Aktuální vydání

celé číslo

07

2018

Hospodárné využívání energií a surovim

Monitorovací systémy životního prostředí

celé číslo
Problematika zavádění konceptu Industry 4.0 – díl IV.

Čtvrtý článek seriálu o problematice zavádění Industry 4.0 navazuje na předchozí tři díly, v nichž jsme se postupně věnovali zejména úlohám integrace z pohledu různých typů automatizačních úloh (díl II.) a roli průmyslových komunikačních sítí ve stávajících výrobních podnicích (díl III.). Ve čtvrtém dílu se zaměříme jednak na to, co by vlastně výrobní firma měla od uplatňování této strategie očekávat, jednak na některá doporučení, jak by implementace této strategie do praxe měla v reálném prostředí výrobních firem probíhat.  Jak přistoupit k realizaci strategie Industry 4.0 Aby byly splněny cíle stanovené ve vizích a představách investora, je nutné během procesu přípravy a vlastního uplatňování strategie Industry 4.0 respektovat a dodržovat určité zákonitosti. Úvodní fázi realizace autoři doporučují strukturovat do tří vzájemně provázaných kroků:  Krok 1 – správné stanovení cíle Tento krok je pro svou důležitost jedním z rozhodujících faktorů úspěšnosti celé realizace. V první řadě je nezbytné objektivně a popř. i bez jakýchkoliv příkras kriticky shrnout, kde se aktuálně firma nachází. Na tato zjištění může navazovat stanovení cíle, kterého by podnik chtěl pomocí strategie Industry 4.0 dosáhnout, ale také určení toho, v jakých realizačních fázích a v jakém časovém výhledu se ke stanovenému cíli dostat. Cíl by měl být jasně a srozumitelně formulovaný tak, aby mu každý ve firmě rozuměl. Měl by být charakterizován vhodnými parametry, tedy kvalitativně i kvantitativně měřitelný, realizovatelný, akceptovatelný a termínově ohraničený. Tím se zásadně liší od formulace vizí, které obvykle těmito konkretizovanými aspekty neoplývají. Stanovení cíle ovšem v praxi naráží na rozdílnost pohledů účastníků procesu realizace. Pro někoho může být cílem zvýšení efektivity výrobních procesů, pro někoho dalšího zlepšení celkové efektivity zařízení OEE (Overall Equipment Effectiveness), pro dalšího zkrácení „lead time“ (průběžné doby výroby) apod. Jako cíl by bylo možné stanovit i mnoho dalších provozně ekonomických ukazatelů. Je na vedení firmy, aby ze změti těchto pohledů akcentovalo ten nebo ty, které jsou pro stanovení cíle za daných podmínek multikriteriálně optimální.  Krok 2 – kalkulace ROI (návratnost investice) Se správným stanovením cíle úzce souvisí další velmi důležitý parametr, kterým je návratnost investice ROI (Return of Investment). Každý investor má snahu docílit co nejnižší hodnoty parametru ROI. V praxi se u běžných projektů setkáváme s představami návratnosti „do jednoho roku je to dobré, do dvou let v určitých případech ještě akceptovatelné“. Celá problematika výpočtu ROI představuje dost specifickou oblast investičních úvah. Je to dáno mj. i tím, že do kalkulace vstupují kromě explicitně stanovitelných parametrů (provozní náklady, pořizovací ceny zboží a služeb, výnosy apod.) i parametry, jejichž hodnotu nelze explicitně stanovit. Ty se týkají přínosů a ztrát v důsledku změn pozice firmy na globalizovaném trhu, vlivů cen surovin a energií, disponibility vhodných pracovníků pro provozování modernizovaného výrobního systému apod. Problém je v mnoha případech zaklet už v požadavcích na realizaci výrobních technologií splňujících vlastnosti zmiňované jako „smart“, „inteligentní“ a „inovativní“, „automatizované a robotizované“, „prediktivní“ apod. U takovýchto vágně specifikovaných vlastnosti je přechod do světa neúprosné výrobní matematiky, která je pro korektní výpočet ROI nezbytná, obtížný. Co tedy s výpočtem ROI, aby bylo možné jeho výsledek alespoň s přiměřenou mírou nepřesnosti pro tento účel akceptovat? Jednou z možností je aplikovat zjednodušenou verzi známé poučky, že zvýšení profitability, a tedy i ziskovosti, lze dosáhnout buď snížením nákladů, nebo zvýšením příjmů. Zredukujme tedy klasický výpočet pouze na to, že do něj zahrneme jen předpokládané zvýšení příjmů. U nich berme v úvahu přidanou hodnotu daného procesu a předpokládané či očekávané parametry v důsledku splnění stanoveného cíle. Bude-li tedy např. cílem zvýšení hodinového výkonu výrobní linky, která v současnosti vyrobí za směnu 3 000 kusů výrobků s přidanou hodnotou 125 Kč na jeden kus, tak při zvýšení výkonnosti linky o 1 % a třísměnném provozu bude přidaná hodnota za den 11 250 Kč. Za rok (250 pracovních dnů) podniku každé 1 % zvýšení výkonnosti linky přinese hodnotu ve výši asi 2,75 mil. korun. Kdyby bylo cílem zvýšení výkonnosti o 5 %, což je poměrně realistický scénář, pohybovaly by se roční přínosy na úrovni přibližně 13,75 mil. korun. I když jde pouze o ilustrativní příklad, je z něj zřejmé, že pro použití jakýchkoliv nových (resp. modernizovaných) technologií je dobré mít především na zřeteli nejen to, co je možné novou investicí ušetřit, ale i co dané vylepšení může potenciálně přinést. Na opačném pólu úvah je ztráta, která může nastat, jestliže investor realizaci ve smyslu Industry 4.0 v oblasti, která má potenciál pro zvýšení ziskovosti, ve správný čas nezahájí.  Krok 3 – rozumná digitalizace procesů Strategie Industry 4.0 se často spojuje právě s digitalizací. Digitální informace jsou základem pro komunikaci „v reálném čase“ mezi různými procesy ve firmě. Za rozumnou digitalizaci autoři považují takovou formu digitalizace, pomocí které za přijatelných nákladů firma dokáže reprezentovat parametry v digitální podobě, přičemž takto získaná digitální data pak může dále spravovat a vyhodnocovat. V současnosti lze ve firmě běžně identifikovat tři klíčové vrstvy, které jsou zdroji dat. První vrstva reprezentuje samotnou „fyzickou výrobu“. Tato vrstva je hlavním cílem digitalizace, protože právě velká rozmanitost různých typů automatických, poloautomatických a manuálních výrobních technologií a rozličný stupeň možné konektivity zařízení, kde jsou tyto technologie realizovány, mají zásadní vliv na složitost sběru provozních dat (např. hodnot fyzikálních veličin), dat výrobních (provozních a stavových) a dat energetických. Výzvou zde je nalézt rozumnou míru digitalizace a způsob, jak potřebná data získat s co nejmenšími náklady a v přijatelném čase. Druhá vrstva se týká samotného výrobku, který firma vyrábí. Zahrnuje zejména nástroje pro vlastní konstrukci výrobku a technologické postupy jeho výroby. Tato vrstva se též označuje jako PLM (Product Lifecycle Management). Většinou dnes existuje v digitální podobě, a tak stačí digitální data jen účelně využít. Třetí vrstva zastřešuje obchodní procesy. Typicky bývá propojena se systémy ERP (Enterprise Resource Planning), které v současné době již s digitálními informacemi vesměs pracují, a není je proto zapotřebí digitalizovat, pouze rovněž účelně využít. Propojení uvedených vrstev digitálních dat v reálném čase umožní vytvořit z nich datovou základnu, obsahující smysluplné a strukturované informace, nad nimiž potom lze provádět nejrůznější analýzy a simulační výpočty. Právě to je hlavním účelem digitalizace. Strategie Industry 4.0 obohacuje tento proces o další možnosti, přičemž cílem je pomocí nových digitálních nástrojů postupně přecházet od „reaktivního“ způsobu hledání a řešení problémů k metodám a technologiím „prediktivním“. To je také podstatou vzniku tzv. kyber-fyzických systémů, kde fyzické systémy jsou „pracujícíma rukama“ a digitální systémy a algoritmy „mozkem“, který je řídí. Po přeměně dat do digitalizované podoby je lze obecně dělit do čtyř základních úrovní. Již známé tři úrovně vizualizace, HMI/SCADA/DCS a MIS/MES (viz charakteristika v tab. 1) doplňuje úroveň čtvrtá – Industry 4.0 (digitální dvojče).  Užitečnost realizace strategie Industry 4.0 Pro komentář přínosů digitalizace jako součásti uplatnění strategie Industry 4.0 ve firemním výrobním prostředí autorům poslouží Obr. 1. Čtyři úrovně informací z výroby  Komentář 1 – možnost explicitního zjištění toho, co se ve výrobě právě děje První a hlavní informací, kterou digitalizace přinese, je pohled na skutečný stav procesů. Ten je založen na dlouhodobém sledování skutečnosti, a ne na domněnkách a předpokladech. Zejména takovýto obraz skutečnosti je rozhodujícím východiskem pro splnění stanoveného cíle. Bez jistoty věrohodného poznání aktuálního stavu je problematické až nemožné správně identifikovat kritická místa a procesy, které bude třeba zlepšit.  Komentář 2 – pochopení příčin, proč nestandardní a problémové děje ve výrobě vznikají Na základě dlouhodobého sledování a vyhodnocování získaných informací je s využitím digitálních analytických nástrojů možné najít stavy a vyhodnotit souvislosti, které vedou ke vzniku problémových situací. Lze tak identifikovat úzká místa, na jejichž odstranění je třeba se následně zaměřit. Odstraněním jednoho úzkého místa se zpravidla nic nevyřeší. Vznikne totiž další úzké místo. Jejich postupným odstraňováním je ale možné krok po kroku zvyšovat efektivitu daného procesu. Ukazuje se, že postupná eliminace úzkých míst krok po kroku je optimálním postupem pro splnění stanoveného cíle projektu.  Komentář 3 – možnost predikce toho, co se stane, a schopnost zabránit tomu, aby se to stalo Tady se začíná naplňovat smysl strategie Industry 4.0, kterým je přechod od reaktivního řešení problémů k řešení prediktivnímu. Predikce událostí je v zásadě realizována dvěma způsoby. První způsob je založen na učení se z minulosti, tj. vyhodnocení toho, jaká kombinace parametrů, popř. událostí vedla ke vzniku daného problému. S využitím analytiky a digitálních nástrojů je potom na základě historických dat možné s určitou pravděpodobností a přesností predikovat budoucí události. Na podobném principu pracují i neuronové sítě, které lze jako nástroj pro predikci rovněž využít. Druhým způsobem je predikce na základě vhodného online sledování klíčových parametrů daného procesu nebo zařízení. Je-li např. zapotřebí predikovat vznik poruchy určitého zařízení, je třeba navrhnout vhodné řešení jeho monitorování tak, aby postihlo vývoj sledovaných veličin a příslušných parametrů co do jejich hodnot v čase i s limitací mezních kritických hodnot. Použitím odpovídajících snímačů a jejich začleněním do systému digitálního sledování a vyhodnocování v reálném čase lze potom s poměrně velkou pravděpodobností poukázat na potenciální vznik budoucího nestandardního či havarijního stavu daného procesu nebo zařízení dříve, než takováto událost nastane.  Komentář 4 – autonomní technika Technické prostředky, které dokážou autonomně řídit procesy, se neustále vyvíjejí ve všech oblastech života. To platí i pro průmyslovou sféru. Patrně není daleko doba, kdy se výrobní procesy a jejich technologická zařízení budou řídit autonomně, s minimálními zásahy člověka, kterému tak zůstane jen jakási „dozorová“ funkce. Autoři se ale domnívají, že vzhledem ke specifičnosti a funkční rozmanitosti výrobních aplikací v nich k úplné eliminaci lidského faktoru v brzké budoucnosti ještě nedojde.  Závěr Díl V. tohoto seriálu se bude věnovat případové studii jednoho z již realizovaných projektů, ve kterém je strategie Industry 4.0 smysluplně uplatňována. Autoři uvedou také některé praktické rady, které z této realizační zkušenosti vyplývají.  Robin Mitana, Miroslav Dub, SIDAT DIGITAL a SIDAT Tab. 1. Čtyři úrovně informací z výroby Úroveň 1 (vizualizace) vizualizace diskrétních a spojitých technologických procesů, vizualizace energetiky, vizualizace manažerských reportů, vizualizace průchodu výrobku výrobou (traceability) Úroveň 2 (HMI/SCADA/DCS) vizualizace výrobních a technologických procesů s možností jejich řízení na úrovni technologie, decentralizované řídicí systémy Úroveň 3 (MIS/MES) výrobní informační systém založený na sběru dat z různých zdrojů a jejich konverze na výstupy, které obvykle mají formu reportů; off-line simulace a optimalizace s cílem ověřit a odladit výrobní procesy a následně do jejich průběhu zasahovat Úroveň 4 (digitální dvojče) digitální kopie fyzického výrobního systému nebo procesu, která se chová stejně jako fyzický výrobní systém či proces, s nímž navzájem oboustranně na datové úrovni komunikuje; takovéto uspořádání, které je charakteristické pro kyber-fyzický výrobní systém, představuje nejvyšší míru integrace fyzických a digitálních technologií

Společnost 5.0 – japonská cesta od informační k superchytré společnosti

V Japonsku, které bylo partnerem loňského veletrhu CeBIT, odstartoval vládní program, jehož cílem je připravit na digitalizaci nejen průmysl, nýbrž celou společnost. Země se tak řadí po bok státům, ve kterých jsou již podobné programy zavedeny (Industrie 4.0 v Německu, e-Estonia v Estonsku nebo Smart Nation v Singapuru).  Společnost 5.0 na loňském veletrhu CeBIT V úvodu vládního programu Japonska s názvem Společnost 5.0 jsou zmíněny výzvy, kterým aktuálně země čelí – stárnutí populace (26,3 % japonské populace je starší 65 let), nebezpečí terorismu, přírodních katastrof a znečištění životního prostředí. Dokument japonské obchodní federace Keidan­ren vyjmenovává pět bariér, které je třeba pro zvládnutí těchto výzev překonat. Zmíněné bariéry jsou těžkopádnost administrativy, zastaralý právní řád, pomalý rozvoj technologií, nedostatek lidských zdrojů a neochota veřejnosti přijmout nutné změny. Úlohou federace Keidanren je ve spolupráci s vládou veřejně šířit myšlenky programu Společnost 5.0. Dokument Na cestě k realizaci nové ekonomiky a společnosti, vydaný federací Keidanren, představuje návrh, jak myšlenek programu Společnost 5.0 dosáhnout. Dokument byl mimo jiné představen na loňském veletrhu Cebit v Hannoveru.  Spolupráce člověka a robotů Jedním ze způsobů, jak se vypořádat s problémem nedostatku pracovní síly na trhu práce, má být podle federace Keidanren zapojení lidí ze všech sociálních vrstev společnosti a všech věkových kategorií za pomoci výukových a tréninkových iniciativ a všeobecného zavedení „inovační kultury“ do těsnějších vztahů s roboty a stroji. Rozhodující je, aby spolupráce lidí a strojů požívala ve společnosti odpovídající respekt, včetně ohledu na etickou a ekonomickou stránku problému.  Úpravy právního řádu Další kroky, kterými je třeba přispět ke změnám ve společnosti, se týkají úprav právního prostředí. S ohledem na disruptivní vývoj techniky nabude na významu otázka duševního vlastnictví. Stejně tak současné právní předpisy nesmí představovat do budoucna překážku ve využívání např. autonomních dopravních prostředků nebo kolaborativních robotů. Podcenit nelze ani otázku zabezpečení dat (informací) při jejich ukládání či předávání.  Výzkum, vývoj, vzdělání a jejich financování Japonsko plánuje investovat 1 % HDP do výzkumu a technického vývoje. Plán financování rovněž zahrnuje změny v daňovém systému v souvislosti s podporou soukromých investic. Součástí strategie je také podpora vzdělávání v oblasti informatiky již na úrovni základního a středního školství. S tím souvisí požadavek dostatečných kapacit v oboru kybernetické bezpečnosti. Jednou z možností zajištění potřebných lidských zdrojů je podpora ekonomické imi­grace řízená vládou, cílená právě na odborníky z jiných zemí. Kromě toho bude definována „oblast vyloučené konkurence“, vymezující obory, ve kterých budou spolupracovat domácí a zahraniční společnosti s cílem zajištění společné komparativní výhody Japonska. Počítá se také se start-upy i malými a středními podniky, jež společně se zahraničními subjekty vytvoří potřebnou ekonomickou základnu. Vzdělání studentů a budoucích vědců musí být opřeno o aktivity současných výzkumných pracovníků a o spolupráci průmyslu, akademické sféry a vlády obecně. Důraz je explicitně kladen na zapojení žen, stejně jako špičkových vědců z ciziny. V souladu s touto iniciativou japonští vládní zástupci vyvíjejí snahu o další prohloubení vztahů s ostatními členskými zeměmi transpacifického partnerství (TPP), které na bázi multiraterálních dohod zaručuje volný obchod mezi členskými zeměmi (kromě Japonska jsou členy Brunej, Malajsie, Vietnam, Singapur, Austrálie, Nový Zéland, Kanada, Mexiko, Chile, Peru; do roku 2017 i USA).  Reforma organizací i stylu práce Doporučení federace Keidanren se vztahují rovněž na jednání a práci se zaměstnanci. Zdůrazněn je ohled na jejich individuální potřeby. To souvisí s vizí budoucího trhu práce, na kterém již nebudou existovat mnohá z nynějších povolání, ale naopak vzniknou zcela jiné možnosti pracovního uplatnění.  Společnost 5.0 – shrnutí Lze shrnout, že japonský program Společnost 5.0 představuje nový model růstu od informační k „superchytré“ společnosti, který nabízí řešení souvisejících sociálních problémů a předkládá způsob, jak dosáhnout trvale udržitelného rozvoje společnosti. Základní principiální změna je v tom, že vývoj již není orientován na technické aspekty a na dosahování neustálého růstu zisku – do centra pozornosti se dostává člověk a jeho kvalita života. Federace Keidanren vytipovala sedmnáct cílových stavů, kterých má superchytrá společnost dosáhnout (tab. 1).  Společnost 5.0 vs. průmysl 4.0 Zatímco pojem průmysl 4.0 bude ještě určitou dobu aktuální téma v odborných i veřejných kruzích, nejen v souvislosti s programem Společnost 5.0 se objevuje nový termín, a to průmysl 5.0. Již etablovaný průmysl 4.0 se zaměřuje na využití automatizační techniky a robotů v průmyslu a postupně i v každodenním životě, ale průmysl 5.0 jde dál1). Zejména v bohatých společnostech, které budou schopné ve značné míře realizovat principy průmyslu 4.0, půjde o zabezpečení způsobu práce, resp. života obecně, pro širokou veřejnost, pro niž bude nejen trh práce, ale celý způsob života zcela změněn. Otázky průmyslu 5.0 souvisejí také s již zmíněnými klimatickými změnami. Jedním z oborů řešících otázku obnovitelných zdrojů a zdrojů obživy je bioekonomika, jež se musí stát součástí průmyslu 5.0. Příkladem aktivit v oboru bioekonomiky může být německá Národní výzkumná strategie BioEconomy 2030. Podílí se na ní mnoho renomovaných výzkumných institucí. Ty řeší pět priorit: globální zabezpečení zdrojů obživy, udržitelné zemědělství, zdravé a nezávadné potraviny, průmyslové využití obnovitelných zdrojů a vývoj zásobníků energie na bázi biomasy. Dalším souvisejícím oborem jsou průmyslové biotechnologie. Příkladem jejich využití je vývoj nových materiálů vykazujících výjimečné fyzikální či chemické vlastnosti. V souvislosti s průmyslem 5.0 je rovněž zmiňována tzv. syntetická biologie, umožňující výrazně zrychlit proces evoluce. Pomocí genového inženýrství je tak možné např. pěstovat plodiny odolávající lokálním podmínkám, vyvíjet biologické senzory a akční členy nebo získávat nové druhy bio­paliv. Seznam institucí zabývajících se syntetickou biologií obsahuje mnoho zvučných jmen (Ginkgo Bioworks, NASA, Imperial College London, DARPA a další). Výzkumné aktivity oborů blízkých myšlenkám průmyslu 5.0 s sebou přinášejí nutnost řešit etické otázky hranic, které by člověk neměl překračovat. S rozvojem průmyslu 5.0 proto musí být spojeny také výzkumné aktivity na poli etiky a filozofie. Tak jako každý vývoj, i průmysl 5.0 má dvě strany mince – potenciál dnes nepředstavitelné akcelerace vývoje techniky a jeho využití k materiálnímu zabezpečení globální populace na straně jedné, avšak nebezpečí zneužití teroristickými organizacemi či zeměmi a riziko vzniku neočekávaných efektů na straně druhé. Jedno z nebezpečí spočívá též v tom, že rozvoj bioinženýrství má a bude mít lepší podmínky v těch částech světa, které již nyní patří k těm rozvinutým. Do budoucna to může představovat impulz k ještě podstatnějšímu rozevírání nůžek mezi bohatými a zaostávajícími regiony, které mohou být příčinou sociálních a politických problémů globálních rozměrů.  Jiří HloskaPartnerství Česka a Japonska Technologická agentura ČR, Agentura pro podporu podnikání a investic Czechinvest a japonská vládní agentura pro podporu obchodu a investic JETRO uspořádaly za spolupráce Českého institutu informatiky, robotiky a kybernetiky workshop k tématu česko-japonské technologické spolupráce Czech Japan Technology Partnership Workshop. Akce se uskutečnila 20. září 2017 v budově CIIRC ČVUT za účasti japonského velvyslance v ČR, náměstka ministra průmyslu a obchodu ČR a výkonného ředitele japonské vládní agentury NEDO. Workshop byl zaměřen na současný a budoucí potenciál spolupráce České republiky a Japonska v oblasti techniky a představil příklady výzkumně-vývojových projektů v oborech laserových technologií, jaderné energetiky, průmyslu 4.0 a materiálového inženýrství. Ve dnech 30. listopadu a 1. prosince 2017 se Ing. Roman Holý, Ph.D., vedoucí Národního centra Průmyslu 4.0 v rámci CIIRC ČVUT, zúčastnil třetího ročníku mezinárodního sympozia RRI (Robot Revolution Initiative) a zároveň navštívil výstavu International Robotics Exhibition (iREX) 2017 v Tokiu v Japonsku. Sympozium se konalo pod záštitou japonského ministerstva pro ekonomiku, obchod a průmysl, jehož náměstek Kosaburo Nishime akci také zahájil. Roman Holý vystoupil se svým příspěvkem v panelu s názvem Future image of Manufacturing and Service with IIoT společně s dalšími experty z Japonska, Německa a Švédska.                                               (ed)  Tab. 1. Cíle programu Společnost 5.0 a způsoby, jak jich dosáhnout

Kognitivní snímače v digitalizované výrobě

Fraunhoferův ústav IIS představil během veletrhu Hannover Messe 2018 početnou množinu zařízení a metod v oboru kognitivní snímačové techniky, pokládané ze jeden z pilířů při zavádění konceptu Industrie 4.0 a internetu věcí ve výrobním průmyslu.  Charakteristickým znakem konceptu Industrie 4.0 a internetu věcí (IoT) je propojování strojů, výrobních zařízení a procesů i celých výrobních linek nebo závodů a vytváření rozsáhlých sítí pro výměnu specifických uživatelských údajů. Důležitou úlohu v těchto konceptech mají inteligentní kognitivní (rozpoznávací) snímače (senzory). Jejich problematice se soustavně věnují odborníci ve Fraunhoferově ústavu pro integrované obvody IIS (Institut für Integrierte Schaltun­gen) v Norimberku, kteří vyvinuli špičková zařízení a metody k identifikaci, lokalizaci a komunikaci potřebné v oboru kognitivní snímačové techniky a systémů (sensorik). Při své práci došli k tomu, že samotná elektronika v současnosti již nevede ke špičkovému výrobku, a proto účelně zkombinovali hardware a software s progresivními technikami umělé inteligence a strojového učení. Obr. 1. Nové kognitivní snímače a systémy jsou před zavedením v průmyslu zkoušeny ve zkušebním a aplikačním středisku Fraunhoferova ústavu IIS v Norimberku (foto: Fraunhofer IIS) Současný stav Momentálně plní regály v obchodních domech zejména sériově vyráběné zboží. V budoucnu však budou výrobky individuálnější, v dlouhodobém výhledu budou některá odvětví dokonce nabízet produkty vyráběné kusově – tedy ve výrobních dávkách jeden kus. V automobilové výrobě není tento cílový stav příliš vzdálen – automobily se při výrobě individuálně upravují a vybavují podle přání zákazníka již nyní. Ve výrobním procesu toto ovšem s sebou nese mnoho problémů, které lze zvládnout pouze při použití postupů kognitivní snímačové techniky. Stručně řečeno se stavební díly musí identifikovat a lokalizovat a stroje a zařízení musí být schopné komunikovat mezi sebou a také s lidmi. To vyžaduje vhodnou automatizovanou uživatelskou výrobní logistiku obstarávající řízení rozhodovacích i výrobních procesů.  Řešení pro koncept Industrie 4.0 na příkladu montáže motoru Fraunhoferův ústav IIS nabízí k řešení uvedených úloh techniku a metody, které na veletrhu Hannover Messe 2018 představil na příkladu montáže motoru. Nabízené metody sahají od lokalizace přepravních vozíků za účelem zefektivnit skladovací postupy a zajistit dodávky patřičných motorů na odpovídající montážní stanici přes podporu montáže s inteligentním sledováním nástrojů, použití inteligentních zásobníků a vychystávacích systémů až po sledování stavu strojů. Optimalizace pracovních procesů na bázi snímaných údajů dat je přitom základem zvyšování produktivity celé továrny. Prostřednictvím nástrojů prediktivní analýzy (prognostická metoda pro stanovení budoucích událostí) lze údaje nashromážděné pomocí kognitivních snímačových systémů také využít k automatizaci řízení a sledování vnějšího dodavatelského řetězce.  Nervové buňky průmyslového internetu věcí „S kognitivní snímací technikou lze skutečně dosáhnout digitalizace výroby,“ zdůrazňuje prof. Dr. Albert Heuberger, obchodní ředitel Fraunhoferova ústavu IIS. „Kognitivní snímače jsou nervovými buňkami průmyslového internetu věcí (IIoT). Hodnoty sledovaných veličin nejen snímají, nýbrž naměřené údaje přímo vyhodnocují, činí podle nich inteligentní rozhodnutí a získanou informaci postupují podle potřeby dále. Fraunhoferův ústav IIS k tomu dodává konkrétní zařízení pro bezdrátovou komunikaci a lokalizaci v prostředí IIoT a IoT jako celku. K tomu, aby se správné údaje dostaly ve správný čas k použití na správném místě se v kognitivních snímačích využívají také metody strojového učení.“  Inteligentní zásobník si samostatně objednává doplnění Při montáži je např. na jedné straně důležité, aby dělník měl vždy v dosahu všechny potřebné díly a montážní pás se z důvodu chybějících montážních dílů nemusel zastavit. Na druhé straně by se nemělo skladovat více montážních dílů, než je nutné, protože tím rostou náklady na skladování. K tomu účelu vyvinuli odborníci ústavu IIS inteligentní zásobníky, které vědí, kde přesně se nacházejí a nakolik jsou naplněny, a podle stavu naplnění v případě potřeby automaticky objednají doplnění. Zásobníky komunikují prostřednictvím snímačové komunikační sítě s-net®, také vyvinuté ve Fraunhoferově ústavu IIS. Přitom bezdrátově komunikují jak mezi sebou, tak také s infrastrukturou a vytvářejí tímto způsobem síť typu multi-hope. Na mnohoúčelovém displeji poskytují své údaje rovněž pracovníkům v závodě – informují je tak např. o tom, když dorazí dodatečně objednaný plný zásobník. Údaje snímané zásobníky se ukládají do cloudu, kde jsou jako součást Big Data k dispozici pro analýzy.  Světlo vede skladníka labyrintem regálů Dělník na montáži potřebuje nejenom malé díly jako šrouby a matice, které lze uložit v příručních zásobnících, nýbrž také větší stavební díly, které se skladují v regálech obsluhovaných regálovými zakladači. K minimalizaci potřebného skladovacího prostoru se skladovací místa využívají flexibilně. V praxi to znamená, že tytéž montážní díly jsou v regálu uloženy pokaždé na jiném místě. Skladník je pro zrychlení práce naváděn světelným signálem optického naváděcího systému na místo v regálu, kde požadovaný produkt nalezne. Standardní optické naváděcí systémy typu pick-by-light se ovšem buď musí připojit kabelem, což znamená nesnáze při instalaci, nebo jejich baterie mají příliš malou výdrž. Při řešení projektu Pick-by-Local-Light (PbLL) je v ústavu IIS vyvíjen zcela nový vychystávací systém založený na bezdrátové snímačové síti, jejímž základem je i zde technika s-net®.  Závěr Všechna zařízení a metody prezentované Fraunhoferovým ústavem IIS na veletrhu Hannover Messe 2018 již byly podrobně vyzkoušeny v laboratořích ústavu (obr. 1) a dosáhly natolik vysokého stupně zralosti, že bylo možné začít s jejich ověřováním, spojeným s další optimalizací, v pilotních projektech v průmyslu. V současnosti běží pilotní projekty v automobilce BMW a výzkumné a vývojové projekty ve společnosti Siemens AG a u dalších partnerů, kteří všichni v části své výroby a logistiky zavedli digitální techniku za účelem cíleně podporovat své pracovníky asistenčními systémy k dosažení efektivní interakce se strojem. Další informace lze nalézt na adrese https://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2018/Februar/kognitive-sensorik-in-der-produktion.html. [Kognitive Sensorik in der Produktion. Pressemit-teilung Fraunhofer IIS, 6. 2. 2018.]  (Kab.) Obr. 1. Nové kognitivní snímače a systémy jsou před zavedením v průmyslu zkoušeny ve zkušebním a aplikačním středisku Fraunhoferova ústavu IIS v Norimberku (foto: Fraunhofer IIS)

Inspiromat pro výuku a Tecomat: co v učebnici automatizace nebylo

(část 3 – řízení tepelných soustav – od varné konvice k budovám, 1. díl) Dosavadní náplní seriálu bylo měření na tepelných soustavách s využitím programovatelného automatu (PLC) Tecomat Foxtrot a zobrazení časových průběhů. V první části to bylo měření teploty lidského těla, jehož teplota je po dobu měření stálá. Výsledky měření byly současně příležitostí k pochopení dynamiky senzoru, který lze považovat za soustavu prvního řádu. Její dynamika byla ilustrována i na příkladech obdobných soustav z oboru elektrotechniky a hydrauliky. Druhá část se zabývala měřením teploty soustav, jejichž teplota se pomalu mění vlivem okolního prostředí (spontánním ochlazováním nebo ohřevem). Spolu s dynamikou senzoru lze měřenou soustavu považovat za soustavu alespoň druhého řádu se dvěma vstupy. Následovalo měření teploty vody ve varné konvici. Tu lze považovat za soustavu druhého nebo vyššího řádu se dvěma vstupy – a navíc je astatická (integrační). Je možné ji považovat za model tepelných soustav v technice budov. Varnou konvicí se budeme zabývat i nadále, ale nyní z pohledu jejího řízení a regulace teploty. Ilustrováno bude řízení výkonu metodou pulzně šířkové modulace (PWM) a možností řešení nespojitého regulátoru (termostatu).Varná konvice a budovy?Elektrická rychlovarná konvice (dále jen varná konvice) je nejenom vhodná k rychlému uvaření vody na čaj nebo kávu, ale může být použita také jako laboratorní učební pomůcka k experimentování s programovatelnými automaty. Je jednoduchá a snadno dostupná. Grafická prezentace výsledků je názorná. Významná je ale skutečnost, že může sloužit jako zjednodušený a zrychlený fyzikální model tepelných procesů v budovách při vytápění v zimním období nebo při chlazení (klimatizaci) v letním období (což je podobný proces, jen s opačnými znaménky). Oba typy objektů lze považovat za soustavy se dvěma vstupy, v podstatě lineární. Obdobnou dynamiku vykazují i jiné (nejenom tepelné) soustavy v domácnosti nebo v průmyslu.Pro jednoduchost uvažujme vytápění místnosti. Prvním vstupem řízené soustavy je tok tepelné energie (tepelný tok) z topidla (tepelného zdroje). Ten je ovšem jednopolaritní – topení může být buď zapnuto (popř. s proměnným výkonem), nebo vypnuto. V terminologii teorie regulace lze situaci charakterizovat jako „razantní omezení akční veličiny“, která může mít jen kladné znaménko, a akční veličina opačné hodnoty není dostupná. Vědomě vylučujeme možnost, kdy bychom přetopenou místnost chladili, např. systémem fan-coil (je-li instalován) nebo třeba otevřením okna, což by bylo z energetického hlediska nesmyslné. Za druhý vstup lze považovat ztráty – spontánní vyrovnávání teploty v místnosti s teplotou vnějšího prostředí. Tepelné ztráty se uplatňují trvale – jak v průběhu aktivního topení, tak při jeho vypnutí. Intenzita tepelných ztrát se zvyšuje s rozdílem teplot uvnitř a vně místnosti a závisí na kvalitě izolace pláště budovy (tepelné propustnosti zdiva a oken, popř. na „tepelných můstcích“). Dynamika tepelných ztrát je určována schopností akumulace tepla v plášti budovy. Nově postavené a renovované budovy se vyznačují minimálními tepelnými ztrátami („zateplení“ bývá hlavním důvodem renovace budovy). Tepelné ztráty budovy se tím minimalizují, u „nulových domů“ se blíží k nule. Je to sice pozitivní jev, ale vyžaduje změnu přístupu k řízení procesu vytápění – případné přehřátí („přetopení“) prostoru se tak stává dlouhodobým a zhoršuje pocit tepelné pohody obyvatel. Neuvažujeme-li dodatečné chlazení prostoru, je třeba proces vytápění řídit tak, aby nedocházelo k výraznému přehřívání. Dynamice tepelných procesů je účelné přizpůsobit i časový program budovy (předstih začátku a konce vytápění). Jestliže např. známe (nebo umíme změřit) dobu, za jakou po vypnutí klesne teplota v místnosti pod tolerovanou hodnotu, můžeme vytápění ukončit přiměřeně dříve. Podobně je možné optimalizovat dobu začátku vytápění. Vědomě zde pomíjíme důsledky zateplení budovy pro kvalitu vnitřního prostředí (vlhkost a znečištění vzduchu, koncentrace CO2) a možnosti řešení (např. nucená ventilace s rekuperací).Podobnou dynamiku vykazuje i varná konvice, ovšem s jinými časovými měřítky. Ilustrují ji příklady 5 a 6 v závěru předchozí části seriálu (Automa 2018, č. 5, str. 16 až 19). Tam uvedený obr. 6 znázorňuje průběh teploty vody při zapnutí a vypnutí konvice a obr. 10 průběh teploty při přerušovaném zapínání a vypínání konvice. Na obr. 7 a obr. 8 je schéma elektrického a hydraulického obvodu, jako hrubě zjednodušeného modelu procesu soustavy se dvěma vstupy. Na obr. 13 a obr. 14 jsou uvedena doplněná schémata, která respektují tepelnou kapacitu topného tělíska. Schémata na obr. 15 a obr. 16 navíc respektují i tepelnou kapacitu pláště konvice. Obdobnou dynamiku, ovšem s jinými časovými konstantami, vykazuje i místnost vytápěná elektrickým přímotopným zdrojem tepla. Podobně se chovají i jiné tepelné soustavy v domácnosti, např. elektrické podlahové topení, elektrický nebo plynový kotel, bojler, průtokový ohřívač vody nebo plynová pečicí trouba, varná deska nebo ploténka, plynový hořák, ale i ohřev vody v pračce a jiných tepelných spotřebičích. Pro většinu uvedených soustav platí, že z tepelného zdroje proudí neměnný tepelný tok. Kdyby neexistovaly tepelné ztráty, narůstala by teplota v soustavě (teoreticky) lineárně a až do nekonečna. V důsledku tepelných ztrát (které nelze nikdy vyloučit) teplo ze soustavy uniká (většinou úměrně s rostoucím rozdílem teplot), až se teplota ustálí v rovnovážném stavu, kdy je vyrovnán tepelný tok ze zdroje a tepelný tok ztrát – např. u vláknové žárovky. U většiny tepelných soustav nedochází k takto nekontrolovanému ohřevu. Například u varné konvice se růst teploty zastaví při varu vody (jestliže se všechna voda nevypaří – pak ohřev zastaví bezpečnostní pojistka). Často je ohřev cyklicky přerušován a spouštěn termostatem při regulaci teploty (např. v pečicí troubě, automatické pračce, zavařovacím hrnci). Téměř vždy je tepelný zdroj nebo spotřebič vybaven bezpečnostní pojistkou, která zabrání překročení teploty nad nastavenou hodnotu. Někdy je ohřev ovládán ručně obsluhou, např. při přípravě jídel. Selhání bezpečnostní pojistky mívá fatální následky, obvykle destrukci přístroje, požár nebo jinou havarijní situaci. Jiná situace nastává v místnostech s kapalinovým vytápěním nebo chlazením. Zde má teplosměnné médium (nejčastěji voda) dlouhodobě stálou teplotu a tepelný tok je úměrný rozdílu teplot vody a vytápěného prostoru. Patrně nejrozšířenější je teplovodní vytápění s otopnými tělesy (radiátory). Rovněž zde se lze setkat s tepelnou soustavou se dvěma vstupy. Prvním vstupem soustavy je otopné těleso, které zprostředkuje předávání teploty z topné vody do vzduchu v prostoru vytápěné místnosti. I ten působí jednosměrně – buď je zapnut (popř. s regulovaným průtokem), nebo je vypnut. Druhým vstupem jsou zase tepelné ztráty, které působí v podstatě trvale a nezávisle na stavu topného tělesa – při jeho zapnutí i vypnutí. Oproti předchozímu případu s přímotopným topidlem zde jde o statickou soustavu. Teplota vzduchu v místnosti nemůže být vyšší, než je teplota topného tělesa (neuvažujeme-li jiné zdroje tepla). Kdybychom (teoreticky) vyloučili tepelné ztráty, ustálila by se teplota ve vytápěném prostoru na teplotě topné vody. Působením druhého vstupu (ztrát) je ovšem teplota v prostoru jiná – v závislosti na venkovní teplotě (tepelných ztrátách nebo tepelných ziscích). Zjednodušeným modelem takové soustavy v oboru elektrotechniky může být elektrický obvod podle obr. 7, obr. 16 a obr. 15 – stále se odkazujeme na minulý díl seriálu – upravený tak, že zdroj proudu v levé části schématu (ik) nahradíme zdrojem konstantního napětí. Obdobně v hydraulické analogii podle obr. 8, obr. 14 a obr. 16 by v levé části schématu bylo třeba přívod s konstantním průtokem nahradit přívodem z velké nádrže (zdroje konstantního tlaku). Ve virtuálním modelu je úprava snadná, fyzikální model by byl nesrovnatelně komplikovanější (konstrukčně pracnější a v provozu méně spolehlivý) oproti připojení varné konvice – proto u ní raději zůstaňme.Při tradičním centrálním vytápění s otopnými tělesy je pro celý objekt topná voda ohřívána na stálou teplotu (obvykle v rozmezí +40 až +80 °C) ze společného regulovaného kotle nebo z předávací stanice. Průtok vody do jednotlivých radiátorů je ovládán jejich regulačními ventily (dvoustavovými nebo spojitě řízenými). Při lokálním (etážovém) vytápění bývají ventily pevně nastaveny a podle potřeby se ovládá aktivita kotle. Při kapalinovém podlahovém vytápění protéká otopné médium (obvykle voda) meandrem z trubek v hmotě podlahy a touto cestou ohřívá vzduch ve vytápěné místnosti. Teplota vody bývá jen kolem +30 °C – bylo by nepříjemné mít „horkou půdu pod nohama“. Na podobném principu (ovšem v opačném směru) působí stropní chlazení. Obdobně pracují i jiné tekutinové systémy topení a chlazení v budovách (např. klimatizace, fan-coil, stěnové vytápění apod.), ale i v technologických procesech (např. při ohřevu nebo chlazení chemických reaktorů nebo v potravinářských zařízeních). Obdobné procesy se uplatňují i v činnosti chladniček, mrazniček a tepelných čerpadel, ale i ve velkých chladírnách a mrazírnách při výrobě, dopravě a prodeji potravin, v kuchyních restaurací a výrobnách potravin. Obrázky obr. 8, obr. 14 a obr. 16 s hydraulickými schématy byly do textu zařazeny především pro názornost výkladu – snáze si lze představit plnění nebo vyprazdňování nádrží a tok kapaliny než „přelévání tepla a elektrického náboje“. Podobná problematika se objevuje i u reálných hydraulických soustav v technologických a biologických procesech, v rybníkářství a vodním hospodářství, vodárenství a lodní dopravě – např. při řízení plavebních komor. V malém měřítku se lze s dynamikou hydraulické soustavy setkat např. při vypouštění umyvadla, vany, bazénu nebo při splachování WC.Hrátky s varnou konvicí ve ZlíněDále popsané experimenty s varnou konvicí byly realizovány v laboratoři SPŠ Zlín. Při vysvětlování pojmu „regulovaná soustava“ je vhodné uvést konkrétní příklady, se kterými se žáci již setkali nebo setkávají v běžném životě, např. elektrický bojler, ploténka elektrického sporáku, vytápění místnosti nebo splachovadlo. Tyto soustavy ale nelze umístit do laboratoře, a proto nejsou vhodné jako názorné ukázky. Varná konvice se používá snad v každé domácnosti. Má tedy smysl vyzkoušet ohřev a regulaci teploty vody pomocí tohoto běžného kuchyňského zařízení. K pokusům byla použita varná konvice o příkonu 2 000 W s topným tělískem zabudovaným do dna. Při experimentech byla vždy naplněna 1 l vody. K jejímu řízení byl použit programovatelný automat Tecomat Foxtrot, který je v laboratořích SPŠ Zlín tradičně využíván. Centrální jednotkou byl modul CP1014 s modulem C-OR-0202B připojeným na sběrnicí CIB. Obr. 1. K experimentům s varnou konvicí byl použit programovatelný automat Tecomat Foxtrot s centrální jednotkou CP1014 (vlevo) a periferní modul C-OR-0202B připojený na sběrnicí CIB (vpravo)Centrální jednotka CP1014 je vybavena osmi různě nastavitelnými vstupy a šesticí reléových výstupů. Obsahuje uživatelský displej 4 × 20 znaků. Prostřednictvím systémové sběrnice TCL2 lze připojit další moduly vstupů a výstupů. Na sběrnici CIB je možné připojit další moduly ze sortimentu stavebnice elektroinstalačních prvků CFox – v popisovaném případě již zmíněný modul C-OR-0202B (www.tecomat.cz). Je navržen pro umístění do instalační krabice a osazený dvojicí reléových vstupů s přepínacími kontakty. Trvalý proud každým výstupem může být až 16 A. Modul je zároveň opatřen dvěma univerzálními vstupy. Na každý lze připojit odporový teploměr (po vhodné volbě konfigurace). Pro laboratorní experimenty byl použit polovodičový teploměr NTC12K a odporový teploměr Pt1000. Modul C-OR-0202B byl zabudován do ploché elektroinstalační krabice na omítku. Výstupy relé byly propojeny se dvěma zásuvkami.Obr. 2. Vlevo sestava přípravku pro řízení varné konvice s polovodičovým senzorem NTC12K (nahoře uprostřed), odporovým snímačem Pt1000 (vpravo nahoře) s linkou sběrnice CIB pro připojení k systému Foxtrot, vpravo přípravek s varnou konvicí Pravá zásuvka je vyvedená jako spínací a levá jako rozpínací. K modulu je pevně ve svorkovnici připojen teploměr Pt1000, druhý se připojuje zásuvkou Jack umístěnou v krytu krabice. Toto řešení dovoluje snadno připojit různé typy odporových teploměrů a ověřit jejich funkci. Druhým konektorem Jack je připojena kroucená dvoulinka sběrnice CIB pro připojení k PLC. Přechodný děj při zapnutí a vypnutíPři prvním měření byla z bezpečnostních důvodů voda v konvici ohřívána jen na +40 °C. Cílem bylo zjistit časový průběh teploty během vypnutí konvice a po následném vypnutí konvice. Zásuvka s konvicí byla řízena jednoduchým programem (v podstatě jen příkazem volání funkčního bloku) zapsaným v jazyce strukturovaného textu (ST, Structured Text), který se při výuce běžně používá: RS_konev(S := (teplota_2 < 40),R1 := (teplota_2 > 40),Q1 => ohrev_1); Jde o funkční blok pro klopný obvod typu RS. Konvice je zapnutá, je-li teplota vody nižší než +40 °C, a vypnutá při teplotě vyšší než +40 °C (při teplotě rovné 40 °C se stav nemění). Příkaz realizuje algoritmus dvoustavového regulátoru bez hystereze. K zobrazení časových průběhů byla využita funkce Data Logger systému Tecomat Foxtrot. Ten ve zvoleném intervalu (zde po 3 s) ukládá do paměti hodnoty vybraných proměnných. Výsledný blok dat lze ve formát MS Excel přenést do počítače a tam dále zpracovávat.Obr. 3. Průběh teploty ve varné konvici (modře) a její aktivity (oranžově) Časový průběh teploty vody v konvici je na obr. 3. Časové údaje na vodorovné ose (zde a v dalších příkladech) jsou ve formátu h:m:s (hodiny:minuty:sekundy). Modře je zobrazen průběh teploty, oranžově aktivity zásuvky s konvicí. Oproti obrázkům z minulých částí seriálu má zde graf poměrně hladký průběh, bez „schůdků“ a krátkých impulzů („chlupů“), způsobených kvantovacím šumem. Důvodem je delší interval vzorkování. Rovněž je zde patrná doba průtahu – doba, než se ohřeje dno konvice a začíná ohřev vody (asi 10 s zhruba v době 9:12:12 až 9:12:22). Následuje strmý a téměř lineární nárůst teploty. Při 40 °C ohřev vypne, ale teplota ještě několik sekund strmě roste, což je způsobeno rozehřátým dnem, které předává akumulované teplo a ohřívá vodu až na 45,89 °C (zhruba v čase 9:15:22), kdy průběh kulminuje, a v čase 9:15:42 teplota začíná zvolna klesat. Průběh dokumentuje setrvačnou dynamiku konvice, která je zjevně soustavou druhého nebo vyššího řádu. Pro samotné topné těleso s hmotou dna lze odhadnout dynamiku alespoň druhého řádu. Po vylití horké vody a při novém plnění si lze všimnout, že dno ve styku s vodou zasyčí, což dokazuje, že teplota samotného dna je vyšší než teplota vroucí vody. Teplo akumulované ve hmotě dna se ještě delší čas po vypnutí předává vodě v konvici. Důsledkem je „tepelná setrvačnost“ – skutečnost, že po vypnutí vzroste teplota ještě zhruba o dalších 6 °C.Obr. 4. Průběh ohřevu s teploty vypnutí +30 °C: celkový průběh, počáteční úsek, kulminace po vypnutí a počátek chladnutí, detail v okolí vrcholu, ochlazování Skutečnost lze interpretovat i opačně: abychom vodu ohřáli na hodnotu v tolerančním pásmu v okolí hodnoty 46 °C, je třeba konvici vypnout již v předstihu při teplotě 40 °C. Této teploty bude dosaženo za dobu asi 2 min. Tyto údaje mohou být inspirací pro návrh „inteligentního termostatu“ – nejenom pro řízení konvice, ale i pro vytápění či chlazení místnosti. Časový údaj o trvání náběhu může být využit ke korigování časového programu pro řízení klimatu v místnosti. Situace je ale komplikovanější – hodnota překmitu i doba potřebného předstihu závisí na dalších vlivech, zejména na žádané hodnotě teploty, na intenzitě a dynamice ochlazování (např. na teplotě okolí, intenzitě ochlazování a na akumulační schopnosti pláště, na proudění vody v konvici a proudu vzduchu v okolí). Proto by skutečně „inteligentní“ termostat měl mít schopnost tyto hodnoty průběžně zjišťovat (adaptovat se na měnící se podmínky). Kontrolní otázky1             Je teplota varu skutečně 100 °C vždy a všude? 2             Při jaké teplotě vře voda v obvyklých nadmořských výškách, na vrcholcích Alp a v Himálaji? 3             Jaké teploty lze dosáhnout v tlakovém hrnci?   Úlohy: 1             Vyřešte program pro co nepřesnější regulaci teploty v konvici na hodnoty 30 °C, 40 °C, 50 °C, 60 °C, 70 °C tak, že ohřev přerušíte s odpovídajícím předstihem. 2             Navrhněte algoritmus a program PLC pro automatické nalezení teploty, při níž se po vypnutí zastaví její růst (teplotu kulminace), a odpovídající doby od zapnutí. 3             Navrhněte algoritmus a program PLC pro automatické změření doby, kdy růst teploty kulminuje – pro různé hodnoty teploty, např. pro 30 °C, 40 °C, 50 °C, 60 °C, 70 °C. 4             Navrhněte algoritmus a program PLC, který zajistí zapnutí konvice tak, aby teplota kulminovala ve zvoleném čase – pro různé hodnoty teploty, např. pro 30 °C, 40 °C, 50 °C, 60 °C, 70 °C. 5             Navrhněte jinou variantu tepelné soustavy pro laboratorní experimenty, která bude mít obdobné vlastnosti jako konvice, ale bude vykazovat výrazně rychlejší dynamiku. 6             Podle náběžné části časových průběhů teploty z obr. 3, obr. 4 a podle postupů z učebnic proveďte identifikaci soustav. Jak byste postupovali při identifikaci procesu ochlazování (tepelných ztrát) podle sestupné části průběhů?(dokončení v příštím čísle) Ing. Ladislav Šmejkal, CSc., Teco, a. s., a externí redaktor Automa, Ing. Josef Kovář a Ing. Zuzana Prokopová, učitelé automatizace na SPŠ Zlín 

Regulace procesu zmrazování masa: snadná implementace pokročilých metod řízení

Řídicí systém od firmy Beckhoff reguluje sdružený chladicí systém s transkritickým okruhem CO2 a odstraňuje nutnost pravidelného odmrazování.  Obr. 1. Stefan Bollmann (Tekloth), Christoph Holtschlag (Tekloth), Michael Holländer (Beckhoff) a Marco Möllenbeck (Tekloth) před kompresory sdruženého chladicího zařízení (vpravo dole)Společnost Tekloth GmbH z Bocholtu v Německu vyvinula nový sdružený chladicí systém s transkritickým okruhem CO2, který pracuje bez nutnosti pravidelného odmrazování, vyžadovaného jinými komerčními systémy na zmrazování masa, jež jsou v současné době dostupné na trhu (obr. 1). Řídicí systém na platformě PC umožnil snadno a pohodlně implementovat znalosti a zkušenosti potřebné pro speciální konfiguraci a regulaci chladicího systému, a to navzdory velké složitosti této úlohy. Systém byl vyvinut pro německou firmu Fischer Kälte-Klima Essen a je součástí sdruženého mrazicího zařízení využívajícího CO2 pro hluboké zmrazování uzeného vepřového masa. Poté, co je maso vyuzeno, je šokem zmrazeno na teplotu –18 °C nebo nižší. Protože maso je před zmrazením stále teplé (+30 až 40 °C), při zmrazování kondenzuje velké množství vlhkosti, jež pokrývá jako námraza zejména výparník chladicího systému. Konvenční chladicí systémy proto musí být velmi často odmrazovány. Odmrazování ovšem vyžaduje velké množství energie. Konstruktéři společnosti Tekloth proto celý mrazicí systém překonstruovali tak, aby byl energeticky mnohem úspornější. Konstruktér a projektant Marco Möllenbeck z firmy Tekloth vysvětluje: „Vzhledem ke speciální konstrukci systému a odpovídajícím řídicím funkcím naše zařízení nevyžaduje pravidelné odmrazování jako jiné, konvenční systémy. Naší specialitou je ventil, který umožňuje přepínat mezi běžným chlazením (RC, Regular Cooling) a hlubokým zmrazováním (DF, Deep Free­zing). Tradiční systémy k tomu využívají dva oddělené okruhy, kdežto my si vystačíme s jedním. Výhody jsou zřejmé: výrazné úspory nákladů a snížení energetické náročnosti.“  Dva provozní režimy v jednom chladicím zařízení Obr. 2. Unikátní regulační ventil přepíná mezi režimy běžného chlazení a hlubokého zmrazováníPřepínací ventil (obr. 2) dovoluje systém používat v režimu běžného chlazení RC s transkritickými parametry nebo s využitím obou kompresorů pro chlazení a hluboké zmrazování (RC-DF booster). Přepínání však vyžaduje realizovat mnoho regulačních úloh, které běžné systémy nepodporují. Softwarový inženýr firmy Tekloth Christoph Holtschlag vysvětluje: „Při přepnutí režimu systém nejprve chladí a vysušuje vzduch v mrazicím boxu v režimu RC při teplotě výparníku přibližně –6 °C. Zvýšená teplota výparníku omezuje tvorbu námrazy na minimum. Jakmile teplota v mrazicím boxu dosáhne +4 °C, systém se přepne do kombinovaného režimu chlazení a hlubokého zmrazování RC-DF booster. Přitom je režim RC nejprve zastaven a začne oběhové odmrazování. Režim RC umožňuje energeticky efektivní chlazení na běžnou teplotu při současném vysušování povrchu uloženého masa, aniž by vlhkost namrzala na výměníku tepla ve výparníku. Po skončení fáze oběhového odmrazování a přepnutí do režimu hlubokého zmrazování RC-DF booster je maso v chladicím boxu zamraženo na –18 °C. Podle množství zboží v chladicím boxu a doby uložení je v mnoha případech možné zcela eliminovat odmrazování v průběhu uložení.  Počítačový řídicí systém jako otevřená a flexibilní platforma Stefan Bollmann, který ve firmě Tekloth pracuje v oddělení řízení projektů a prodeje, je přesvědčen, že pro implementaci složitého sekvenčního řízení na počítačové platformě je mnoho dobrých důvodů. „První výhodou pro nás je to, že řídicí technika Beckhoff splňuje ve všech našich projektech náročné průmyslové požadavky. Navíc modularita systému a otevřené programovací prostředí přinášejí velkou flexibilitu a umožňují nám realizovat velmi inovativní řešení. Výsledkem je, že pro tento sdružený chladicí systém jsme schopni programovat pokročilé řídicí algoritmy a mít plnou kontrolu nad softwarem zařízení. Kromě toho nám umožňuje rychle reagovat na požadavky zákazníka, je-li třeba provést změny v systému.“ Další výhodou je, že řízení na platformě PC je možné používat konzistentně pro různé regulační úlohy. Christoph Holtschlag vysvětluje: „Ať navrhujeme vytápění, chlazení, větrání, nebo systémy automatizace budov s individuálním nebo centrálním řízením, můžeme hardware i software Beckhoff použít k řízení v otevřené smyčce i ke zpětnovazební regulaci. Tato univerzálnost nám umožňuje použít jednou vyvinuté softwarové moduly v různých oblastech. Další výhodou je otevřenost systému a podpora širokého sortimentu sběrnic používaných v automatizaci budov.“ A dodává, že jde také o finančně výhodnou platformu: „Běžné řídicí systémy pro HVAC jsou složité a jejich úpravy náročné. Beckhoff nám nabízí vše, co potřebujeme, abychom měli kontrolu nad řízením procesů, dokázali řídicí algoritmy efektivně implementovat a navíc dodat zákazníkům přidanou hodnotu v podobě špičkové a spolehlivé techniky. Bez výhrad to platí pro sdružený chladicí systém, protože žádný běžně dostupný řídicí systém nedokáže správně regulovat proces přechodu z běžného chlazení na hluboké zmrazování.“  Optimalizovaná zpětnovazební regulace Obr. 3. Multidotykové panelové PC CP2716 s 15,6" obrazovkou umožňuje přehledně zobrazit i složitá schémataJako hardware pro řízení, záznam dat a vizualizaci slouží multidotykové panelové PC CP2716 s 15,6" obrazovkou (obr. 3). Modulární systém I/O se konfiguruje podle požadavků zákazníka (obr. 4). Jeho terminály s analogovými a digitálními vstupy sbírají data ze snímačů a akčních členů. Součástí řídicího systému jsou snímače teploty se senzory Pt1000, tlakoměry různých rozsahů nebo snímače koncentrace CO2. Do řídicího systému jsou dále zavedeny zpětné vazby z různých technologických jednotek, žádané hodnoty a regulační odchylky zpětnovazebních smyček. Systém sbírá v minutových intervalech data z více než 150 datových bodů a tím vytváří kompletní obraz provozního stavu chladicího zařízení. Jestliže se vyskytne závada, jsou změny dat registrovány v sekundových intervalech a v tomto vysokém rozlišení mohou být data ukládána po dobu až jedné hodiny. Výsledkem je, že proces je pod úplnou kontrolou. „Flexibilita a snadná implementace řídicího systému založeného na platformě PC pro nás byly důležité, abychom mohli využít naše znalosti a zkušenosti v oblasti chladicí techniky. Vykonali jsme hodně práce v oblasti elektrotechniky i softwarového inženýrství, abychom byli schopni vytvořit model chladicího procesu a realizovat nové algoritmy řízení, které konvenční systémy nemají. K tomu přispěly mnohé funkce řídicího systému Beckhoff založeného na PC, jako je grafické uživatelské rozhraní, vytváření trendových křivek, záznam chybových signálů nebo zasílání notifikací e-mailem. Tyto funkce nám umožnily implementovat individuální požadavky uživatelů tím nejlepším způsobem,“ shrnuje Holtschlag.Obr. 4. Výhoda modularity řídicího systému vyniká zvláště na úrovni I/O modulů [Fleisch-Tiefkühlung: Komplexe Steuerungsfunktionen einfach umsetzbar. PC Control, Beckhoff Automation, 04/2017]. (Foto: Beckhoff Automation.)  (Beckhoff Automation)   Transkritický chladicí cyklus V transkritickém chladicím cyklu je vstupní tlak CO2 nižší než kritický tlak (7,4 MPa) a teplota odpařování je nižší než kritická teplota (304,1 K), ovšem tlak ve výfuku je vyšší než kritický tlak. Teplo se tedy pohlcuje za podkritických podmínek a přenos tepla je realizován především latentním teplem výparu. Transkritické chladicí cykly s CO2 jsou v současné době v praxi nejpoužívanější.  

Semináře EPLAN Efficiency days

Firma Eplan Software & Services uspořádala v průběhu května a června ve dvou městech v České republice a ve dvou na Slovensku semináře EPLAN Efficiency days. Půldenní semináře byly rozděleny do dvou sekcí: první byla určena pro projektanty a konstruktéry, druhá pro vedoucí projektových týmů a konstrukčních kanceláří a manažery inženýrských firem. Osobně jsem měl příležitost zúčastnit se semináře, který se konal v Praze, a navštívil jsem úvodní přednášky první sekce a závěrečnou diskusi sekce druhé. Zatímco v první sekci šlo spíše o prezentaci nových softwarových nástrojů a řešení, druhá byla mnohem víc zaměřena na výměnu zkušeností – jednotliví účastníci popisovali, jaké nástroje používají v procesu vývojových a projektových prací, a odborníci firmy Eplan jim navrhovali, jak tyto procesy optimalizovat s využitím softwaru Eplan. Obr. 1. Toto jsou problémy, s nimiž se potýká asi každá konstrukční nebo projektová kancelář – a s nimiž dokáže Eplan pomoci (ze semináře EPLAN Efficiency days) V první sekci pro projektanty a konstruktéry se přednášky týkaly zejména zjednodušení projektových prací, včetně programování a správy PLC, HMI, I/O modulů a komunikačních sběrnic. V systému Eplan je k dispozici navigátor PLC, který uživatelům umožňuje spravovat jednotlivé automatizační komponenty obsažené v projektu a zobrazené v podobě prostého seznamu nebo seznamu se stromovou strukturou. Je možné volit zobrazení podle zapojení komponent nebo podle struktury programu logického řízení. Kliknutím je možné přenést se z navigátoru přímo na zobrazení zvoleného PLC a jeho svorek. To dříve vyžadovalo dlouhé listování v dokumentaci, při němž, zvláště u rozsáhlých a složitých projektů s dlouhou historií, mohlo snadno dojít k omylu. Použití systémů Eplan snižuje riziko chyb např. při adresování a přiřazování svorek a zlepšuje kvalitu celé dokumentace. Výrazným přínosem systémů Eplan je možnost integrace mechanické a elektrické konstrukce, včetně konstrukce rozváděčů, kabelových tras, potrubních vedení a hydraulických a pneumatických prvků. Zatím je běžnou praxí, že strojní inženýři používají jiný software než elektrokonstruktéři a výměna dat mezi nimi je manuální, tedy pomalá, náročná na pracovní sílu a s možností vzniku chyb. To Eplan odstraňuje: již pro počáteční návrh je možné použít Eplan Preplanning – to mj. znamená, že už od počátku mohou uživatelé nejen zaznamenávat konstrukční nápady, ale tvořit i seznam potřebných komponent, včetně např. představy o ceně projektu. K propojení jednotlivých konstrukčních oddělení Eplan nabízí Eplan Syngineer: plně transparentní systém, který umožňuje každému, kdo je zapojen do projektu, stálý přístup k informacím o stavu vývoje produktu a jednotlivých procesech, ať používá CAD, CAE (Autodesk AutoCAD nebo Inventor, Solid Edge, Solid Works apod.), nebo programovací prostředí pro PLC (kompatibilní s Codesys). Systém navíc zaručuje, že všechna data jsou vždy aktuální, a dokonce dovoluje komunikovat i s dalšími odděleními: oddělením prodeje, řízení výroby nebo servisu. Z druhé sekce jsem si odnesl především to, že Eplan není jen dodavatelem softwaru, ale disponuje také týmem zkušených odborníků, kteří dokážou zákazníkům doporučit řešení vytvořená přesně podle jejich požadavků, určovaných nejen samotnými konstruktéry a projektanty, ale často i jejich mateřskými firmami a rovněž koncovými zákazníky. Eplan provází konstruktéry a projektanty celým životním cyklem projektu: od úvodních návrhů a nabídkové fáze přes konstrukci, výrobu, montáž, tvorbu dokumentace a uvedení do provozu až po následný servis. Co si na firmě Eplan zákazníci cení asi nejvíce: nevytváří žádný uzavřený ekosystém soustředěný kolem jedné mocné firmy, ale platformu otevřenou pro každého, kdo chce přispět k urychlení procesů projektování a konstruování a ke snížení nákladů na inženýrské práce. Petr Bartošík

EVERSWITCH – piezoelektrické spínače SML1

Piezoelektrické spínače značky EVERSWITCH firmy Baran Advanced Technologies Ltd. se používají pro manuální ovládání technologických zařízení v náročných pracovních podmínkách. Neobsahují žádné pohyblivé části, a proto jsou dlouhodobě spolehlivé. Odolávají vlhkosti, prachu i hrubému zacházení. Díky krytí IP69K je lze používat také pod vodou. Spínače řady SML1 jsou nově dodávány v pouzdře z korozivzdorné oceli AISI 316L. Tento materiál rozšiřuje oblast jejich použití i v potravinářském a chemickém průmyslu. Ke své funkci spínače nepotřebují napájecí napětí. Připojují se do externího elektronického systému, který reaguje na aktivaci piezoelektrického spínače a ovládá elektrické obvody pomocí kontaktů relé. Vestavěná RGB LED indikuje aktuální stav. Spínače jsou k dispozici s kabelem délky 2,5, 8 a 15 m. Firma INTRADIS s. r. o, která zastupuje výrobce v ČR a SR, také dodává certifikovanou řídicí elektroniku v montážních krabicích na zeď nebo k instalaci na lištu DIN. Baran Advanced Technologies Ltd., www.barantec.com, www.intradis.cz tel.: +420 604 221 919, e-mail: info@intradis.cz  

Emparro Premium Power –napájecí systém od společnosti Murrelektronik

Komponenty řady Emparro od společnosti Murrelektronik jsou cenově úsporným a spolehlivým řešením napájení strojů a zařízení. Ucelený napájecí systém složený z vysoce výkonných spínaných zdrojů, spolehlivých vyrovnávacích modulů a účinných filtrů (obr. 1) je vzájemně perfektně sladěný. Zástupci řady Emparro spolupracují nejen v rozváděči, ale i v provozním prostředí: spínané napájecí zdroje s krytím IP67 umožňují přesunutí napájení přímo ke spotřebičům.  Filtr pro maximální odolnost proti rušení Jednostupňový filtr Emparro MEF (na obr. 1 první zleva) chrání napájecí systémy proti elektromagnetickým polím a zvyšuje elektromagnetickou kompatibilitu elektrických komponent ve strojích a zařízeních. Filtr působí obousměrně: brání přenosu rušení z externí sítě do systému napájení i opačně. Obr. 1. Rodina napájecí zdrojů, filtrů a UPS od firmy Murrelektronik do rozváděče i do provozního prostředí: zleva filtr Emparro MEF, třífázový zdroj AS-Interface, jednofázový spínaný zdroj do 10 A, třífázový spínaný zdroj do 40 A, vyrovnávací modul Emparro Cap, UPS Emparro ACCUcontrol, odolný zdroj Emparro HD např. do rozváděče pohyblivých zařízení, 4A zdroj Emparro67 pro montáž na stroj, mimo rozváděč, a Emparro67 Hybrid, který má kromě zdroje také možnost monitorovat proudové zatížení Spínané napájecí zdroje Spínané napájecí zdroje Emparro (třetí modul zleva na obr. 1) pro jednofázové a trojfázové sítě jsou pozoruhodně spolehlivé. Díky širokému sortimentu s různými výkony nabízí Murrelektronik řešení pro téměř všechny oblasti použití. Při výrobě zdrojů Emparro se používají výhradně nejkvalitnější součásti. Díky tomu činí střední doba mezi poruchami MTBF až 1·106 h. Spínané zdroje mjaí účinnost až 95 % a dlouhou životnost. Pro bezproblémové spínání velkých zátěží mají zdroje Emparro funkce Boost: Power Boost dodává po dobu až pěti sekund výkon ve výši až 150 %, Hyper Boost po dobu 20 ms až 400 % jmenovitého výkonu. Díky své kompaktní konstrukci vyžadují spínané zdroje v rozváděči jen málo místa. Integrované přístrojové pojistky přispívají nejen k další úspoře prostoru, ale snižují také náročnost konstrukčních a instalačních prací.  Spínané zdroje pro AS-Interface Varianta Emparro pro AS-Interface (na obr. 1 druhý zleva) je třífázový napájecí zdroj pro provozní napětí 30,5 V. Je mimořádně kompaktní, zabere na liště DIN pouze 50 mm, a přípojné svorky push-in umožňují montáž přípojných vodičů bez nástrojů. Protože třífázové spínané zdroje Emparro pro AS-Interface oddělují data a napájení, není zapotřebí žádný samostatný oddělovací modul. Obr. 2. Spínaný zdroj Emparro HD lze využít např. v rozváděčích kontejnerových překladačů Třífázové zdroje Emparro 40 A Zdroje Emparro 40-3obr. 1 je to čtvrtý zleva) se vyznačují výstupním proudem až 40 A. Jejich vysoká účinnost, 95 %, snižuje spotřebu elektřiny, a tím šetří uživatelům peníze. Současně se tyto zdroje vyznačují malým ztrátovým teplem, proto nevyžadují tak velký rozváděč. Výstupní napětí je při přetížení regulováno tak, aby proud zůstal konstantní, a to 100 % jmenovitého proudu v běžném režimu a 150 % v režimu Power Boost. Zdroj je tak chráněn před poškozením. Zdroje jsou vybaveny také diagnostickou funkcí: kontinuálně monitorují teplotu, zatížení a počet zapnutí. Spočítá-li systém, že se blíží čas výměny zdroje, vybaví hlášení pro údržbu, která může výměnu naplánovat na následující odstávku.  UPS Emparro ACCUcontrol Záložní zdroj UPS Emparro ACCUcontrol (čtvrtý zprava na obr. 1) překlenuje výpadky proudu. Externí akumulátory s kapacitou až 40 A·h zajišťují dlouhodobé překlenutí výpadku napájení. Modul UPS je k dispozici ve variantách pro 20 nebo 40 A. Emparro ACCUcontrol lze montovat bez použití nástrojů a je bezúdržbový. Varianta 20 A zabírá v rozvaděči se svou šířkou pouhých 65 milimetrů mimořádně málo místa. Pro řízené vypnutí strojů a řídicích jednotek je vhodný vyrovnávací modul Emparro Cap (na obr. 1 pátý zleva). Jeho  ultrakondenzátory poskytují potřebné napětí pro cílené uvedení zařízení do stabilního stavu – při 20 A po dobu 0,1 s. Emparro Cap je po celou dobu životnosti bezúdržbový.  Emparro HD – ideální pro náročná prostředí Emparro HD (Heavy Duty, na obr. 1 třetí zprava) je koncipován pro úlohy, v nichž je spínaný zdroj sice umístěn v rozváděči, přesto je však vystaven rozmanitým vnějším vlivům, např. na pohyblivých částech jeřábů nebo jiných zařízení provozní manipulační techniky. Zdroje jsou zde vystaveny velké elektromagnetické indukci a vlivům počasí – extrémním teplotám a velké vlhkosti. Jsou proto navržené tak, aby odolaly velkému přepětí, např. i při úderu blesku v blízkém okolí, a rozsah pracovních teplot je od −40 do +80 °C.  Emparro67 – napájení přímo u spotřebiče Zdroje Emparro67 (na obr. 1 druhá zprava) se používají přímo v prostoru průmyslového zařízení. Robustní a plně zalité spínané zdroje v krytí IP67 odolávají extrémním okolním podmínkám. Napětí z 230 V AC na 24 V DC se mění přímo u spotřebiče. Tím se snižují na minimum ztráty ve vedení a redukují náklady na elektřinu. Protože ztrátové teplo za provozu je minimální (účinnost dosahuje téměř 94 %), je možné se zdroje dotknout holou rukou. Zdroje pracují spolehlivě do okolní teploty +85 °C. Přesunutím napájení do prostoru zařízení se ušetří prostor v rozvaděči. Činnost zdrojů Emparro67 neovlivňují ani nečistoty, vlhkost, chladicí kapaliny nebo maziva.  Emparro67 Hybrid – napájení, jištění a komunikace v provozním prostředí Inovativní spínaný zdroj Emparro67 Hybrid (na obr. 1 první zprava) je „multitalent“ s mnoha přednostmi. Jeho výhodou není jen přesun elektrického napájení z rozváděče do prostoru zařízení, ale pomocí dvou integrovaných kanálů Mico pro kontrolu zátěžových obvodů 24 V DC navíc sleduje proud, a pomáhá tak zajišťovat vysokou provozní spolehlivost. Samostatně s ním lze kontrolovat jak napájení senzorů a modulů, tak i napájení akčních členů připojených sběrnicových systémů. V obou kanálech lze hodnotu sledovaného proudu nastavit samostatně. Komunikaci umožňuje rozhraní IO-Link (konektor M12). Díky tomu je možné Emparro67 Hybrid použít v propojených inteligentních zařízeních. Konkrétním příkladem je sledování životnosti zařízení.  Proč klade Murrelektronik velký důraz na umístění komponent do provozního prostředí? Na tuto otázku odpovídají experti společnosti Murrelektronik pro oblast napájení Dennis Braun a Florian Holzmann: „Sledujeme myšlenku „nulového rozváděče“ a přesouváme funkce z rozváděče přímo do zařízení. Naši zákazníci mohou dimenzovat rozvaděče menší a někdy je zcela vynechat. Umístění spínaných zdrojů mimo rozváděč znamená, že odpadá jeden zdroj tepla a chlazení může být méně výkonné. Kromě toho se tak snižuje i náročnost instalace kabelů. Převod napětí probíhá přímo v místě spotřebiče, což má pozitivní vliv na energetickou bilanci. Myšlenka nabízet spínané zdroje určené přímo do zařízení je progresivní, ale také logická, neboť jdeme vždy důsledně cestou decentralizace. Máme celý sortiment komponent přímo pro zařízení, od roviny senzorů a akčních členů až po rovinu řízení. Schopnost vyrábět produkty pro použití v drsném průmyslovém prostředí byla využita i při vývoji spínaných zdrojů.“  (Podle tiskové zprávy Murrelektronik. Úprava a doplnění: redakce. Foto: Murrelektronik) Bk

Nové řídicí jednotky Rockwell Automation pro různé úrovně funkční bezpečnosti

Řídicí jednotky Allen-Bradley GuardLogix 5580 a Compact GuardLogix 5380 lze nastavit na různé úrovně funkční bezpečnosti: SIL 2/PL d až SIL 3/PL e. Tato škálovatelnost přispívá k optimální konstrukci bezpečnostního systému a ke snížení nákladů při dodržení příslušných předpisů na bezpečnost strojů. Řídicí jednotky mají lepší výpočetní výkon, a dosahují tak kratších časů odezvy a menších bezpečných vzdáleností. Díky tomu lze konstruovat menší stroje, ušetřit cenný prostor ve výrobní hale a zvýšit efektivitu obsluhy strojů.Obr. 1. Řídicí jednotky GuardLogix 5580 a Compact GuardLogix 5380 mají certifikát TÜV pro funkční bezpečnost „Mnozí inženýři konstruují bezpečnostní systémy na vyšší úroveň bezpečnosti, než daná aplikace vyžaduje,“ řekl Dave Sullivan, produktový manažer pro oblast bezpečnostních systémů společnosti Rockwell Automation. „V konečném důsledku takové systémy obsahují více komponent, než kolik potřebují, což vede k větší složitosti systémů a navýšení nákladů nad nezbytnou úroveň. Naše nové řídicí jednotky inženýrům umožňují správně dimenzovat bezpečnostní systém včetně souvisejících nákladů tak, aby současně splňoval příslušné úrovně bezpečnosti bez nadbytečné rezervy.“   Jediná řídicí jednotka pro standardní i bezpečnostní řízení Užití nových řídicích jednotek umožní inženýrům použít jen jedinou řídicí jednotku pro standardní i bezpečnostní řízení. Výsledkem je jednodušší a méně nákladný řídicí systém, který nezabírá mnoho místa v rozváděči, a přitom se díky velkému výkonu zlepší produktivita.   Lepší komunikační schopnosti GuardLogix 5580 a Compact GuardLogix 5380 mají rozhraní pro gigabitový Ethernet. To inženýrům pomáhá plnit požadavky inteligentní výroby na intenzivní datový provoz, aniž by bylo třeba doplňovat další hardware. Stroje s těmito řídicími jednotkami jsou připraveny na případné budoucí požadavky koncových uživatelů na shromažďování a sdílení větších objemů dat.   Produktivnější stroje Nové řídicí jednotky lze používat s integrovaným vývojovým prostředím Studio 5000 a servoměničem Kinetix 5700, a proto mohou zajistit funkce bezpečného zastavení, bezpečné rychlosti, bezpečné polohy a další funkce bezpečnostního sledování. Tyto funkce vedou k pružnějšímu bezpečnostnímu systému. Stroj se např. může pouze zpomalit, a nikoliv úplně zastavit, když se k němu přiblíží pracovník obsluhy. Tím je možné zvýšit produktivitu stroje při zachování požadované úrovně funkční bezpečnosti. Bezpečnostní funkce jsou nastaveny tak, aby vyhovovaly např. spolupracujícím robotům. Systém dokáže detekovat přítomnost přibližující se osoby a pohyb robotu buď zpomalí, nebo zcela zastaví.  (ed)

Integrace: EPLAN a Melsoft iQ Works

Integrace mezi softwarem EPLAN Electric P8 a prostředím Melsoft iQ Works je možná díky použití otevřeného a univerzálního nástroje AutomationML. Nové řešení integrace dat mezi softwarem EPLAN Electric P8 a Melsoft iQ Works od Mitsubishi Electric propojuje světy elektrotechniky a automatizace. Data, jako např. symbolické adresy, mohou být nyní mezi oběma stávajícími softwarovými systémy přenášena oboustranně. Výsledek v softwaru EPLAN Electric P8 je přesvědčivý: uživatelům jsou k dispozici platná schémata včetně zapojení sběrnic pro jednotlivé části PLC a hardwarové konfigurace. Obousměrná výměna dat pro PLC pomáhá optimalizovat procesy projektování a přispívá k automatizaci konstruování. Novou integrací mezi EPLAN Electric P8 a Melsoft iQ Works tak učinily firmy Eplan a Mitsubishi Electric další krok vpřed. Obr. 1. Rack PLC Mitsubishi v softwaru Eplan Electric P8 Základem integrace je AutomationML, tedy systém, který svou neutralitou a otevřeností pro výměnu dat připravuje cestu pro Industry 4.0. Soubor dat vytvořených v prostředí EPLAN je základem pro návrh hardwaru PLC (sestavy v racku, obr. 1) a programování jeho softwaru. A co je jedinečná vlastnost: data jsou přenášena po celou dobu vývoje produktu z jednotného ověřeného zdroje. Potřebná data s informacemi o komponentách totiž poskytuje databáze EPLAN Data Portal. Dohromady se tím urychluje konfigurace komponent a veškeré konstrukční práce. Melsoft iQ Works je integrovaná softwarová sada, která zahrnuje softwarová řešení potřebná k programování automatizačních produktů Mitsubishi Electric. S novou integrací do současné verze platformy EPLAN 2.7 mohou uživatelé obousměrně vyměňovat, později editovat a synchronizovat kompletní data ve všech fázích projektu. Uživatelé tak už nemusí data zadávat více než jednou, což jim pomáhá vyvarovat se chyb. Usnadňuje to také spolupráci mezi elektrokonstruktéry a vývojáři softwaru. Uživatelé z oblasti elektrokonstrukce získávají ještě další výhodu: výběr komponent PLC je nyní zcela transparentní. Prostřednictvím systémové podpory je možné sestavy PLC editovat rychleji, změny na poslední chvíli jsou mnohem snazší a jejich implementace je univerzální v celém projektu. AutomationML Technology AutomationML jako univerzální a standardizovaný formát dat založený na XML může nést konstrukční informace o topologii, struktuře, prostorovém rozmístění a logických funkcích systému. Pro zobrazení informací o struktuře a topologii používá AutomationML formát CAEX (Computer Aided Engineering Exchange), mezinárodně uznávaný datový formát standardizovaný podle IEC 62424 a IEC 62714. To nabízí základní objektově orientovaný koncept, který je možné použít k reprezentaci provozních zařízení a struktury systému. AutomationML dále umožňuje přenášet celé struktury systému, např. sestavu zařízení v racku. Tak lze vytvořit plně strukturovanou dokumentaci pro všechny části procesu, včetně servisu a údržby. A data z různých softwarových nástrojů, např. informace o provozních přístrojích, je možné snadno přenášet mezi výrobci a zákazníky a bez potíží je začlenit do dokumentace.  Melsoft iQ Works Obr. 2. Melsoft Navigator umí integrovat data z prostředí Eplan Melsoft iQ Works je integrovaná softwarová sada obsahující nástroje potřebné pro programování automatizačních produktů od firmy Mitsubishi Electric – GX Works3, MT Works2, GT Works3, RT ToolBox2 a FR Configurator2. Integrace softwaru je podporována nástrojem Navigator, grafickým, snadno použitelným rozhraním mezi uživatelem a konfigurací centrálního systému (obr. 2). Dalšího zjednodušení se dosahuje jednotným použitím označení a parametrů v celém projektu. Výhody této výkonné softwarové sady zahrnují zjednodušení vývoje systému díky tomu, že pro opakované úkoly je vyžadováno mnohem méně času, dále minimalizaci zdroje chyb a snížení celkových provozních nákladů spojených s jejich odstraňováním. Pozadí spolupráce EPLAN a Mitsubishi Electric spolupracují v rámci strategického partnerství již mnoho let. Dodavatel řešení EPLAN je členem sdružení e-F@ctory Alliance; naopak Mitsubishi Electric poskytuje svá data do databáze EPLAN Data Portal. Cíl obou firem je s ohledem na jejich zákazníky a uživatele jasný: zvyšovat kvalitu dat, urychlovat inženýrské a výrobní procesy a zvyšovat produktivitu.  (EPLAN Software & Service)Eplan Efficiency Days V minulých dnech se konal postupně v Ostravě, Praze, Bratislavě a v Košicích seminář Eplan Efficiency Days (článek o semináři bude v příštím čísle). Osobně jsem měl možnost zúčastnit se bohatě navštívené a informačně zajímavé akce v Praze. V jedné z diskusí zazněla otázka, jak jsou softwarové prostředky Eplan integrovány s konstrukčním a programovacím prostředím různých výrobců řídicích systémů, neboť prezentace na semináři uváděla jako příklad u nás pravděpodobně nejrozšířenější prostředí firmy Siemens: TIA Portal a Step7. Konkrétně se účastník ptal právě na řídicí systémy Mitsubishi. V tomto článku tedy najde odpověď na svou otázku. Petr Bartošík