Aktuální vydání

celé číslo

06

2017

Smart grids, moderní rozvodné sítě, řízení technických zařízení budov

Automatizace a měření ve vodárenství, hladinoměry

celé číslo
Měření množství tepla

Měření množství tepla je základním předpokladem pro platby za odebrané teplo nebo pro hodnocení ekonomiky určité části provozu či pro optimální provoz a řízení zdroje tepla a horkovodu. Z dlouhodobého hlediska měření tepla poskytuje informace pro posouzení velikosti tepelných ztrát a technického stavu zařízení.   1. Principy měřičů přeneseného tepla   Teoretickým základem měřičů tepla, které je předávané teplonosnou látkou (voda, pára), je vztah pro výpočet tepelného výkonu   Pq= Qm(h1 – h2)          (1)   kde Pqje tepelný výkon (W), Qmhmotnostní průtok teplonosné látky (kg/s), h1, resp. h2 měrné entalpie teplonosné látky na vstupu, resp. na výstupu tepelné sítě (J/kg).   Tepelný výkon Pq je tedy vypočten ze součinu hmotnostního průtoku teplonosné látky Qm a rozdílu měrných entalpií teplonosné látky na vstupu a na výstupu tepelné sítě h1 a h2. Měrnou entalpii teplonosné látky h však není možné zjistit přímým měřením, ale pouze výpočtem ze vztahu   h = cp(t – tref)          (2)   kde cpje měrná tepelná kapacita teplonosné látky (J/(kg∙K)), t teplota teplonosné látky (°C), tref referenční teplota (obvykle 0 °C) [1].   Stejný princip, který je využíván k měření předaného tepla, lze využít i k měření chladu předávaného prostřednictvím vhodného média.   1.1 Měření tepla přenášeného kapalným médiem Jestliže je hmotnostní průtok Qm nahrazen průtokem objemovým QV (m3/s) a podle vztahu (2) je dosazen do vztahu (1), získá se   Pq= QV(ρ1 cp1 t1 – ρ2 cp2 t2)          (3)   kde ρ a cpjsou hustoty (kg/m3) a měrné tepelné kapacity (J/(kg∙K)) teplonosné látky na vstupu (index 1) a výstupu (index 2) tepelné sítě. Hustota a měrná tepelná kapacita obecně závisejí na teplotě.   Je-li teplonosným médiem voda, v důsledku opačných průběhů hustoty a měrné tepelné kapacity v závislosti na teplotě (obr. 1) lze v určitém rozmezí provozních teplot považovat hodnotu součinu hustoty a měrné tepelné kapacity za velmi málo závislou na teplotě a tento součin je pak možné nahradit tzv. tepelným součinitelem k (J/(m3∙K)). V praxi jsou hodnoty tepelného součinitele uloženy v paměti vyhodnocovací jednotky a není nutné je nastavovat.   S využitím tepelného součinitele se pak získá základní vztah pro tepelný výkon předávaný vodou jako teplonosným médiem   Pq= QVk (t1 – t2)           (4)   Z tohoto teoretického vztahu plyne, že pro vyhodnocení tepelného výkonu Pqje třeba měřit objemový průtok QVa teplotní rozdíl (t1 – t2).   Celkové odebrané teplo Qq(J nebo W·s) se získá integrací tepelného výkonu Pqza časový interval od τ1 do τ2.   rovnice 5          (5)   Zjednodušený výpočet podle vztahu (4) lze využít jen při měření v teplovodních sítích. V horkovodních sítích by zjednodušení znamenalo zanesení poměrně velkých chyb, protože jak hustota vody, tak její měrná tepelná kapacita se s teplotou značně mění. V těchto případech je nutné při výpočtu závislosti na teplotě postupovat v souladu se vztahem (3).   Schéma na obr. 2 ukazuje obecné zapojení zařízení pro měření tepelného výkonu a spotřebovaného tepla předávaného kapalným teplosměnným médiem (nejčastěji vodou).   Základní součásti, které tvoří zařízení pro měření tepla přenášeného vodou, jsou: snímač průtoku FI 03, párované teploměry TI 01 a TI 02 a vyhodnocovací jednotka, která vypočítává tepelný výkon a předané teplo podle vztahů (4) a (5).   Jako snímače teploty se nejčastěji používají párované odporové teploměry Pt100 nebo Pt500 ve čtyřvodičovém zapojení. Průtok se měří ve větvi s ochlazenou vodou a k měření se u kompaktních měřičů využívají průtokoměry lopatkové nebo turbínové, ultrazvukové a indukční (za předpokladu dostatečné elektrické vodivosti vody), u výkonnějších průmyslových měřičů tepla se používají průtokoměry se škrticími orgány (se clonou), ultrazvukové a vírové.   Mikroprocesorem řízená vyhodnocovací jednotka (kalorimetrické počítadlo) vyhodnocuje množství tepla při zohlednění hustoty a měrné tepelné kapacity teplosměnného média, popř. pomocí tepelného součinitele k. Vyhodnocovací jednotka je vybavena displejem, na kterém se zobrazují aktuální hodnoty tepelného výkonu, množství předaného tepla, dále je možné zobrazit momentální průtok média, teploty na vstupu a výstupu, maximální hodnoty apod.   Na obr. 3 je schéma zapojení měřiče tepla a příklad kompaktního elektronického měřiče tepla s lopatkovým průtokoměrem PolluCom E [2].   Průtokoměry pro průmyslové měření tepla musí splňovat mnoho požadavků: musí mít malou nejistotu měření, dlouhodobou stabilitu a opakovatelnost měření i při náročných provozních podmínkách. Takovým požadavkům vyhovují např. ultrazvukové průtokoměry. Na obr. 4 je ultrazvukový průtokoměr Krohne UFM 3030 s velmi dobrými metrologickými parametry zapojený do měřicí tratě při měření tepla [3].   Na obr. 5a je příklad vyhodnocovací jednotky měřidla tepla EngyCal RH33 [4], kterou lze použít k měření tepla přenášeného kapalnými médii, jako je voda, směsi vody s glykolem, tepelné oleje apod. Velmi přesně počítá entalpii, tepelný výkon, hustotu a objemový průtok. Jednotka je vybavena univerzálními vstupy, které umožňují připojit různé průmyslové snímače. Pro průtokoměry se využívá proudový signál 4 až 20 mA, popř. pulzní, pro snímače tlaku a teploty 4 až 20 mA, popř. vstupy pro odporové teploměry Pt100, Pt500 nebo Pt1000. Na obr. 5b je vyhodnocovací jednotka měřiče tepla a chladu INMAT 57D s mnoha možnostmi použití [5].   V zahraniční literatuře je možné se setkat s označením BTU-flowmeter; je to přístroj k měření energetického obsahu v tekoucí kapalině udávaného v BTU (British thermal unit).   1. 2 Měření tepla přenášeného vodní párou Pro tepelný výkon předávaný přehřátou a následně kondenzující párou Pqplatí   Pq= Qmcpáry (tp – tk) + QmΔvýpH + Qmcvody (tk – tkv)          (6)   kde Qmje hmotnostní průtok páry nebo vody, cpáry, cvody měrné tepelné kapacity páry a vody (obecně závisejí na teplotě), ΔvýpH měrná výparná entalpie (měrné skupenské teplo kondenzační), tp teplota přehřáté páry v přiváděcím potrubí tepelné sítě, tk teplota kondenzace (≈100 °C), tkv teplota kondenzátu ve vratném potrubí tepelné sítě.   Jednotlivé členy v rovnici (6) představují tepelné výkony předávané: a) ochlazením přehřáté páry z teploty tp na teplotu kondenzace tk ≈ 100 °C, b) kondenzací páry při teplotě tk, c) ochlazením vody na teplotu odcházejícího kondenzátu tkv.   Parametry, které se měří, jsou vyznačeny ve schématu na obr. 6. Jsou to teplota tp a tlak pp přehřáté páry, teplota tkv kondenzátu a průtok Q teplonosného média. Je možné měřit buď průtok páry (přímá metoda) [6], nebo průtok kondenzátu (nepřímá metoda) [7]. Měří-li se objemové průtoky, jsou jejich hodnoty ve výpočetní jednotce přepočteny na hmotnostní průtoky.   Při poklesu hodnot parametrů páry pod mez sytosti (mokrá pára) se pro výpočet množství tepla používá tzv. náhradní metoda, při které se výpočet doplňuje korekčním součinitelem dohodnutým mezi dodavatelem a odběratelem tepla [6], [7].   K měření teploty se obvykle používají párované odporové teploměry ve čtyřvodičovém zapojení. Průtok bývá měřen měřidly se škrticími orgány, ultrazvukovými a vírovými průtokoměry.   Výpočetní jednotka obsahuje matematický člen pro výpočet tepelného výkonu, množství přeneseného tepla na základě měřených parametrů a pro provádění potřebných korekcí měrných tepelných kapacit a hustoty v závislosti na provozní teplotě a tlaku. Mikroprocesorem řízená výpočetní jednotka poskytuje na displeji údaje o tepelném výkonu, množství tepla, průtoku a proteklém množství teplonosného média, teplotách, tlaku i o příslušných součinitelích a konstantách.   Na obr. 7 až obr. 9 jsou ukázky přístrojové techniky využívané k měření množství tepla předávaného v parních tepelných sítích.   Na obr. 7 je ultrazvukový měřič kondenzátu Ultraheat UH50 s vyhodnocovací jednotkou pro měření množství tepla. Na obr. 8 je vírový průtokoměr s integrovanou tlakovou a teplotní kompenzací Optiswirl 4070 C [9]. K měření tedy nejsou zapotřebí další snímače pro měření tlaku a teploty páry; jako výstup je k dispozici i údaj o hmotnostním průtoku. Na obr. 9 je ukázáno clonové měřidlo průtoku s integrovaným snímačem teploty Rosemount 3051SFC [10]. Přístroje pro měření tepla v páře a přístroje pro měření tepla a chladu rovněž vyrábí a dodává firma ELIS Plzeň [6], [7].   2. Použití měřičů tepla Měřiče tepla pro kapalná teplonosná média je možné využít k měření tepla nebo chladu. Nacházejí uplatnění v komunálních teplárenských sítích, při vytápění a chlazení průmyslových objektů a využívají se zejména jako fakturační měřidla. Měřiče tepla přenášeného párou lze využít při používání páry k čištění a sterilizaci v potravinářském a farmaceutickém průmyslu. Investice do měření tepla se vyplatí, protože umožní efektivněji využívat teplonosná média, a tím snižovat provozní náklady.   Některé přístroje jsou vybaveny záznamníkem dat (datalogger), který umožňuje ukládat naměřené hodnoty do paměti v požadovaném formátu včetně časového údaje, důležitého např. při fakturaci. Používá-li se měřidlo pro fakturaci, musí to být stanovené pracovní měřidlo ve smyslu § 3 zákona o metrologii č. 505/1990 Sb. Tato měřidla podléhají povinnému úřednímu ověření.   Měřidla tepla bývají vybavena komunikačním rozhraním (Ethernet, Modbus nebo M-Bus) a díky tomu lze měřidlo integrovat do řídicího a informačního systému závodu nebo teplárenské sítě.   Text článku vychází z kapitoly 10 Měření množství tepla v knize Měření a řízení v potravinářských a biotechnologických výrobách (editoři Kadlec K., Kmínek M., Kadlec P.), Ostrava, Key Publishing, 2015.   Literatura: [1] KADLEC, K.: Měření množství tepla. In: Měření a řízení v potravinářských a biotechnologických výrobách (editoři Kadlec K., Kmínek M., Kadlec P.). Ostrava, Key Publishing, 2015. [2] JSP: Kompaktní měřič tepla PolluCom E [on-line]. [cit. 31. 1. 2016]. Dostupné z: www.jsp.cz/cz/sortiment/seznam_dle_kategorii/merice_prutoku_a_tepla/kompaktni-meric-tepla-pollucom-e.html [3] KOMP, P.: Měření průtoku horké vody v průmyslu v soupravách pro měření množství tepla. Automa, 2010, č. 11, s. 46–47. [4] ENDRESS+HAUSER: Měřič tepla EngyCal RH33 [on-line]. [cit. 31. 1. 2016]. Dostupné z: www.cz.endress.com/cs/Polni-instrumentace-sita-na-miru/System-Components-Recorder-Data-Manager/M%C4%9B%C5%99i%C4%8D-tepla-RH33?highlight=engycal [5] ZPA Nová Paka: Měřič tepla a chladu, vyhodnocovací jednotka průtoku plynu INMAT 57D [on-line]. [cit. 31. 1. 2016]. Dostupné z: www.zpanp.cz/meric-tepla-a-chladu-vyhodnocovaci-jednotka-prutoku-plynu-inmat-57d-280.html [6] ELIS Plzeň: Měření tepla v páře přímou a náhradní metodou STEAMTHERM ST 4000 [on-line]. [cit. 31. 1. 2016]. Dostupné z: www.elis.cz/cs/produkty/merice-tepla-v-pare/system-mereni-tepla-v-pare-steamtherm-st4000.html [7] ELIS Plzeň: Měření tepla v páře nepřímou a náhradní metodou STEAMTHERM ST 5000 [on-line]. [cit. 31. 1. 2016]. Dostupné z: www.elis.cz/cs/produkty/merice-tepla-v-pare/system-mereni-tepla-v-pare-steamtherm-st5000.html [8] JSP: Ultrazvukový měřič tepla a kondenzátu Ultraheat UH50 [on-line]. [cit. 1. 2 . 2 016]. Dostupné z: www.jsp.cz/cz/sortiment/seznam_dle_kategorii/merice_prutoku_a_tepla/ultrazvukovy-meric-kondenzatu-ultraheat-uh50.html [9] KROHNE: Vírový průtokoměr OPTISWIRL 4070 [on-line]. [cit. 1. 2. 2016]. Dostupné z: http://cz.krohne.com/cs/vyrobky/mereni-prutoku/virove-prutokomery/optiswirl-4070/ [10] EMERSON: Rosemount Compact Orifice Flowmeters [on-line]. [cit. 1. 2. 2016]. Dostupné z: http://www2.emersonprocess.com/en-us/brands/rosemount/flow/dp-flow-products/compact-orifice-flowmeters/pages/index.aspx   doc. Ing. Karel Kadlec, CSc., ústav fyziky a měřicí techniky VŠCHT Praha (karel.kadlec@vscht.cz)   Obr. 1. Závislost hustoty a měrné tepelné kapacity vody na teplotě Obr. 2. Základní uspořádání zařízení k měření tepla předávaného vodou Obr. 3. Elektronický měřič tepla: a) obecné schéma, b) kompaktní měřič tepla PolluCom E [2] Obr. 4. Ultrazvukový průtokoměr Krohne UFM 330 v potrubí při měření tepla [3] Obr. 5. Vyhodnocovací jednotky měřidel tepla: a) jednotka EngyCal RH33 [4], b) jednotka INMAT 57D [5] Obr. 6. Základní uspořádání zařízení k měření tepla předávaného párou Obr. 7. Ultrazvukový měřič kondenzátu Ultraheat UH50 [8] Obr. 8. Vírový průtokoměr s integrovanou tlakovou a teplotní kompenzací Optiswirl 4070 C [9] Obr. 9. Průřezový kompaktní průtokoměr s integrovaným snímačem teploty Rosemount 3051SFC [10]

Kybernetická bezpečnost průmyslových řídicích systémů (část 1)

Mario Chiock, Del Rodillas   Článek popisuje, co hrozí průmyslovým řídicím systémům z hlediska kybernetické bezpečnosti a shrnuje, jak těmto hrozbám čelit. Uvádí devět základních funkcí, které by měla splňovat moderní platforma pro zabezpečení průmyslových řídicích systémů, aby zajistila maximální dostupnost zařízení a přitom je ochránila před existujícími i dosud neznámými hrozbami.   Článek je redakčně upravenou verzí studie Defining the 21st Century Cybersecurity Protection Platform for ICS společnosti Palo Alto Networks.   Průmyslová výroba přebírá mnohé postupy a nástroje ze světa informačních a komunikačních systémů (ICT – Information and Communication Technology), aby využila jejich pružnost, rychlost, propojitelnost a cenovou výhodnost. Do průmyslu začíná pronikat koncepce internetu věcí – v podobě IIoT (Industrial Internet of Things) již dnes pomáhá zajišťovat prediktivní údržbu a v budoucnu se může stát základem zcela nových multiagentních výrobních a podnikatelských modelů.   Tento vývoj ale zanáší do řízení průmyslové výroby také slabiny ICT. Hrozí nebezpečí, že tato slabá místa se stanou vstupní bránou pro nevítané návštěvníky, kyberzločince a kyberteroristy nebo že budou využita v kybernetické válce. Rizika s tím spojená jsou o to větší, že průmyslové řídicí systémy (ICS – Industrial Control System) a systémy SCADA jsou často součástí kritické infrastruktury.   V současné době jsme konfrontováni nejen se zvětšujícím se počtem kybernetických útoků, ale i s jejich rostoucí důmyslností a zacílením právě na kritickou infrastrukturu a průmyslové podniky. Existují případy, kdy byly nejen přerušeny technologické procesy, ale dokonce i zničeno zařízení. Potřeba zvyšovat zabezpečení průmyslových řídicích systémů, tzv. kybernetickou bezpečnost1), proto ještě nikdy nebyla tak velká jako teď. Zatímco pracovníci oddělení IT mohou nová opatření ke zvýšení kybernetické bezpečnosti zavádět velmi rychle, správci provozní techniky (OT – Operational Technology) musí být opatrnější, protože musí respektovat extrémní požadavky na zajištění dostupnosti zařízení a kontinuity technologických procesů. V oblasti procesní techniky není výjimkou, že zařízení musí nepřetržitě pracovat mnoho měsíců či několik let. Po tuto dobu je nepřípustné provádět jakékoliv změny a aktualizovat software, byť by šlo o zabezpečení slabých míst. Jindy se administrátoři OT záměrně vyhýbají antivirovým programům a službám IPS (Intrusion Prevention Service) z obavy ze zablokování funkce řídicího systému nebo snížení jeho funkční bezpečnosti a výkonnosti. Tyto programy a služby tedy operátoři buď spustí pouze v režimu detekce, nebo je nepoužívají vůbec. Dokonce i metody, které jsou ve světě ICT zcela běžné, např. skenování a vyhledávání slabých míst, mohou u průmyslových počítačů PLC způsobit selhání, protože tato zařízení na takové akce nejsou stavěna. Uvedená omezení způsobují, že zabezpečení ICS je obzvlášť unikátní a obtížné.   Výsledkem je, že mnohé výrobní podniky používají pro své ICS podivný souhrn obstarožních metod zabezpečení, které je obtížné udržovat, poskytují jen velmi omezený přehled o bezpečnostní situaci a lze je jen těžko využít k preventivním bezpečnostním úkonům. Právě takové podniky jsou často primárním cílem pro útočníky – někdy čistě jen proto, aby si na nich ověřili kvalitu svých kybernetických útoků. Bezbrannost průmyslových podniků proti stále důmyslnějším útokům je varující a naléhavě vyžaduje řešení.   Pro důkladné zabezpečení ICS proti novodobým hrozbám musí vzniknout nová bezpečnostní platforma, která sloučí různé bezpečnostní technologie tak, aby ICS ochránila i proti nejdůmyslnějším útokům. Platforma musí být schopna nejen upozorňovat na útoky, ale také automaticky vykonávat příslušné akce, a to prostřednictvím svých vlastních služeb, ale rovněž prostřednictvím jiných podpůrných prostředků. Musí ochránit informace uvnitř podniku i sdílené s jinými subjekty. Stejně jako „zlí hoši“ spolupracují na přípravě kybernetických útoků, musí spolupracovat i podniky na společné obraně.   1. Úvod   1.1 Vývoj průmyslových řídicích systémů Pro řízení technologických procesů na provozní úrovni, včetně kritické infrastruktury, např. elektrických rozvodných sítí nebo ropných rafinerií, se používají různé řídicí systémy: průmyslové řídicí systémy založené na programovatelných automatech (PLC) a průmyslových počítačích (IPC), systémy supervizního řízení a sběru dat SCADA nebo distribuované řídicí systémy DCS. V tomto článku budou pro zjednodušení souhrnně označovány jako průmyslové řídicí systémy – ICS. Tyto systémy se v posledních několika desetiletích dramaticky proměnily: od izolovaných proprietárních systémů se sériovými sběrnicemi k současným vysoce propojeným a geograficky rozsáhlým soustavám, které využívají běžně dostupné (COTS) produkty, Ethernet a internetový protokol (IP). Propojení dvou světů, informační a provozní techniky (IT a OT), umožňuje provozovatelům dosáhnout výrazného zvýšení produktivity a úspory nákladů. Další zvýšení produktivity je očekáváno s rostoucím uplatněním mobilních zařízení, virtualizace a cloudových služeb.   1.2 Nové kybernetické hrozby pro ICS Z ekonomického hlediska je integrace IT-OT pro mnoho podniků velmi výhodná. Ovšem spolu s ní přichází i větší ohrožení různými kybernetickými útoky, které mohou snížit dostupnost zařízení, bezpečnost technologických zařízení a integritu provozních dat. Podniky tedy musí hodnotit své řídicí systémy i z pohledu, jak jsou schopny se bránit kybernetickým hrozbám.   Některé z těchto hrozeb jsou specifické jen pro komponenty ICS, jiné jsou relevantní pro IT i OT. Některé mohou pocházet ze zdrojů uvnitř podniku, jiné přicházejí zvenčí. Mohou to být náhodné incidenty i záměrné útoky. Na obr. 1 jsou nejdůležitější vektory hrozeb podle průzkumu Institutu SANS z roku 2014 [1].   První veřejně známý virus zařaditelný do první skupiny externích útoků cílených na ICS byl Stuxnet. Využíval aplikace a soubory COTS a slabiny v softwaru určeném speciálně pro ICS. Cílem tohoto viru bylo vyřadit z provozu íránské zařízení na obohacování uranu. Skutečně se podařilo poškodit speciální odstředivky, jež jsou součástí tohoto zařízení, a poprvé tak došlo k útoku v průmyslovém kyberfyzickém prostoru. Ačkoliv Stuxnet byl již velmi důmyslný, profesionálně navržený virus, od té doby je možné pozorovat další růst propracovanosti útoků na ICS. Zpráva o útoku zvaném Energetic Bear hovoří o dvou nových metodách použitých k útoku na ICS [2]. První využívá malware ukrytý v balíčku softwaru pro ICS, který si uživatel stáhne z webové stránky dodavatele. Dále je využívána znalost protokolu ICS, aby útočník získal přehled o prostředí dotčené organizace. Nebezpečí tkví nejen v průmyslové špionáži, ale také v tom, že prostřednictvím takto získaných znalostí lze ICS na dálku sabotovat.   Další kategorií útoků jsou útoky typu phishing nebo obecněji útoky využívající sociální inženýrství. Patří sem jak útoky typu watering hole, kdy jsou infikovány stránky, jež jsou obětí útoku často navštěvovány, tak také např. zanechání lákavě vypadajícího infikovaného USB-sticku ve veřejně přístupných prostorách firmy, např. v recepci nebo na parkovišti. V podstatě všechny moderní útoky cílené na koncová zařízení využívají některé metody sociálního inženýrství. Například Stuxnet se šířil prostřednictvím USB-sticků, aby tak infikoval notebooky pracovníků inženýrských firem. Energetic Bear používal důmyslnější kombinaci cíleného phishingu (tzv. spearphishingu, kdy útočník pro zvýšení důvěryhodnosti používá informace, které shromáždil o své oběti), útoku watering hole a trojských koní. Například v rámci soustředěného spearphishingového útoku na petrochemické podniky v Norsku v srpnu 2014 [3] bylo potvrzeno padesát útoků na podniky, včetně největšího StatOil. To dokládá, že pro organizované hackery jde o základní metodu, jak se snaží proniknout do sítí provozovatelů kritické infrastruktury.   Kromě virů a phishingu je další velkou hrozbou průnik malwaru do ICS. K tomu může dojít i náhodně – stačí, když se osoba, která má k ICS přístup, připojí infikovaným mobilním zařízením nebo použije infikované přenosné paměťové zařízení. Zdrojem infekce počítačovými červy mohou být také stránky důvěryhodných dodavatelů či partnerů. Ať už jde o malware záměrný nebo nezamýšlený, může způsobit nákladné odstávky nebo bezpečnostní incidenty. Ztráty ve výrobě mohou být mnohamilionové, nehledě na možná zranění, ztráty na životech nebo poškození životního prostředí.   Velmi vážnou hrozbou se ukazuje být také využití exploitů navržených vlastními pracovníky – odborníky na ICS. Exploit je program, který využívá slabé místo softwaru nebo programátorskou chybu, a jeho účelem je, aby autor exploitu získal přístup do systému nebo vyšší uživatelská práva, než mu příslušejí. Veřejně známý je tzv. incident Maroochy Shire [4]. Nespokojený zaměstnanec dodavatele ICS, který řídí systém odvodu splaškových vod v rekreační oblasti Maroochy Shire v Austrálii, využil své hluboké znalosti řídicího systému a nezabezpečenou bezdrátovou síť a jako pomstu za jednání svého zaměstnavatele způsobil únik 800 000 litrů splaškových vod, která se rozlila po místních parcích, v okolí hotelů a pronikla i do řeky. Způsobil tak výraznou škodu na životním prostředí.   Jestliže se provozovatel technologického zařízení sám nebojí kybernetických útoků, může mu ochranu před nimi nařídit stát. V mnoha státech (pozn. red.: včetně ČR) již existují zákony o kybernetické bezpečnosti, které stanovují postihy pro ty organizace z oblasti kritické infrastruktury, které nesplňují regulatorní požadavky. Například v USA a Kanadě se v oboru elektrických rozvodných sítí používají standardy NERC CIP (North American Electric Reliability Corporation – Critical Infrastructure Protection). Chemické podniky v USA zase používají standardy CFATS (Chemical Facility Anti-Terrorism Standards). Jedním z nejnovějších standardů je NIST CSF (National Institute of Standards and Technology – Cyber-Security Framework), kterému podléhají vládní agentury, ale současně je i dobrovolným referenčním standardem pro posuzování kybernetické bezpečnosti v průmyslových podnicích.   1.3 Jaká je připravenost podniků na kybernetické hrozby? V souvislosti s diskusí o kybernetických hrozbách se objevuje velmi důležitá otázka, kterou si musí průmyslové firmy položit: jak je jejich ICS proti těmto hrozbám chráněn? Je třeba se zamyslet nad těmito otázkami: – Je komunikace v síti dostatečně transparentní, aby bylo možné co nejdříve detekovat podezřelé akce? Jak snadné je získat informace o provozu na síti? – Používá se dostatečně silný systém pro kontrolu přístupu, který efektivně omezuje vnější i vnitřní vektory útoků, a přitom nemá negativní vliv na výkonnost ICS? Jak jednoduché je spravovat přístupová práva? – Jak je stávající ICS, který pravděpodobně nelze aktualizovat, chráněn před exploity a malwarem a jak jsou zajištěna jeho slabá místa? Lze nějak omezit doby odstávek způsobených kybernetickými incidenty nebo nutností aktualizovat software? Je podnik připraven čelit kybernetickému útoku, který využívá zatím neznámé viry a malware? Jsou systémy ochrany koncových zařízení a komunikační sítě oddělené, nebo spolupracují, aby lépe ochránily podnik před útoky? Splňuje systém kybernetické bezpečnosti příslušné standardy, nebo je dokonce překračuje? Jestliže se používají moderní prvky jako mobilní zařízení nebo virtualizace, je zajištěna jejich kybernetická bezpečnost, nebo jsou slabým místem obrany?   1.4 Slabá místa ICS z hlediska bezpečnosti Řídicí systémy používané podniky působícími v kritické infrastruktuře již nyní mají určitou úroveň kybernetické bezpečnosti. Je ovšem ještě mnoho podniků, zvláště v těch oblastech průmyslu, kde není silný tlak regulatorních orgánů, jejichž dosavadní ICS jsou proti současným kybernetickým nebezpečím chráněny velmi slabě. Na obr. 2. je ukázána typická konfigurace zabezpečení, používaná mnoha současnými podniky.   Z hlediska zabezpečení sítě používají stávající systémy stavové firewally, tj. firewally se stavovými paketovými filtry, které pracují na síťové a transportní vrstvě, ale nevidí do vrstvy aplikační a neumožňují uživatelsky řízenou kontrolu přístupu, která je nezbytná pro efektivní detekci anomálií v komunikaci. Firmy se snaží slabá místa upravit četnými, ale vzájemně oddělenými řešeními, jako jsou systémy pro prevenci průniku (IPS – Intrusion Prevention Systems) nebo antivirové programy. Je zde ovšem značné riziko špatné konfigurace jednotlivých systémů, nekonzistence informací, snížení výkonnosti ICS a zvýšení nákladů, a to jak pořizovacích, tak provozních. Ke všem těmto nevýhodám přibývá ještě to, že existující systémy pro ochranu koncových zařízení nespolupracují se systémy pro zabezpečení sítě a zpravidla si poradí jen s těmi útoky, které už jsou známé a mají typické projevy. Nejsou schopny zařízení ochránit před dosud neznámými exploity nebo před napadením dosud neznámým malwarem. Systémy kybernetického zabezpečení ICS by si však měly poradit i s útoky typu zero day. Postupné doplňování a aktualizace takovýchto systémů skládajících se z oddělených komponent jsou nesmírně organizačně náročné, a zabezpečení ICS se proto stává velmi složitým úkolem. (pokračování příště)   Literatura: [1] LUALLEN, M.: Survey on Industrial Control Systems Security [on-line]. SANS Institute, 2014. Advisor: Harp, D. [cit. 27. 1. 2016]. Dostupné z: <http://ics.sans.org/media/sans-ics-security-survey-2014.pdf> [2] HENTUNEN, D. – TIKKANEN, A: Havex Hunts for ICS/SCADA Systems [on-line]. F-Secure, 2014. [cit. 27. 1. 2016]. Dostupné z: <www.f-secure.com/weblog/archives/00002718.html> [3] BERGLUND, N.: Oil Industry Under Attack by Hackers [on-line]. NewsInEnglish.no, 2014. [cit. 27. 1. 2016]. Dostupné z: <www.newsinenglish.no/2014/08/27/oil-industry-under-attack-by-hackers> [4] WEISS, J. – ABRAMS, M.: Malicious Control System Cyber Security Attack Case Study – Maroochy Water Services, Australia [on-line]. CSRC NIST, 2008. [cit. 27. 1. 2016]. Dostupné z: <http://csrc.nist.gov/groups/SMA/fisma/ics/documents/Maroochy-Water-Services-Case-Study_report.pdf>   Mario Chiock, American Petroleum Institute, Del Rodillas, Palo Alto Networks   Obr. 1. Nejdůležitější vektory hrozeb pro ICS (SANS ICS Survey 2014) Obr. 2. Typická konfigurace zabezpečení ICS   1) Pozn. red.: Pro odlišení funkční bezpečnosti a bezpečnosti strojů a zařízení (safety) od zabezpečení systémů (security, popř. cyber security) používáme pro security termíny zabezpečení, popř. kybernetická bezpečnost.

Umělý život I: pojem, význam a přístupy k realizacím

Článek, první z dvojice tematicky spjatých pojednání, vysvětluje pojem tzv. umělého života, cíle sledované v tomto oboru a vhodné přístupy k jejich dosažení. Zaměřuje se nejen na aktuální stav v této významné mezioborové oblasti oboru umělé inteligence, ale i na prognózu vývoje v nejbližší době. Značná pozornost je proto věnována trendu současnosti (koncept Průmysl 4.0), kdy kybernetické systémy postupně ovládají nejenom výrobní procesy. V navazujícím příspěvku bude podrobněji popsán a na příkladech ukázán způsob poloautomatického návrhu hybridních modulárních počítačových struktur (architektur) inspirovaných přírodou. This article, the first one from two article series to the topic, describes the concept of so-called Artificial Life, its main goals and suitable approaches for their achievements. The focus is put not only on the current state of this sub-part of Artificial Intelligence, but also on predictions of its development in the near future. The current trend of increasing presence of cybernetic systems in production processes (called Industry 4.0) is described too. The second article of the series will describe one current approach for semi-automatic design of hybrid modular computer architectures inspired by life.

Průmyslové teplotní spínače a termostaty

Teplotní spínače a termostaty zahrnují širokou oblast výrobků, určených k plnění různých funkcí a úloh: od běžných domovních a průmyslových funkcí po náročné bezpečnostní úlohy v energetice, petrochemii a dalších oblastech. Následující odstavce předkládají stručný přehled principů se zaměřením na spínače používané v průmyslu.   Co je to termostat? Termostat je všeobecně užívaný název pro zařízení udržující teplotu na zvolené úrovni v uzavřeném prostoru. Výrobci pod tímto názvem často nabízejí také pokročilé PID regulátory (proporcionální, integrační, derivační) s možnostmi podrobného nastavení. Termostat je však v technické praxi teplotní spínač, resp. dvoupolohový regulátor teploty, v některých případech doplněný proporcionální řídicí složkou. Teplotní spínače jsou v průmyslu určené spíše než k řízení regulovaných soustav k signalizaci dosažené úrovně teploty, zpravidla jako prvky s bezpečnostní funkcí. Uvedené vyloučení funkce řízení nelze brát zcela doslova. Jistě jsou použitelné i u jednoduchých systémů k udržování teploty na zvolené úrovni, s určitým překmitem regulované veličiny. Označení termostat a teplotní spínač jsou do jisté míry zaměnitelné, jejich společný znak představuje kombinace měření a spínání v jediném zařízení.   Základní terminologie teplotních spínačů Obrázek obr. 1, převzatý z [1], znázorňuje popis některých základních pojmů používaných ve spojení s teplotními spínači. Nastavitelným rozsahem se nazývá oblast, ve které lze nastavit teplotu aktivace spínače. Aktivace může nastat při nárůstu (zvýšení) nebo poklesu (snížení) teploty. Teplota aktivace je teplota, při níž je aktivován spínač, který rozepne nebo sepne obvod. Přesnost zadané hodnoty udává pásmo, v němž dochází k opakovaným aktivacím spínače. Hystereze, někdy označovaná též jako mrtvé pásmo nebo diference, představuje rozdíl mezi žádanou teplotou aktivace a deaktivace spínače.   Je-li např. vysokoteplotní spínač nastaven tak, aby byl aktivován nárůstem teploty nad 100 °C, a k deaktivaci dochází při poklesu teploty pod 90 °C, je hystereze 10 °C. Tolerance znamená opakovatelnou přesnost hodnoty deaktivace spínače.   Klasifikace teplotních spínačů Teplotní spínače lze rozdělit podle různých hledisek. Jeden ze základních způsobů dělení je podle konfigurace spínače. Na obr. 2 jsou znázorněny čtyři základní možnosti konfigurace spínačů: SPST, SPDT, DPST a DPDT, které se v praxi vyskytují i v mnoha dalších modifikacích.   Počet pólů na spínači určuje, kolik samostatných okruhů lze spínačem ovládat. Z obrázku je zřejmé, že spínačem s jedním pólem (SPxx) lze ovládat pouze jediný okruh, spínačem se dvěma póly (DPxx) dva samostatné okruhy. Počet poloh určuje počet výstupních svorek pro každou vstupní svorku. Výběr vhodného spínače ovlivňuje nejen požadovaná konfigurace, ale i elektrické charakteristiky spínaného obvodu – napětí, proud a výkon.   Další způsob rozdělení teplotních spínačů je možný podle místa měření teploty. V průmyslu se monitoruje teplota uvnitř technologických celků, např. v potrubí nebo v nádržích, prostorová teplota a teplota na povrchu zařízení. Místo měření výrazně ovlivňuje výběr vhodného teplotního spínače, především s ohledem na použitý princip měření. Princip měření a vyhodnocování teploty je dalším z možných způsobů členění spínačů. Teplotní spínače pracují na různých principech (elektronické spínače, elektromechanické spínače – bimetalové, kapalinové, parní a plynové) a jejich použitelnost je zpravidla omezena rozsahem teplot, pro který je teplotní spínač určen.   Elektronické spínače Jako elektronický teplotní spínač je označováno analogové nebo digitální zařízení, kde vstupním signálem je buď hodnota unifikovaného výstupního signálu senzorů teploty s rozsahem 0 až 50 mA, 0 až 10 V DC, nebo neupravený signál senzorů teploty. Nejčastěji jde o odporové senzory teploty (Pt, Ni, Cu) nebo termočlánky (J, K, N, S, B, R, …) – viz tab. 1. Výstupem je jeden nebo několik spínačů, popř. unifikovaný výstupní signál. Ve většině případů výrobci nabízejí univerzální zařízení umožňující operativní volbu použitého vstupního signálu. Konfigurovat bod aktivace spínače, hysterezi a volit vstup lze softwarovým nastavením nebo tlačítky umístěnými zpravidla na přední straně zařízení. Moderní výrobky umožňují detekovat přerušení obvodu senzoru teploty aktivací nebo deaktivací spínače. Nabídka elektromechanických spínačů rovněž zahrnuje provedení, kdy elektronická část se senzorem teploty tvoří kompaktní celek přednostně určený pro bezpečnostní úlohy. K přímému akčnímu zásahu na řídicím prvku dochází bez účasti centrálního řídicího systému, který dostává pouze informaci o provedeném zásahu. Napájení elektronických spínačů zajišťuje přímo spínaný obvod nebo samostatné externí napájení.   Přesnost elektronických spínačů se pohybuje mezi ±0,50 až ±0,05 % z rozsahu v závislosti na technické vyspělosti zařízení a na použitém senzoru teploty. Při vyhodnocování přesnosti je třeba posuzovat celkovou přesnost měřicího řetězce, tedy od senzoru teploty přes převodník až po svorky spínače, včetně montážních a technologických vlivů.   Příklady elektronických teplotních spínačů jsou uvedeny na obr. 3 a obr. 4. Na obr. 3 je spínač se zobrazovačem 5714D výrobce PR electronics. Jde o univerzální zařízení podporující proudové i napěťové unifikované vstupní signály nebo přímé připojení senzorů teploty. Výstup tvoří dva nezávislé spínače (relé) typu SPDT a proudová smyčka 4 až 20 mA. Na obr. 4 je znázorněn teplotní spínač One Series Safety od výrobce United Electric Controls. Jde o teplotní spínač pro náročné úlohy hlídání teploty kapalin a plynů s certifikací pro SIL 2 a pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu. Detailní informace o obou výrobcích jsou na webových stránkách výrobců.   Elektromechanické spínače Základ elektromechanických teplotních spínačů tvoří systémy snímání teploty používané u dilatačních nebo tlakových teploměrů. Spínaný výstup tvoří mechanické, magnetické nebo indukční spínače snímající mechanickou polohu nebo výchylku mechanismu indikujícího měřenou teplotu.   Bimetalové teplotní spínače Tyto spínače využívají princip deformace bimetalu při změně teploty vlivem rozdílné teplotní roztažnosti použitých materiálů. Tvar bimetalového prvku závisí vždy na konkrétní konstrukci. Nejběžnějším tvarem u teplotních spínačů je bimetalový disk, vetknutý pásek nebo válcová spirála umístěná ve stonku spínače. V praxi se používají různé kombinace materiálů bimetalu, např. invar (64 % Fe, 36 % Ni) v kombinaci invar-měď, invar-nikl, invar-konstantan a další. Výběr vhodné dvojice závisí na požadovaném teplotním rozsahu, který je maximálně –70 až +600 °C. Teplotní rozsah spínače je však omezen také ostatními použitými materiály a celkovým konstrukčním uspořádáním spínače. Bimetalové spínače jsou vyráběny v kompaktním provedení. Patří k nejrozšířenějším, i když jsou dnes nahrazovány levnými elektronickými spínači. Kromě průmyslu se hromadně používají ve spotřební elektronice, např. jako jednoduchá teplotní pojistka.   Plynové teplotní spínače Dalším často využívaným provedením jsou plynové spínače. Jejich princip je založen na měření změny tlaku plynu v závislosti na změně teploty při stálém objemu. Používané systémy s Bourdonovou trubicí, membránou nebo vlnovcem výrobci plní inertními plyny, zejména dusíkem a heliem, s maximálním teplotním rozsahem –100 až +800 °C. Plynové teplotní spínače jsou vyráběny jak v kompaktním provedení, tak v provedení s kapilárou. Pro přesné měření teploty musí být zejména u delších kapilár zajištěna korekce vlivu okolní teploty. Při použití delších kapilár lze doporučit náhradu elektronickým teplotním spínačem.   Kapalinové a parní teplotní spínače Kapalinové a parní teplotní spínače pracují na obdobném principu jako plynové spínače. Při použití kapalinových spínačů musí být náplň stále v kapalném stavu, rozsah je tedy omezen teplotou tuhnutí a teplotou varu použitého média. Nejběžněji používaným médiem je silikonový olej, popř. další organické kapaliny (xylen, toluen), používané v teplotním rozsahu –120 až +370 °C. Pro vyšší teploty výrobci dodávají spínače plněné rtutí s teplotním rozsahem –30 až +600 °C. Náplní parních spínačů bývá snadno se odpařující kapalina s nízkým bodem varu, např. propan, oxid siřičitý, etylalkohol nebo xylen. V měřicím systému jsou zastoupeny kapalná i plynná fáze použitého média.   Přesnost elektromechanických teplotních spínačů Nejjednodušší verze elektromechanických teplotních spínačů nabízejí výrobci s pevně nastavenou hodnotou sepnutí a hystereze. Tato jednoduchá a velmi kompaktní provedení obsahují jako citlivý prvek především bimetal. Univerzálnější spínače umožňují nastavit aktivační teplotu a hysterezi a zobrazují aktuální teplotu. Nejlepší přesnosti spínačů této kategorie dosahují plynové spínače s deklarovanou chybou až ±0,5 % rozsahu. Přesnost běžně dodávaných spínačů se však pohybuje okolo ±2 % až ±1 % rozsahu. Nespornou výhodou elektromechanických spínačů je jejich jednoduchost a nezávislost na napájení. Příklad elektromechanického teplotního spínače je uveden na obr. 5. Jde o kapalinový teplotní spínač řady 100 výrobce United Electric Controls, dodávaný v několika teplotních rozsazích od –118 do +343 °C.   Výběr teplotních spínačů pro konkrétní použití Výběr vhodného teplotního spínače zahrnuje kompletní posouzení požadavků daných konkrétní úlohou. Základním kritériem je teplotní rozsah, který souvisí s možností optimálního nastavení teploty aktivace spínače a hystereze. Nevhodně zvolený teplotní rozsah omezuje možnosti nastavení těchto parametrů a vede k častější aktivaci a deaktivaci spínače, což v důsledku zkracuje jeho životnost. Důležité kritérium rozhodování představují elektrické charakteristiky spínaného obvodu, ať už jde o maximální proudové zatížení, maximální nebo minimální napětí, nebo přenášený elektrický výkon. Elektrické charakteristiky mimo jiné souvisejí s materiálem kontaktů spínače, vyráběných především ze slitin stříbra. Citlivost stříbra na oxidaci omezuje použití těchto materiálů na malé proudy. Řešením jsou hermeticky těsné spínače se zlatými kontakty nebo kontakty se zlatými povlaky s limitním proudovým zatížením do 1 A. Dalším parametrem při výběru teplotního spínače je rychlost aktivace při dosažení požadované teploty. Stejně jako při posuzování přesnosti, musí být i v tomto případě posuzována rychlost reakce celého řetězce. To se týká zejména elektronických teplotních spínačů s odděleným senzorem teploty. Při výběru teplotního spínače je nutné brát zřetel také na provozní médium. Spolehlivost a životnost spínače ovlivňuje výběr materiálu přicházejícího do styku s pracovním médiem, ať už jde o samotný senzor spínače, nebo materiál ochranné jímky, do níž je senzor umístěn.   Výběr vhodného spínače rovněž limitují požadavky na mechanickou odolnost, spolehlivost, požadavky spojené s výskytem výbušného prostředí a požadavky funkční bezpečnosti. U výrobků pro náročné úlohy výrobci deklarují parametry odolnosti proti vibracím a mechanickým šokům, včetně jejich vlivu na změnu přesnosti spínače. Pro prostředí s nebezpečím výbuchu jsou dodávány spínače s ochranou pevným závěrem Ex-d, jiskrovou bezpečností Ex-i nebo v nejiskřícím provedení Ex-n pro prostředí s prachy i plyny. S ohledem na použití spínačů v bezpečnostních funkcích představuje důležitý prvek posouzení funkční bezpečnosti podle norem ČSN EN 61508 Funkční bezpečnost elektrických/elektronických/programovatelných elektronických systémů souvisejících s bezpečností a ČSN EN 61511 Funkční bezpečnost - Bezpečnostní přístrojové systémy pro sektor průmyslových procesů. Rozsah nabízených výrobků zahrnuje teplotní spínače s úrovní integrity bezpečnosti SIL 1 až SIL 3. Při výběru vhodného teplotního spínače hraje roli také certifikace pro konkrétní lokalitu, ať už jde o požadavky uvedení na trh v Evropské unii, požadavky Celní unie Ruska, Běloruska, Kazachstánu a Arménie, popř. další lokální legislativní požadavky.   Zkoušení metrologických parametrů Nedílnou součástí dodávky a instalace teplotních spínačů by mělo být posouzení metrologických parametrů. V případě teplotních spínačů se zkouší aktivace a deaktivace spínače na dvou úrovních. Zkoušky probíhají v laboratorních podmínkách, kdy se zjišťuje teplota aktivace a deaktivace samotného spínače. Důležitá je však i druhá úroveň zkoušení, probíhající v provozních podmínkách. Zahrnuje kontrolu celého měřicího řetězce a jednoduchým experimentálním způsobem lze prověřit, zda při dosažení požadované teploty došlo k aktivaci spínače a následnému odstavení zařízení, popř. jinému akčnímu zásahu.   Literatura: [1] LIPTÁK, Béla G. Instrument Engineers’ Handbook, Vol. I.: Process Measurement and Analysis. CRC PRESS 2003. ISBN 9780849310836. [2] PETER R. N. CHILDS. Practical temperature measurement. [Online-Ausg.]. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2001. ISBN 075065080X. [3] MICHALSKI, L. Temperature measurement. 2nd ed. New York: J. Wiley, 2001. ISBN 0471867799. [4] CHUDÝ, V., R. PALENČÁR, E. KUREKOVÁ a M. HALAJ. Meranie technických veličín. Slovenská technická univerzita v Bratislave, 1999. Edícia vysokoškolských učebníc. ISBN 80-227-1275-2.   Ing. Pavel Urban, JSP, s. r. o.    Obr. 1. Základní používané pojmy Obr. 2. Elektrická konfigurace teplotních spínačů Obr. 3. Zobrazovač s relé, typ 5714D (PR electronics) Obr. 4. Digitální teplotní spínač ONE Series Safety s certifikací pro SIL 2 (United Electric Controls) Obr. 5. Teplotní spínače řady 100 (United Electric Controls)   Tab. 1. Základní používané typy termočlánků Termočlánek Použité materiály Měřicí rozsah (°C) J Fe, CuNi –200 až 800 K NiCr, NiAl –200 až 1 200 N NiCrSi, NiSi –200 až 1 200 S PtRh10, Pt 0 až 1 600 B PtRh30, PtRh6 300 až 1 800 R PtRh13, Pt 0 až 1 600

Nastane s příchodem Industry 4.0 změna klasického vertikálního pojetí PLC + HMI/SCADA + MIS/MES?

Základem HMI je soubor běžných provozních dat (spojité nebo stavové hodnoty fyzikálních veličin a jiné údaje o řízeném procesu), získaný z prostředí programovatelného automatu a poskytující obraz stavu technologického procesu. Nad touto množinou, obvykle databázového charakteru, jsou podle charakteru sledované výroby implementovány především vizualizační funkce, které jsou určeny ke sledování a ovládání technologie. Rozsáhlejší systémy HMI disponují prostředky pro recepturní řízení, historickými archivy s omezeným rozsahem a různými kalkulačními a jednoduššími reportovacími funkcemi, jejichž cílem je poskytovat podklady pro manažerská rozhodnutí řídicího personálu výroby.

Nová řešení pro nové trhy a průmyslová odvětví

Ve světě roste potřeba automatizace v podstatě v každém odvětví, elektronický průmysl nevyjímaje. V případě výroby elektroniky jde o potřebu zvýšit úroveň automatizace z důvodu rostoucího počtu nových produktů, stále rychlejšího tempa vývoje výrobků a krátkých životních cyklů, což v součtu vyžaduje velkou flexibilitu výroby. Zajistit ji mohou nová řešení „šitá na míru“. Podle zprávy IFR (International Federation of Robotics) bylo v roce 2014 na každých 10 000 pracovníků v automobilovém průmyslu v Německu 1 100 robotů, zatímco v obecném průmyslu (general industry) to bylo jen 147 robotů. V roce 2013 se prodalo 9 373 průmyslových robotů v elektronickém průmyslu (který je součástí obecného průmyslu). Pro srovnání: automobilový průmysl objednal ve stejném období téměř 60 000 robotů. Zpráva také dokumentuje velké regionální rozdíly. V Číně je např. poměr v obecném průmyslu jedenáct robotů na každých 10 000 pracovníků. Obr. 1. Robotizace má při výrobě elektroniky velký potenciál Čísla jasně ukazují nevyužitý poten­ciál pro moderní a na budoucnost orientovanou automatizaci v elektronickém průmyslu. Toto odvětví se stále chová jako dřímající obr. Nicméně prognózy uvádějí, že se tento stav v krátkodobém až střednědobém výhledu změní. Například společnost Morgan Stanley předpokládá v Číně roční nárůst ve využívání robotů o více než 10 %. V důsledku rostoucích mezd v téměř každé zemi a zvyšujících se požadavků na kvalitu jsou automatizace výroby a efektivní vy­užití robotů nevyhnutelné i v elektronickém průmyslu. Moderní automatizace řeší specifické problémy výroby elektroniky. V minulosti byly řady výrobků stejné po celá léta. V současnosti jsou typy produktů modifikovány již po několika měsících. Životní cykly výrobků jsou stále kratší a kratší. Co je žádané dnes, nemusí být moderní zítra. Toto rychle se měnící prostředí vyžaduje mimořádně vysoký stupeň flexibility. Výrobci musí pokrývat rozšiřující se škálu typů produktů a účinně kompenzovat výkyvy ve velikosti výrobních šarží. Automatizace výroby jen pro určitý typ výrobku by byla nerentabilní. Vzhledem k této velké flexibilitě a modularitě se očekává takové řešení automatizace výroby, které dovolí využívat výrobní systémy jednoduše a individuálně pro různé úkoly: např. montáž, testování a kontrolu, manipulaci s materiálem a obsluhu strojů, a umožní zkrátit neproduktivní doby a rychle reagovat na změny ve výrobních sekvencích. Flexibilita – základní požadavek elektronického průmyslu Společnost KUKA si klade za cíl nabídnout v každém odvětví robotizaci a automatizaci „na míru“. V elektronickém průmyslu je využití takových systémů nevyhnutelné. Základním faktorem při rozhodování, zda automatizovat, je návratnost investice, protože vynaložené prostředky se musí vrátit během několika let či měsíců. Roboty KUKA mohou být v provozu po dobu delší než dva nebo tři roky, nicméně koncepce výroby elektroniky je následující: existuje jen málo dlouhodobých investic, ideální jsou investice do konkrétních snadno modifikovatelných projektů. Obr. 2. Robot KR 3 Agilus splňuje zvláštní požadavky výroby v odvětví 3C – počítače, komunikační technika a spotřební elektronika S ohledem na to společnost KUKA vyvinula nejnovější člen řady malých robotů KR Agilus (obr. 1): KR 3 Agilus. Nejrychlejší šestiosý robot ve své třídě zvládá plnit úkoly nejen v elektronickém průmyslu, ale i mimo něj (např. manipulace, testy komponent, balení atd.), ale také splňuje zvláštní požadavky pro odvětví 3C (počítače, komunikace a spotřební elektronika). Jeho dosah 540 mm umožňuje automatizaci v buňkách s rozměry 600 × 600 mm. Kromě manipulace s malými díly a úloh pick and place je vhodný i pro montážní operace. Existuje mnoho dalších oblastí použití tohoto robotu – např. u spojovacích procesů, jako jsou pájení a lepení, ale také šroubování. Automatizace může decentralizovat globální produkci V současné době se pracovní zátěž v globálně působícím elektronickém průmyslu dělí následovně: výzkum a vývoj jsou stále realizovány v Evropě a ve Spojených státech, výroba v Asii. Elektronika vyrobená v USA, Japonsku a Německu je poměrně drahá, proto se vyrábí převážně v Číně. Mnoho renomovaných značek zde má subdodavatele pro jednotlivé výrobní kroky, nebo dokonce pro celý výrobní proces, např. v oblasti 3C. Díky automatizaci výroby je nyní možné nadále efektivně vyrábět i v Číně, a to navzdory rostoucím mzdám. Avšak část operací ve výrobním procesu může být vrácena zpět do Evropy a USA. Roboty nyní umožňují realizovat velmi flexibilní, inteligentní a nákladově efektivní řešení a tím roste jejich užitečnost pro lokální řešení automatizace. V souladu s decentralizací produkce jednotlivých výrobců se tak může zrodit spousta různých atraktivních nápadů a může být vyvinuto velké množství zajímavých obchodních modelů. V budoucnu takovýto postup umožní nové a decentralizové výrobní koncepty a závody na výrobu elektroniky mimo Asii. Čína však stále zůstane i v budoucnosti hlavní výrobní základnou elektronického průmyslu.  (KUKA Roboter CEE GmbH)  

IMU neboli integrované měření utilit

Dobré hospodaření s energiemi přináší úspory a kromě toho firmám umožňuje naplnit zákonnou povinnost spojenou s normou ČSN EN ISO 50001 Systémy managementu hospodaření s energií – Požadavky s návodem k použití. Odpovědí na potřeby energetického managementu budov je služba Integrované měření utilit, kterou poskytuje společnost Pražská energetika (PRE).  Úvod PRE poskytuje zákazníkovi veškerou součinnost při řešení jeho energetických potřeb a problémů. Spolu s partnerem, společností ZPA Smart Energy, přináší spojení dlouholetých zkušeností z oblastí energetiky a měření elektrické energie, elektroniky, elektrotechniky a řídicích systémů v podobě služby IMU – Integrovaného měření utilit. Tento produkt řeší otázku hospodárného nakládání s různými formami energie. Mezi cílové skupiny využívající IMU patří nejen firemní zákazníci různých velikostí a zaměření, ale také obce, města a orgány státní správy či školy. Své uplatnění služba najde i v logistických či obchodních parcích a na všech místech, kde je třeba mít spotřebu energie pod kontrolou nebo s informacemi o energetickém chování dál pracovat.  Jak služba IMU funguje? V rámci služby IMU techničtí pracovníci PRE zákazníkovi pomohou specifikovat jednotlivé potřeby, zmapovat prostředí daného odběrného místa a vytvořit návrh infrastruktury potřebné pro splnění všech požadavků (obr. 1). Při realizaci zajistí dodávku potřebných komponent a zprovozní a oživí celou infrastrukturu. Díky IMU následně budou zákazníci moci sbírat data o spotřebě jednotlivých utilit – elektřiny, vody, plynu, tepla i chladu, evidovat je a prezentovat. Služba zákazníkům nabídne také provozní informace, jako jsou např. aktuální hodnoty tlaku, teploty, vlhkosti či provozních motohodin. Obr. 1. Architektura služby IMU  Systém IMU odečítá hodnoty snímačů a měřidel v automatizovaném režimu v intervalech stanovených zákazníkem. Odečtená data jsou zobrazena v různých režimech náhledu, které jsou zákazníkovi přístupné odkudkoliv ve webovém prostředí. Data jsou zabezpečena v souladu se standardy PRE a normy ČSN ISO/IEC 27001 (Informační technologie – Bezpečnostní techniky – Systémy mana­gementu bezpečnosti informací – Požadavky). Ochranu dat zvyšují také různé úrovně uživatelských oprávnění. Náhled na data tak může být v jiném provedení pro provozního energetika a v jiném pro management společnosti. Prezentace dat si zákazník zvolí v textové či grafické podobě, vše podle přání (viz ukázka na obr. 2). Výstupní sestavy je možné upravovat a data rovnou importovat do zákaznických systémů k dalšímu zpracování. Obr. 2. Profil patnáctiminutové spotřeby na elektroměru x/5 na odběrném místě s viditelným navýšením spotřeby ve večerních hodinách  IMU zákazníkům pomůže odhalit možnosti úspor a zvýšení efektivity hospodaření s energiemi (obr. 3). Navíc poskytuje prostředky ke splnění požadavků vyplývajících z normy ČSN EN ISO 50001 podle zákona o hospodaření s energií (zákon 103/2015 Sb., kterým se mění zákon č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů, a zákon č. 634/2004 Sb., o správních poplatcích, ve znění pozdějších předpisů), jenž ukládá snižovat náklady a emise skleníkových plynů prostřednictvím systémového přístupu k managementu energií. Obr. 3. Porovnání čtyř odběrných míst ve dvou po sobě jdoucích měsících, zobrazeno po týdnech  Závěr Služba IMU se snaží reagovat na podněty zákazníků společnosti PRE a implementuje další nové funkce vhodné např. pro analýzu spotřeby nebo energetické audity. Více informací zájemci najdou na adrese www.premereni.cz/imu, nebo na telefonu 733 143 143.   (PREměření, a. s)     

Společnost Omron představila nové průmyslové mobilní roboty

Společnost Omron představila svou první produktovou řadu průmyslových mobilních robotů – LD Platform. Mobilní roboty LD jsou efektivní a cenově výhodný prostředek pro manipulaci se zbožím v rozlehlých výrobních provozech. Jedinečné mobilní roboty této řady jsou navrženy tak, aby nepřetržitě a spolehlivě přepravovaly materiál, a rovněž se umí samy navigovat i ve velmi dynamicky se měnícím prostředí.  Mobilní robotické platformy LD (obr. 1), ideální pro manipulaci se zbožím ve skladištích, distribučních centrech a výrobních závodech, zvládnou přepravu kusů o hmotnosti až 130 kg. V porovnání s tradičními automaticky naváděnými vozidly se mobilní roboty Omron umí samy navigovat v přirozeném prostředí podniku. Nejsou nutné žádné cenově a časově náročné úpravy infrastruktury, nejsou třeba podlahové magnety, naváděcí pásy nebo laserové závory, které se vyskytují u klasických automaticky naváděných vozidel. Body doručení lze u mobilních robotů LD snadno měnit a dosáhnout tím flexibilního rozvržení závodu. Mobilní roboty LD od firmy Omron tak doplňují tradiční automatizaci, např. dopravníkové pásy, a umožňují dosáhnout podstatně větší flexibility. Mobilní roboty LD jsou opatřeny systémem samočinné navigace, který spolehlivě pracuje i v prostředích, kde se nepřetržitě pohybují lidé, palety, vozíky či vysokozdvižné vozíky a jsou stále vyprazdňovány a přemisťovány regály. Platforma robotu je vybavena senzory a vestavěným řídicím systémem, které jí dovolují vyhnout se překážkám a zvolit si nejlepší cestu. To také umožňuje bezpečný provoz mezi lidmi, popř. i spolupráci s nimi. Z robotů lze vytvářet skupiny (až sto robotů na jednu skupinu), které jsou centrálně řízeny softwarem Enterprise Manager 1100, jenž spolupracuje se systémy pro správu závodu nebo skladu (např. MES nebo WMS). Součástí nové řady je LD Cart Transporter (obr. 2), autonomní tahač vozíků. Cart Transporter obsahuje zařízení pro automatické zapojení vozíku a dokáže přizpůsobit svou příjezdovou cestu tak, aby se vozík automaticky připojil k tahači. Díky tomu je Cart Transporter ideálním řešením pro doplňování zásob u výrobních a montážních linek nebo pro vyřizování objednávek e-shopů v distribučních centrech. Další informace: https://industrial.omron.cz/cs/products/mobile-robot. [Tisková zpráva Omron Electronics spol. s r. o. Leden 2017.] (Bk) Slovníček Platforma LD: základní část mobilního robotu. Skládá se z podvozku s koly, pohonů, nosných prvků pro upevnění nástavby, baterie, laserových a ultrazvukových snímačů, gyroskopu a řídicího systému LD Core, který obsahuje veškerý software potřebný k navigaci a konektory pro připojení signálů i napájení nástavby. Nástavba: cokoliv, co je neseno platformou. Může to být krabice nebo paleta, zařízení pro automatické připojení transportního vozíku (u zařízení LD Cart Transporter) nebo robotické rameno určené k manipulaci s transportovaným materiálem. Nástavba často zahrnuje také operátorský panel. Transportní vozík: mechanický čtyřkolový vozík (cart) určený k přepravě krabic a palet s materiálem. LD Core: průmyslový počítač vestavěný do platformy LD. Běží na něm software ARAM (Advanced Robotics Automation Management), který zpracovává údaje ze všech snímačů platformy, SetNetGo, který komunikuje s aplikací řídící celou flotilu robotů (Enterprise Manager), a MARC (Mobile Adept Robot Controller), který zpracovává údaje z gyroskopu a snímačů polohy v pohonech, komunikuje se systémem ARAM, určuje polohu robotu a řídí pohony, včetně bezpečnostního zastavení před překážkou. Autonomní inteligentní vozidlo: (AIV – Autonomous Intelligent Vehicle); v tomto případě platforma s nástavbou, tedy kompletní mobilní robot, který může přemisťovat materiál, polotovary, zboží apod. Enterprise Manager 1100: software, který řídí provoz celé flotily (až stovky) mobilních robotů. Obr. 1. Platforma mobilního robotu LD od firmy Omron Obr. 2. LD Cart Transporter, autonomní tahač manipulačních vozíků  

Nejrychlejší značení na světě pomocí JET3up RAPID

Vysoký stupeň automatizace má za následek zvýšenou produktivitu výroby. Avšak značicí systémy někdy nedokážou s touto rychlostí držet krok a celý proces zpomalují. Proto firma Leonardo technology uvedla na trh tiskárnu Leibinger JET3up RAPID (obr. 1). Je to jediná průmyslová inkoustová vysokorychlostní tiskárna na světě pracující na hranici fyzických možností: rychlost značení je až 1 000 m/min (60 km/h). To je víc, než kdybyste jeli v obci autem a tiskli přitom na obrubník souvislý text. Značení mimořádnou rychlostí 1 000 m/min Tato mimořádná rychlost je důležitá především při značení kabelů, hadiček, trubek apod. Tisk je přitom jasně čitelný na různých površích materiálů (obr. 2). JET3up RAPID dokáže zvýšit efektivitu produkce o až 40 % ve srovnání s jinými vysokorychlostními inkoustovými tiskárnami dostupnými na světovém trhu a zvýšit tak zisky výrobním společnostem – o to přece jde.        Proč je tisk s JET3up RAPID na hranici fyzických možností Tisk s JET3up RAPID je na hranici fyzických možností jak v oblasti mechaniky tekutin, tak v oblasti elektroniky. Musí se vypořádat s vlivem elektrostatického pole i turbulencí vzduchu. Nabíjecí matrice pro kapičky inkoustu totiž nejenže generuje napětí odpovídající poloze kapičky, ale za pomoci vysokorychlostní kamery snímající průlet kapičky vzduchem toto napětí ještě i dolaďuje. Kompenzuje totiž turbulence vznikající průletem kapičky vzduchem, které ovlivňují pohyb kapičky letící za ní. Je to, jako když jede cyklista z kopce za druhým cyklistou: vzhledem k menšímu odporu vzduchu ve vzduchovém úplavu jej dojíždí, až jej předjede. Proto se kompenzuje let kapiček správným načasováním a nabíjením. JET3up RAPID pracuje na limitu ne technických možností, ale fyzických vlastností omezujících maximální rychlost tisku, proto je tak výjimečná a světově jedinečná. Zájemci se o tom mohou přesvědčit na vlastní oči. Tiskárna bude značit na veletrhu Amper 2017 ve stánku firmy Leonardo technology č. 7.12 v hale V. Kontakt na firmu je v inzerátu na str. 1. (Leonardo technology s. r. o.)www.LT.cz Obr. 1. Vysokorychlostní inkoustová tiskárna Leibinger JET3up RAPID Obr. 2. Ukázky značení tiskárnou Leibinger JET3up RAPID 

Mico Pro – maximálně modulární kontrola proudu

Mico Pro je nový systém od společnosti Murrelektronik pro sledování elektrického proudu. Modulární konstrukce umožňuje přizpůsobit systémy přesně konkrétním požadavkům, což poskytuje příznivý poměr nákladů a užitných funkcí při maximální úspoře prostoru k instalaci. Patentované vypínací chování zajišťuje co největší možnou disponibilitu stroje. Další výhodou je integrovaná distribuce potenciálů, která výrazně omezuje požadavky na instalaci v rozváděči.  Napájecí systémy jsou jádrem strojů a zařízení. Zajišťují potřebnou energii, a proto nesmí být snadno ochromeny přetížením nebo zkratem – jinak hrozí zastavení strojů, výpadky výroby a vysoké náklady. Spolehlivost systémů elektrického napájení musí být vždy maximální. Mico Pro od společnosti Murrelektronik (obr. 1 Modulární systém Mico Pro pro sledování proudu v napájecích obvodech) zvyšuje spolehlivosti napájení. Inteligentní systém monitorování proudu důsledně sleduje všechny zátěžové a řídicí proudy a včas rozpozná kritické momenty. Mico Pro signalizuje mezní zátěže a cíleně vypíná chybové kanály, aby se zabránilo úplnému výpadku a zajistila se vysoká disponibilita stroje. Jeho vypínací chování je patentované a řídí se zásadou: „co nejpozději, jak je to možné, co nejdříve, když je to zapotřebí“. Mico Pro také rozpoznává přechodné chyby; např. když k přerušení vedení ve vlečném řetězu dochází pouze v určitých úhlech dráhy. Rozeznává kapacitní spotřebiče a spouští je kontrolovaně. Modulární konstrukce s úsporou prostoru Mico Pro je modulární systém pro provozní napětí 12 nebo 24 V DC. Z mnoha jeho modulů lze pro každý případ vybrat vhodné komponenty a zkompletovat je bez nářadí spolu s napájecím modulem do uceleného systému. Vybírat je přitom možné mezi moduly s jedním, dvěma nebo čtyřmi výstupními kanály. Jejich šířka je pouhých 8, 12 nebo 24 mm, a proto výrazně spoří místo. Jestliže uživatel použije např. systém s osmi kanály, je zapotřebí až o 65 % méně místa než při použití běžných jističů. Se zvětšujícím se počtem kanálů poměrná úspora místa dále roste. U fixních modulů jsou vypínací proudy (2, 4, 6, 8, 10 a 16 A) pevně nastavené, takže jde o řešení odolné proti nedovolené manipulaci. U flexibilních modulů lze nastavit vypínací proud stisknutím tlačítka od 1 do 10 A, popř. od 11 do 20 A. To je výhodné např. pro výrobce strojů a zařízení s přídavnými rozšířeními; současně se tak zmenšuje počet potřebných variant. Pro každou úlohu lze Mico Pro nakonfigurovat přesně na míru, systém je neustále flexibilní. Je-li třeba vyměnit jen jeden modul, např. protože po úpravě stroje je zapotřebí jiný proud, lze výměnu provést rychle a bez nástrojů. Díky tomu se dosahuje příznivého poměru nákladů a užitných vlastností.  Výrazné zjednodušení elektroinstalace v rozváděči Mico Pro má integrovanou distribuci potenciálů pro +24 V (popř. +12 V) a 0 V, čímž se výrazně zjednodušuje instalace kabelů v rozváděči. Na každém kanálu jsou možnosti připojení pro +24 a 0 V. Externí svorky 0 V tím mají „odslouženo“, protože nulový potenciál je možné připojit přímo přes Mico Pro. To zjednodušuje instalaci, výrazně omezuje počet kabelových propojení, šetří prostor v rozváděči a v konečném důsledku snižuje náklady. S rozšiřujícím potenciálovým modulem lze na každý kanál Mico připojit až dvakrát dvanáct potenciálů. Praktická manipulace Inovovaný systém můstků, kterým se jednotlivé komponenty propojí do jednoho celku, je charakteristický snadnou instalací. Dvě lišty se běžnými „štípačkami“ zkrátí přesně na správnou délku, jedním pohybem se zepředu zasunou do připravených úchytů (obr. 2 Systém Mico Pro v rozváděči https://www.youtube.com/watch?v=ay3kW69iPxo ) – a systém dimenzovaný na celkový proud až 40 A je hotov. Diagnostické a řídicí signály se připojí pomocí pružinových kontaktů po straně modulu. Jednotlivé vodiče lze připojit bez použití nástrojů, neboť všechny vstupy a výstupy systému jsou vybaveny pružinovými svorkami push-in. Montáž tak trvá jen krátce a v běžícím provozu není nutná odstávka na údržbu. Přední strana modulů Mico Pro není nikdy zakryta kabely nebo vodiči; operátor tak vždy vidí popisky a stavové LED. Diagnostika na místě nebo prostřednictvím řídicí jednotky Diagnostické funkce jsou v Mico Pro velmi důležité. Každý kanál je vybaven LED pro zobrazení stavu na přístroji a dále je možné předávat diagnostické signály do řídicí jednotky. Napájecí modul Mico Pro poskytuje hromadnou diagnostiku pro celý systém, nastavitelné flexibilní moduly navíc dodávají diagnostické signály k jednotlivým kanálům. Pro stavové LED platí: dokud je vše v pořádku, svítí zeleně. Dostane-li se hodnota na 90 % nastaveného vypínacího proudu, signalizuje LED blikáním v zelené barvě dosažení mezní oblasti. Taková situace může nastat, připojí-li se další spotřebiče nebo vzroste-li spotřeba energie již připojených spotřebičů, např. v důsledku opotřebení. Při uvádění do provozu může toto včasné varování pomoci okamžitě identifikovat nesprávně dimenzované proudové obvody. Mico Pro v takovém případě vyšle navíc diagnostický signál. Je-li překročen vypínací proud, Mico Pro vypne obratem a cíleně postižený kanál. LED bude blikat červeně a bude vyslán diagnostický signál. Operátor může kanál znovu aktivovat buď stisknutím tlačítka na místě, nebo signálem z řídicí jednotky. Pro účely údržby lze kanály vypnout také ručně. LED potom trvale svítí červeně a možnost dálkového zapnutí je během této doby deaktivována. Integrovaná spínací funkce Spínací funkce umožňuje cíleně pro konkrétní kanál prostřednictvím signálu z řídicí jednotky (PLC) u flexibilních modulů zapínat a vypínat části zařízení. Je možné realizovat jak vysoké spínací frekvence (až 10 Hz), tak i dlouhé doby spínání; např. pro vypnutí určitých úseků stroje během neprodukční doby. LED příslušného kanálu v průběhu této doby svítí oranžově. Mico Pro lze instalovat kaskádovitě, tzn. že na jeden kanál Mico s vypínacím proudem více než 10 A lze připojit další stanici Mico Pro. Je-li na jejích kanálech vypínací proud výhradně do 10 A, je zajištěna plná selektivita a nadále jsou vypínány pouze kanály postižené zkratem nebo přetížením. Zejména pro úlohy s decentralizovanou koncepcí rozváděče jde o významnou výhodu, která snižuje poměrné náklady na instalaci – už jen z toho důvodu, že není zapotřebí žádný dodatečný napájecí zdroj.  (Murrelektronik CZ spol. s r. o.)www.murrelektronik.cz Přehled výhod systému Mico Pro: -         sledování proudu v kanálech až do 20 A v modulárním systému – to je inovace v modulárních systémech pro sledování proudu, -         optimální možnosti značení pro přehledný rozváděč, -         integrovaný měřící bod pro pohodlné měření, -         napěťově nezávislá paměť závad: ideální pro hledání závad po obnovení napájení, -         zapínací kapacity až 30 mF na kanál, a to i při plném zatížení, -         provoz i s napájecími zdroji 5 A – dosud byly nutné zdroje 10 A, -         minimální vnitřní odpor, téměř žádný ztrátový výkon, -         nezávislost na teplotě, -         časově zpožděné zapnutí jednotlivých kanálů u vícekanálových modulů pro omezení proudových špiček.