.

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

Wersją pierwotną (referencyjną) jest wersja papierowa.

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za treść publikacji o charakterze reklamowym oraz zastrzega sobie prawo skracania i adiustacji tekstów. © Wszelkie prawa zastrzeżone

94

na stronie www.par.pl/prenumerata Koszt prenumeraty STANDARD (dla firm, instytucji i osób fizycznych): yy roczna – 99,00 zł, yy dwuletnia – 176,00 zł.

Koszt prenumeraty EDU (dla uczniów, studentów, nauczycieli i pracowników naukowych): yy roczna – 69,99 zł, yy dwuletnia – 120,00 zł.

Prenumeratę pod ww. adresami rozpocząć można od dowolnego numeru, na dowolny okres. Koszt przesyłki pokrywa dostawca.

Prenumeratę można także zamówić u następujących kolporterów: Zakład Kolportażu Wydawnictwa SIGMA-NOT ul. Ku Wiśle, 00-707 Warszawa tel. 22 840 30 86 lub 22 840 35 89 kolportaz@sigma-not.pl www.sigma-not.pl RUCH SA ul. Annopol 17a, 03-236 Warszawa prenumerata@ruch.com.pl www.prenumerata.ruch.com.pl KOLPORTER Spółka z o.o. S.K.A. Centralny Dział Prenumeraty ul. Bakaliowa 3, 05-080 Izabelin-Mościska infolinia: 801 404 044 prenumerata.warszawa@kolporter.com.pl GARMOND PRESS SA ul. Nakielska 3, 01-106 Warszawa tel./fax 22 817 20 12 prenumerata.warszawa@garmondpress.pl www.garmondpress.pl Ceny prenumeraty przyjmowanej przez kolporterów wynoszą: yy roczna – 99,00 zł, yy I półrocze – 54,00 zł, II półrocze – 45,00 zł, yy I, II i IV kwartał – 27,00 zł, III kwartał – 18,00 zł.

Uwaga: Garmond Press SA przyjmuje prenumeratę tylko na okres roczny lub półroczny.

Wszystkie ceny są kwotami brutto.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

95

Modelowanie, projektowanie, symulacja

www.ont.com.pl