Aktuální vydání

celé číslo

11

2018

SPS IPC Drives 2018

Elektrické, hydraulické a pneumatické pohony

celé číslo
Příběh firmy TOS Varnsdorf

V seriálu Vyprávějte příběh své firmy tentokrát představujeme tradičního výrobce obráběcích strojů TOS Varnsdorf. S generálním ředitelem této firmy Janem Rýdlem mladším jsme si povídali hlavně o tom, jaké výzvy čekaly na firmu s dobrým jménem na trzích po privatizaci v 90. letech minulého století.   Mohl byste se podívat do minulosti? Jak vlastně vznikla firma TOS Varnsdorf? Počátky naší společnosti sahají až do roku 1903, kdy byla ve Varnsdorfu založena společnost Strojírny Arno Plauert. Firma tedy navazuje na dlouhodobou tradici výroby obráběcích strojů zde, ve Varnsdorfu. V roce 1945 byl podnik zestátněn a v roce 1950 vznikla společnost TOS Varnsdorf jako národní podnik, jehož nosným programem se stala výroba horizontálních vyvrtávacích strojů, takzvaných horizontek.Obr. 1. Ředitel TOS Vansdorf, a. s., Ing. Jan Rýdl mladší   Jak se firma TOS Varnsdorf uplatnila v tržní ekonomice? Jak prošla privatizací v 90. letech minulého století? Novodobá historie naší společnosti se začíná datovat až od roku 1995, kdy byl podnik privatizován formou přímého prodeje a vznikla tak společnost TOS Varnsdorf s. r. o., která v roce 1996 změnila svoji právní formu na akciovou společnost. Velkou výhodou TOS Varnsdorf bylo, že firmu při privatizaci koupila úzká ryze česká skupina investorů, kteří měli jasně určenou strategii rozvoje společnosti založenou na tradici výroby „horizontek“. Firma nemusela vymýšlet svůj nosný program, ale naopak mohla těžit ze své tradice a dobrého jména českého strojírenství ve světě. Nicméně jeden obrovský úkol tu stál před novým mana­gementem – naučit se obchodovat!   Jak se firma vyvíjela, jakými obdobími procházela? Jak se měnily vnější podmínky? S novým vedením, do jehož čela se postavil můj otec Jan Rýdl, přišly do firmy zásadní změny. Firma se musela přizpůsobit novým, tržním podmínkám. Během několika málo let byla firma zeštíhlena. Přitom byl kladen důraz na hlavní výrobní program, vývojové kapacity a především investice do výrobní základny, které byly do té doby dlouhodobě zanedbávány. Pro rozvoj firmy bylo klíčové vybudovat vlastní distribuční síť. TOS Varnsdorf historicky patřil k velkým exportérům – na zahraniční trhy vždy směřovalo zhruba 80 % veškeré produkce. V minulosti se o prodejní činnosti staraly podniky zahraničního obchodu, takzvané PZO, které však po revoluci přestaly postupně fungovat. TOS Varnsdorf se tak musel naučit prodávat svou produkci sám. K tomu bylo nutné vytvořit obchodní modely a nalézt vhodné partnery pro zastupování na zahraničních trzích. V neposlední řadě jsme museli získat pro práci ve firmě kvalitní a jazykově vybavené odborníky.   Jaké je krédo firmy? Jakými zásadami se řídíte při obchodování, získávání zakázek? Naše firma nemá speciálně stanovené krédo nebo zásady pro obchodování ve vztahu k našim zákazníkům. Máme sice definované Desatero chování manažerů a Kodex zaměstnance, obojí je však spíše deklarací budování firemní kultury, která musí být založena na slušném chování, respektu, píli, kázni a zodpovědnosti. Pakliže tyto principy fungují uvnitř firmy, automaticky je každý přenáší i do vztahu se svými zákazníky. Vzájemný obchod, má-li být dlouhodobě udržitelný, musí fungovat na strategii „win-win“. Obdobně, ale mnohem složitěji to funguje i v mezilidských vztazích. A proto máme přece jen jedno krédo ve vztahu k zaměstnancům, a to: „Neumíš-li, pomůžeme, nevíš-li, poradíme, nechceš-li, nepotřebujeme tě!“   Které období bylo pro vaši firmu nejtěžší? Kdy jste museli učinit těžká nebo zásadní rozhodnutí? Složitých období v životě je v každé společnosti spousta a v zásadě platí, že těžká rozhodnutí musíte činit nejen v době, kdy se firmě nedaří, ale i v době, kdy se jí daří. Nicméně platí, že v období špatné finanční situace je na manažery společnosti vyvíjen zvláště velký tlak. Pro nás byly důležitými milníky roky, kdy náš obor zasáhla prudká recese, která významně ovlivnila naše hospodaření. Mezi takové patřily například roky 2003 nebo 2009. V druhém případě byla situace navíc komplikována i tím, že jsme v té době byli zatíženi vysokým úvěrem, který vznikl výkupem podílu majoritního akcionáře. Kromě toho se světová ekonomika zmítala v kotrmelcích způsobených prasknutím realitní bubliny a pádem několika velkých finančních institucí.   Ve které době šlo podnikání nejlépe? Nejlépe se nám dařilo v období mezi lety 2005 a 2008, kdy jsme se vezli na vlně globálního růstu a zákazníci nám doslova brali stroje pod rukama. V roce 2008 tak naše firma dosáhla doposud nepřekonaných tržeb v celkové úrovni přesahující tři miliardy korun.   Jak se firma rozvíjí odborně? Jak si udržujete potřebný přehled o tom, jak se váš obor vyvíjí? K tomu, abychom se udrželi na špičce v našem oboru, je nezbytné udržovat vysoké tempo inovací a neustále sledovat nejnovější trendy. A to nejen v oboru výroby obráběcích strojů a technologického příslušenství k nim, ale i vývoje nástrojů, nových technologií, využití vlastností nových materiálů a podobně. Proto máme ve firmě silné vývojové oddělení, které čítá zhruba 40 pracovníků, a ročně do vývoje investujeme 60 až 80 milionů korun. Poznatky o tom, kam směrovat naše vývojové aktivity, sbíráme přímo z trhů od našich zákazníků a zástupců a rovněž se každoročně účastníme mnoha mezinárodních strojírenských veletrhů po celém světě. Významným zdrojem informací je tradiční mezinárodní technická konference, kterou pořádáme každoročně v sídle naší společnosti v rámci takzvaných TOSday a TOSmeet. Na konferenci zveme všechny naše zástupce k diskusi nad vývojem trhů a jejich požadavků na inovace produktů.   Jak se v průběhu let rozšiřoval sortiment vyráběných strojů a zařízení firmy TOS Varnsdorf? Snažíme se nejen modernizovat stávající sortiment vyráběných strojů, ale nadále portfolio produktů rozšiřovat. Jenom za posledních pět let jsme dokázali na trh uvést pět zcela nových strojů, což je v kategorii našich produktů zcela unikátní. Ruku v ruce s technickým rozvojem produktů musí jít i rozvoj naší vlastní výrobní základny, do které každoročně investujeme okolo 100 milionů korun. Tyto investice jsou zcela nezbytné pro to, abychom dokázali splnit náročné podmínky pro přesné obrábění klíčových dílců pro stavbu našich vlastních strojů. Obr. 2. Horizontální vyvrtávací a obráběcí stroj typu WHT 110 ze soudobé produkce TOS Varnsdorf Kolik lidí nyní pracuje ve firmě TOS Varnsdorf? V současné době u nás ve firmě pracuje 486 zaměstnanců. Spolu s našimi dceřinými společnostmi zaměstnáváme více než 800 lidí.   Jak se daří získávat do firmy pracovníky s odbornou kvalifikací? Je jasné, že pro naplnění cílů firmy je nezbytné mít i kvalitní pracovníky. Těch je ale stále nedostatek. Proto dlouhodobě spolupracujeme s technickými vysokými školami v Praze, Liberci a Ústí nad Labem, odkud se nám daří získávat inženýry, techniky. Problém je ale s obsazováním technických profesí, kde státní vzdělávací systém není schopen nabídnout absolventy s požadovaným odborným vzděláním a praktickými dovednostmi. Proto jsme se rozhodli vzít tuto roli na sebe a v roce 2016 jsme otevřeli vlastní soukromou Střední průmyslovou školu TOS Varnsdorf, kde si vychováváme novou generaci techniků, kteří budou schopni převzít štafetu více než stoleté výroby obráběcích strojů ve Varnsdorfu.   Řídí firmu technici, nebo lidé s manažerským vzděláním? Řídit firmu s 500 zaměstnanci musí skuteční manažeři. Tím, že jsme výrobní firma, máme ve vrcholovém vedení samozřejmě i techniky, kteří ale již prošli mnoha školeními a vzdělávacími kurzy a dobře si osvojili potřebné manažerské znalosti a dovednosti. Pomocí vzdělávacích kurzů se snažíme rozvíjet „měkké“ dovednosti všech pracovníků na řídicích pozicích ve firmě. Protože práce s lidmi není výsadou vrcholového managementu, ale týká se všech článků řízení a podle mého soudu patří mezi nejtěžší úkoly řízení firmy. Je jasné, že sebelepší manažerské vzdělání neudělá z člověka dobrého manažera, k tomu potřebuje vrozené schopnosti, nicméně hůře se z manažera dělá technik. To mohu dokumentovat sám na sobě, kdy s ekonomickým vzděláním je ze mě po dvaceti letech působení ve firmě „poučený technik amatér“.   Jak se daří firmě v současné době? V současné době vyrábíme zhruba 110 až 120 strojů ročně, které prodáváme do více než 40 zemí světa. Roční tržby dosahují výše od 1,5 do 1,8 miliardy korun. Abychom dokázali efektivně fungovat a obsluhovat vzdálené a velké trhy, založili jsme postupně vlastní výrobní podniky v čínském Kunmingu, ruském Jekatěrinburgu a tchajwanském Taichungu. K tomu disponujeme i vlastními obchodními a servisními organizacemi v Atlantě (USA), v Petrohradě (Rusko), v Šanghaji (Čína) a v Popradě (Slovensko).   Jaké jsou plány vaší firmy do budoucna? V budoucnu se chceme zaměřit na doplnění našeho sortimentu výrobků o kompletní řadu rychlých obráběcích center se špičkovými technickými parametry, které odpovídají nejnovějším trendům v oblasti progresivních metod obrábění kovů. Naším cílem je dále rozšiřovat paletu technologického příslušenství, jako jsou frézovací hlavy nebo automatizované prvky pro výměnu nástrojů, palet a příslušenství. Obr. 3. Soukromá Střední průmyslová škola TOS Varnsdorf vychovává pro firmu novou generaci techniků Na jaké nové směry v oboru automatizace obrábění se zaměřujete? Klíčem k úspěchu může být aplikace prvků nové průmyslové revoluce známé pod označením průmysl 4.0, kterou pečlivě sledujeme a snažíme se ji implementovat do našich strojů. Příkladem může být vývoj prostředí TOS Control, které umožňuje integrovat do ovládacího pultu stroje mnoho funkcí: řídicí systém stroje, práci s dokumenty, sledování technologického využití stroje, diagnostiku zařízení a mnoho dalších funkcí. Stále významnější roli hraje také eliminace prostojů na strojích způsobených například nutnou kontrolou přesnosti obrábění a následnou korekcí odchylek v řídicím systému stroje. Tyto kontroly již dnes umíme řešit bez nutnosti odepnutí obrobku ze stroje za pomoci takzvaného in-procesního měření. Zjednodušeně řečeno, chceme se zaměřit nejen na stroje jako takové, ale i na služby, které k nim nabízíme.   Jaké zkušenosti jste za dobu působení ve firmě nabyl? Co Vám práce pro ni přinesla? Zkušenosti člověk nabývá celý život. Právě neustálým učením se můžeme posouvat kupředu. Nevěřím lidem, kteří tvrdí, že je již nic nepřekvapí. Mě překvapuje každý den stále něco nového a jsem za to rád. Práce mi přinesla pocit, že dělám něco, co má smysl, pocit seberealizace, ale i tíhu odpovědnosti. Snažím se nežít v iluzích, ale v realitě. Mít vizi, stanovovat si cíle a definovat strategie k jejich dosažení. Tak pracuji já sám a tak chci vést i TOS Varnsdorf. Rozhovor vedla Eva Vaculíková.

Inspiromat pro výuku a Tecomat: logika (nejenom) pro programátory – Díl druhý

Předcházející díl seriálu, jehož dvě části vyšly v minulém a předminulém čísle, obsahoval řešené příklady jednoduchých programů zapsané ve třech jazycích – v textovém ST a grafických LD a CFC. Řešily základní úlohy kombinační logiky. Byly uváděny bez jakéhokoliv vysvětlení a zdůvodnění postupu, jen předkládány k uvěření a empirickému ověření správnosti – spíše jako ukázka možností programovacích jazyků a jako podklad pro nápodobu při intuitivním přístupu k řešení podobných úloh. Nyní následuje teoretická pasáž s minimální mírou teorie, která je nutná k hlubšímu pochopení a k systematickému řešení úloh kombinační logiky.  Výroková a aplikovaná logika Logika je věda, která se zabývá usuzováním, pravdivostí, dokazatelností a vyvratitelností tvrzení. V podstatě je studiem argumentace. Snaží se kodifikovat správné postupy, pomocí nichž vyvozujeme platné závěry z daných informací. Při svém uvažování obvykle dodržujeme základní logická pravidla, ale přesto je vhodné se snažit o jejich formalizaci, která nám pomáhá ve složitějších situacích, kdy je nutné se vyznat ve velkém množství logických vztahů. Používají se dvě základní úrovně klasické logiky: zde se budeme zabývat výrokovou logikou, která představuje nižší úroveň, vyšší úroveň (širší a teo­reticky náročnější) je predikátová logika. Logikou se zabývali již filozofové v antice. Nejznámější byl Aristotelés ze Sta­geiry (384–322 př. n. l), který logiku povýšil na úroveň vědecké disciplíny – jako nauku o správném myšlení, o formách a metodách myšlení (tedy nikoliv o obsahu myšlení). Logika je tak návodem, jak musíme v myšlení postupovat, abychom od daných předpokladů dospěli ke správným závěrům. Logika tehdy sloužila především filozofům, řečníkům, politikům a právníkům, a to až dodnes – kéž by ji důsledně používali všichni naši politici a novináři. Významnou osobností moderní logiky byl anglický matematik a filozof George Boole (1815–1864), který je zakladatelem algebraic­ké logiky. Navrhl postup, při kterém jsou logické problémy, výroky a věty vyjádřeny jako logické rovnice a z nich je možné analyzovat platnost logických závěrů. Booleova algebra pracuje s dvouhodnotovými (binárními, booleovskými) výroky, které mohou nabývat jen dvou hodnot (pravda – nepravda), jež jsou obvykle reprezentované logickými číslicemi 1, 0 (neoznačují žádné číslo nebo množství, ale mají pouze rozlišující funkci). S dvouhodnotovými výroky operují tři základní booleovské operátory: logického součtu, součinu a negace (OR, AND, NOT). S nimi lze realizovat jakoukoliv logickou závislost (složený výrok, logickou funkci). Tyto operátory tak tvoří úplný logický soubor a pro jejich použití platí soubor pravidel – Booleova algebra. Základní booleovské operátory lze doplnit dalšími, které jejich možnosti rozšiřují. Lze použít i jiný úplný soubor operátorů, např. NAND, NOR (negace AND a OR), s nimiž je možné vytvořit jinou algebru. V roce 1930 Claude Shannon (1916–2001, americký elektronik a matematik, „otec teorie informace“), napsal diplomovou práci, kde předvedl, jak lze aplikovat Booleovu algebru na systém elektromechanických relé. Na těchto základech vytvořil teorii logických obvodů, která se stala základem pro číslicovou techniku a informatiku. Shannonova práce měla široký vliv na návrh elektronických logických obvodů, vývoj mikroelektroniky, počítačů, řídicích systémů, jejich programů a aplikací v nejrůznějších oborech. Právě takto vytvořená metodika je předmětem aplikované (konstruktérské) logiky, které je věnován následující text. Jejím cílem není studium argumentace a vyvozování platných závěrů, ale navrhování technických systémů, které využívají pravidla Booleovy logiky a jsou řešeny pevnou logikou nebo programem. Takto vytvořené logické a číslicové systémy jsou využívány k výpočtům, automatickému řízení, technické diagnostice a komunikacím. Dnes se používají ve všech oborech našeho života.  Hardware, software a aplikovaná logika Logické systémy jsou obvykle viditelné jako počítače (PC, IPC) a řídicí systémy (např. PLC, CNC). Jejich technické vybavení (hardware) je v současné době řešeno s využitím mikroelektronických obvodů, zejména mikroprocesorů a mikrořadičů – univerzálních či specializovaných mikroelektronických obvodů s funkcí počítače. Řeší nejenom funkce centrálních modulů, ale i pomocné funkce spolupracující elektroniky, např. obvodů vstupů a výstupů, modulů pro komunikaci, měření polohy a řízení pohonů, pro obsluhu a komunikaci s operátorem nebo pro technickou diagnostiku. Jsou základem funkce přídavných zařízení, např. tiskáren, skenerů, klávesnic a operátorských panelů. Lze se s nimi setkat i ve specializovaných přístrojích, třeba ve čtečkách karet, ve snímačích biometrických údajů, senzorech pohybu osob, kvality vzduchu, koncentrace CO2 a v ostatních modulech „inteligentní elektroinstalace“. Jsou nezbytnou součástí domácích spotřebičů, komunikačních a multimediálních přístrojů, ale i dětských hraček. Na úrovni programového vybavení počítačů, řídicích systémů a mikrořadičů, popř. skrytých pevných programů jsou vytvářeny softwarové logické systémy, které „oživují“ svůj hardware a poskytují mu nové funkce a vyšší úroveň „inteligence“. Také k tvorbě softwaru a firmwaru je účelné využívat aplikovanou (konstruktérskou) logiku. Znalost pravidel Booleovy algebry a metodiky řešení logických systémů poskytuje programátorům výkonný a názorný aparát pro produktivní práci s minimem chyb a časových ztrát – tedy konkurenční výhodu. Přesto je při výuce programování její znalost opomíjena, mnohdy přímo ignorována. K úspěšnému zvládnutí profese programátora nestačí pouhá znalost programovacího jazyka, jeho příkazů a syntaxe, ale jsou potřebné především dovednosti v tvorbě algoritmů – pro logické systémy to je aplikovaná logika. Je užitečná nejenom pro produktivní tvorbu spolehlivých programů, ale i pro efektivní a bezchybnou komunikaci se zadavatelem a uživatelem systému. Ta se odehrává na slovní úrovni, v duchu výrokové logiky. Znalost aplikované logiky není pro práci programátora nezbytná, ale je výhodná. Její kurz nevnucujeme, jen nabízíme – rozhodnutí je na čtenáři.  Výroky a výroková logika Výrok je tvrzení (sdělení), o němž lze rozhodnout, zda je pravdivé, nebo nepravdivé. Má formu oznamovací věty. Výroky nejsou zvolání, rozkazy, otázky a věty, které jsou samy se sebou v rozporu, např. „kolikátého je dnes? kdybych tohle tušil! odejděte! vstupte! tato věta není pravdivá“. Výroku přiřazujeme jednu ze dvou pravdivostních hodnot: ano, pravda, true, logická 1 nebo jen 1 – ne, nepravda, false, logická 0 nebo jen 0. Výrok musí splňovat dvě základní podmínky: je buď pravdivý, nebo nepravdivý, jiná možnost neexistuje, nemůže být současně pravdivý i nepravdivý.  Jednoduchý výrok Jednoduchý (atomický) výrok nelze rozložit na více dílčích výroků, např.: „prší; svítí slunce; číslo 7 je prvočíslo; číslo 7 je liché; číslo 8 je sudé; číslo 8 je dělitelné třemi; bylo 8:30 hodin; ještě není 10 hodin; je horko; teplota je 21 °C; rameno manipulátoru je nahoře; čelisti manipulátoru jsou sevřené“. O pravdivosti některých výroků lze jednoznačně rozhodnout vždy a bez jakýchkoliv dalších podmínek, např. číslo 7 je vždy prvočíslem a je liché, 8 je vždy sudé a není nikdy dělitelné třemi. Naproti tomu pravdivost některých výroků závisí na situaci, ve které je hodnotíme, obvykle na čase a místě. Většinou předpokládáme, že pravdivost výroků je posuzována v situaci „tady a teď“ (na tomto místě a v současnosti), např. výroky o teplotě. Podobně lze předpokládat, že časové údaje platí pro dnešní den. V opačném případě by bylo nutné formulaci výroku upřesnit, aby odpověď mohla být jednoznačná. U výroku „prší“ může být potřebné uvést údaj o místě a čase vyhodnocení, popř. ještě upřesnit (kvantifikovat) intenzitu – od jaké hodnoty lze srážky již považovat za déšť, popř. jak jej odlišit od sněžení či krupobití. U výroku „svítí slunce“ může být účelné upřesnit intenzitu slunečního svitu nebo míru oblačnosti. Pro „horko“ je rovněž potřebné uvést teplotní hranice pro tento pojem. Požadavek na dvouhodnotový charakter výroku může být omezující, např. v situaci, kdy odpověď na otázku může být neznámá nebo nejednoznačná a spíše by vyhovovala hodnota „nevím“, „pravda asi z poloviny“, „pravda asi na 75 %“. Tomu by ale odpovídala vícehodnotová logika (se třemi nebo několika stupni pravdivosti), popř. fuzzy logika (se spojitým rozložením pravdivosti mezi 0 až 1) – „to už je ale jiná pohádka“, zde zůstaneme u tradiční booleovské, tedy dvouhodnotové logiky.  Složený výrok Složený výrok (logická formule) je tvořen jednoduchými výroky, které jsou spojeny slovními spojkami (logickými operátory) – booleovská logika používá jen tři: logický součet (nebo, OR), logický součin (a, současně, AND) a negace (popření, ne, není pravda, NOT). Takto je možné vytvořit např. složené výroky: „prší a současně svítí slunce; prší nebo svítí slunce; neprší a nesvítí slunce; číslo 7 je prvočíslo a současně je liché; bylo 8:30 a ještě není 10 hodin; ještě nebylo 8:30 nebo už bylo 10 hodin; číslo 8 není dělitelné třemi; číslo 8 je sudé a není dělitelné třemi“. Nad rámec booleovské logiky existují další operátory, např. buď – nebo, ani – ani.  Negace v logice a v češtině Negace ve výrokové logice znamená prostý zápor, popření pravdivosti negovaného výroku. Z toho vyplývá, že negace negovaného výroku má pravdivost původního výroku. V hovorovém vyjadřování to ale takto jednoznačné nebývá. Například český výrok „nikdo tam není“ sice obsahuje dva zápory (nikdo, není), takže striktně podle výrokové logiky bychom jej měli chápat ve významu „někdo tam je“, ale my (Češi) jej podvědomě chápeme opačně, tedy ve významu „je tam prázdno“. V němčině by stejnou situaci vyjádřili jako „niemand ist dort“ – doslovně přeloženo: „je tam nikdo“. S nejednoznačnostmi v chápání záporů se setkáváme i v jiných jazycích. Například v angličtině sloveso „must“ znamená muset, ale „must not“ znamená nesmět, nikoliv nemuset. (Pozn. red.: Nad tím se ovšem pozastaví jen český mluvčí, pro anglicky mluvícího je zcela přirozeným a logickým opakem k „muset“ „nesmět“.) V detektivním příběhu (obvykle přeloženém z angličtiny) vyšetřovatel pokládá sugestivní otázku „není pravda, že jste tam byl?“, ale ve skutečnosti otázkou myslí opak: „je pravda, že jste tam byl?“. Podobně problematická je otázka „byl jste tam, nebo ne?“. Pokud vyšetřovaný odpoví „ano“ nebo „ne“, není jasné, jak lze jeho odpověď správně chápat – jakkoliv. Jednoznačným řešením by zde byla odpověď celou větou, např. „ano, byl jsem tam“ nebo „ne, nebyl jsem tam“. Obr. 1. Příklad úrovní vstupních napětí pro logický signál v rozsahu 24 V (červeně je označena logická 1, modře logická 0) Jak třeba chápat tvrzení „nic není nemožné“ se třemi zápory? V českém jazyce podvědomě jeho význam chápeme ve významu „všechno (cokoliv) je možné“. Ale zkusme jej rozebrat po částech v duchu výrokové logiky: „nic není“ by mělo znamenat „něco je“ – takže „něco je nemožné“?, nebo snad „není nemožné“ znamená „je možné“ – takže „nic je možné“? (Pozn. red.: Takto zrádná je ovšem jen čeština, anglicky se daný výrok řekne logicky správněji: „nothing is impossible“.) S podobně nahromaděnými zápory se setkáváme často, např. v písni V+W: „nikdo nic nikdy nemá míti za definitivní“. Situaci mnohdy komplikují zápory podstatných nebo přídavných jmen, které jsou „poněkud neostré“. Často chybně ztotožňujeme negaci za protiklad k původnímu výroku. Například negací výroku „x je záporné číslo“ není výrok „x je kladné číslo“, ale „x je nezáporné číslo“ (může být i nula). Podobně negováním výroku „není vpravo“ neříkáme „je vlevo“ – může být i uprostřed nebo kdekoliv v prostoru. Není naším úkolem řešit zde problémy lingvistiky. Jen je třeba upozornit na rozpory mezi významem negace (popření) ve striktním chápání výrokové logiky a její podvědomou interpretací v hovorovém vyjadřování. Proto bychom se při popisu logických systémů (při zadávání požadavků na jejich funkci nebo při interpretaci jejich chování) měli vyhýbat formulacím se zápory nebo je alespoň používat velmi opatrně a obezřetně. V běžné mezilidské komunikaci lze případné nepochopení okamžitě rozpoznat a vysvětlit. Naproti tomu chybné porozumění požadavku zadavatele systému (na řešení hardwaru nebo softwaru) má za následek chybu ve funkci systému, kterou objevíme až při jeho uvádění do chodu nebo v průběhu jeho používání. Zjištění příčiny nebývá snadné, je spojeno se stresem, časovými ztrátami, vícenáklady, popř. ztrátou dobré pověsti – vše lze vyčíslit finančně.  Logický signál, pevná logika, hardware Jako signál je označována fyzikální veličina, která nese informaci – měronosná veličina. Může to být hodnota odporu snímače teploty nebo síly (spíše napětí na něm), napětí na vodičích termočlánku, elektrické napětí nebo proud, přiváděné na vstupní svorky řídicího systému nebo odváděné z jeho výstupních svorek. Někdy jde o spojitě se měnící veličiny – analogové signály, např. o napětí v normalizovaném rozsahu –3 až +3 V, –10 až +10 V, 0 až 10 V, proud v normalizovaném rozsahu 0 až 20 mA nebo 4 až 20 mA. Často se používají dvouhodnotové (binární) signály – poněkud nepřesně označované jako číslicové či digitální. Jejich zdrojem bývají kontakty tlačítek, relé, stykačů, spínací obvody senzorů nebo výstupní obvody řídicích systémů. Většinou jde o napěťové signály, jejichž hodnoty se mohou vyskytovat ve dvou pásmech. Například pro vstupy a výstupy programovatelných automatů (PLC) jsou obvyklé binární signály v rozsahu 24 V. Logické nule zde odpovídá nízká úroveň napětí (typicky 0 až 12 V) a logické jedničce odpovídá vyšší úroveň napětí (typicky 15 až 24 V). Mezi nimi se nachází „zakázané pásmo“ (pásmo neurčitosti, rozhodovací oblast) s hodnotami, kterých by logický signál neměl dlouhodobě nabývat – nebylo by možné mu přiřadit logickou hodnotu. Nad horní úrovní leží další „zakázané pásmo“ (pásmo destrukce). Napětí této hodnoty již může způsobit poškození vstupních obvodů řídicího systému nebo akčního členu (obr. 1). Jiné úrovně mají binární signály používané v mikroelektronických obvodech s integrovanými obvody – TTL (typicky 0 až 5 V) nebo unipolární (obvykle s nižší úrovní napětí). V logických systémech s pevnou logikou (hardwarových) odpovídají výrokům logické signály. Jsou zpracovány logickými obvody, a vytvářejí tak logické funkce. Ty jsou ekvivalentem složených výroků. Je praktické jednotlivým logickým signálům přiřadit jména, která stručně vystihují jejich význam (např. „tlačítko start“, „jeď vpravo“, „jede vpravo“, „pravý koncový spínač“). Chování systému (při zadávání nebo při vysvětlování jeho funkce) potom má podobu vyprávění příběhu podle zásad výrokové logiky, např. „stiskem tlačítka start aktivujeme pohon posuvu vpravo a po dosažení pravého koncového spínače pohyb zastavíme“. Při realizaci starších systémů byly používány soubory relé a stykačů. Logické funkce zde vznikaly propojením jejich kontaktů do kontaktní sítě. Někdy se používají i logické systémy na bázi pneumatických obvodů. V současnosti je k řešení logických systémů téměř výhradně používána mikroelektronika. Logické signály jsou zpracovávány logickými členy (hradly), které řeší dílčí logické funkce (např. AND, OR, negaci, NAND, NOR, XOR a další). Jejich propojením do sítě (mnohdy velmi rozsáhlé) vznikají požadované logické funkce. Skupiny logických členů bývají zapouzdřeny jako integrované obvody. Hustota jejich integrace postupně narůstala. První integrované obvody malé hustoty integrace (SSI – Small Scale Integration) obsahovaly jen několik logických členů, v současné době je stupeň integrace o několik řádů vyšší. Integrovanými obvody (popř. ještě dalšími součástkami) jsou osazovány desky plošných spojů. U složitějších systémů jsou desky umísťovány do rámů. S rozvíjející se technologií se zmenšují rozměry logických členů a roste hustota integrace. V pouzdru integrovaného obvodu se tak daří umístit stále větší počet logických členů. K realizaci složitých logických systémů tak postačuje jen několik pouzder, popř. jsou všechny funkce realizovány uvnitř jednoho integrovaného obvodu. Tradičně byly integrované obvody navrhovány pro konkrétně zadanou funkci – jejich vnitřní struktura a propojení logických členů byly neměnné. V současné době se převážně používají programovatelné logické obvody. Mají univerzální strukturu a uspořádání logických členů. Jejich konkrétní propojení (a tedy i výsledná logická funkce) je realizováno programováním. Používají se různé druhy programovatelných logických obvodů, např. na principu přepalovaných propojek nebo programovatelné elektrickým nábojem. Někdy je naprogramované propojení trvalé (nevratné), u některých typů lze naprogramované propojení vymazat a obvod znovu naprogramovat.  Logická proměnná, program, software Při řešení programem jsou zpracovávané signály přivedeny na vstupy programovatelného systému (PC, IPC, PLC, mikrořadiče) a jeho výstupy jsou pak připojeny k akčním členům nebo jiným prvkům výstupního charakteru. Program ale pracuje se vstupními a výstupními proměnnými, na které se vnější signály transformují. Zatímco vstupní a výstupní signály systému jsou fyzikální a měřitelné veličiny, jsou proměnné programu datové objekty charakterizované adresou, kde jsou uloženy. Syntaxe programovacího jazyka určuje typy proměnných a zásady pro jejich jména. Analogové vstupní signály jsou v analogově číslicových (A-D) převodnících převedeny do číslicové formy a uloženy v některém z formátů pro zobrazení číselných proměnných. Norma IEC EN 61131-3 definuje formáty celých čísel (integer) v rozsahu 8, 16 a 32 bitů se znaménkem nebo bez něj. Pro složitější výpočty je výhodnější formát s plovoucí řádovou čárkou (real) v rozsahu 32 nebo 64 bitů. Existují i formáty pro časové údaje. Dvouhodnotové vstupní signály jsou převedeny na logické proměnné typu (BOOLE), které mohou být používány samostatně nebo uspořádané do bitových řetězců v délce 8 (BYTE), 16 (WORD), 32 (DWORD) nebo 64 bitů (LWORD). Podobně jako u logických signálů je výhodné proměnné programu pojmenovat krátkými a výstižnými názvy (identifikátory proměnných). Je ale nutné dodržovat pravidla syntaxe pro identifikátory: mohou obsahovat číslice, malá a velká písmena z anglické abecedy (bez háčků a čárek), znak „_“ (podtržítko), nesmí obsahovat mezery, musí začínat písmenem nebo podtržítkem. Proměnné musí být deklarovány dříve, než budou použity (příklad deklarace je na obr. 5 v druhé části prvního dílu seriálu v č. 10 na str. 12). Vstupní logické proměnné jsou obvykle obrazem stavu binárních prvků z okolí řídicího systému (tlačítka, kontakty spínačů nebo stav jiných dvouhodnotových senzorů). Mohou být ale vytvářeny programem, např. jako výsledek vyhodnocení číselných proměnných. O stavu stroje obvykle informují spínače, signalizující dosažení význačné polohy jeho pohyblivých částí, např. koncových poloh, zón redukce rychlosti posuvu nebo referenční polohy. Je-li k dispozici číselný údaj o poloze, lze z něj odvodit další binární proměnné, které charakterizují důležité situace – pouhým porovnáním (operacemi rovností nebo nerovností). Podobně lze binární proměnné odvodit z číselného údaje o rychlosti pohybu, teplotě apod. Doplňkové binární proměnné mohou mít význam: „dosažena poloha výměny nástroje“, „teplota 23 °C je dosažena“, „ještě nebylo 10 h“, „počet výrobků je právě deset“. Program zpracovává jednotlivé logické proměnné a vytváří zadané logické funkce, které mají opět formát logických proměnných. Jsou uloženy jako vnitřní proměnné pro další použití nebo jsou jako výstupní proměnné převedeny na výstupní logické signály systému. Vně systému pak mohou ovládat akční členy dvouhodnotového charakteru, např. ve významu: „sepni spojku pro osu +X“, „zapni topení“, „rozsviť žlutou signálku“. Podobně jako u systémů s pevnou logikou je i zde možné popsat algoritmus logického systému jako „vyprávění příběhu podle zásad výrokové logiky“.  (Dokončení v příštím čísle.)   Ing. Ladislav Šmejkal, CSc., Teco, a. s., a externí redaktor časopisu Automa

Inspiromat pro výuku a Tecomat: co v učebnici automatizace nebylo

(část 3 – řízení tepelných soustav – od varné konvice k budovám, 2. díl) Přerušovaný ohřev a pulzně šířková modulace PWM Cílem dalších experimentů bylo dokumentovat vliv přerušovaného ohřevu na průběh nárůstu teploty vody a na schopnost „samoregulace“ – dosažení ustálené teploty. K řízení příkonu by bylo možné použít analogově pracující výkonový regulátor. Ten je ale drahý a od řídicího systému by vyžadoval analogový výstup. Pro laboratorní účely je zbytečný. V podobných situacích by mělo postačit periodické přerušování příkonu na principu pulzně šířkové modulace (PWM). Při ní je řídicí signál (akční veličina) sérií dvouhodnotových impulzů se stálou frekvencí, ale s proměnnou střídou (poměrem šířky impulzů pro zapnutí a mezer po vypnutí). Ukázka je na obr. 5. Výslednou hodnotou je okamžitá střední hodnota průběhu. K jejímu získání se používá filtr typu dolní propusti. Obvykle ale postačuje setrvačná dynamika řízené soustavy. Frekvence impulzů má být dostatečně vysoká, aby se nespojitý charakter neprojevil na kvalitě řízení. Při řízení elektromotorů se používá poměrně vysoká frekvence, k řízení varné konvice vystačí frekvence podstatně nižší – a navíc hladký průběh zde není nezbytný.Obr. 5. Tři ukázky k ilustraci principu pulzně šířkové modulace PWM (Pulse Width Modulation) – výsledný výkon je určen střední hodnotou impulzního průběhu Protože příkon konvice je 2 000 W a bylo třeba rozhodnout, jakou frekvenci a střídu zvolit, provedli jsme postupně několik pokusů a na základě vyhodnocení změřených průběhů jsme postupně zkracovali dobu sepnutí a prodlužovali dobu vypnutí. Při posledním měření jsme tak dosáhli periody 30,5 s. Pro první měření jsme nastavili doby pro spínání a vypínání 10 s a 10 s. Jednoduchý program v jazyce ST vypadá takto:   PROGRAM prgMain VAR raf :int; mem :INT; END_VAR   VAR_GLOBAL sekundy AT %S16 : INT;      //využití systémového registru pro nastavení časové prodlevy END_VAR   CASE raf OF 0 : mem := sekundy + 10;     //nastavení prodlevy 10 s ohrev_1 := 1;         //zapni ohřev raf := 1;   1 : IF mem = sekundy THEN ohrev_1 := 0;         //vypni ohřev mem := sekundy + 10;          //nastavení prodlevy 10 s raf := 2; END_IF;   2 : IF mem = sekundy THEN raf := 0; END_IF;   END_CASE; END_PROGRAM Obr. 6. Průběhy teploty vody v konvici řízené PWM se střídou pulzů 1 : 30 (1 s impulz/30 s mezera – šedá křivka), 5 : 20 (oranžově) a 10 : 10 (modře)Při druhém pokusu jsme nastavili doby pro spínání a vypínání 5 s a 20 s. Při třetím na 1 s a 30 s. Protože stále rostla teplota, v posledním pokusu jsme doby nastavili na 0,5 s a 30 s. Zde jsme se konečně dočkali ustálení teploty na 64 ° C. Doba tohoto posledního měření byla ale velmi dlouhá: měření trvalo celé 4 h. Na obr. 6 je grafické znázornění prvních tří pokusů. Teploty byly periodicky snímány po 15 s. Průběhy názorně ukazují vliv PWM na ohřev vody. Pří střídání zapnuto–vypnuto v poměru 10 : 10 teplota roste nejrychleji a již za 4 min dosahuje 75 °C. Při střídě 5 : 20 se této teploty dosáhne až za 12 min. Při střídě 1 : 30 je zřejmé, že nárůst teploty je ještě podstatně pomalejší. Na obr. 7 je průběh křivky s PWM regulací v poměru 0,5 s : 30 s. Obr. 7. Dlouhodobý průběh (téměř 4 h) teploty vody v konvici řízené PWM se střídou pulzů 0,5 : 30 – při takto malém příkonu se již dosáhne rovnováhy mezi ohřevem a tepelnými ztrátamiGrafy na obr. 6 a obr. 7 ale neukazují chování soustavy v čase po zapnutí ani kolísání teploty během zapínání a vypínání napájení. Proto jsme ještě jednou proměřili ohřev vody, avšak tentokrát se snímáním a záznamem teploty po 3 s. Průběhy pro jednotlivá měření jsou uvedeny na obr. 8. Z křivek je jednoznačně vidět zpoždění, které vzniká vlivem ohřevu dna konvice. Toto zpoždění se prodlužuje s menším dodávaným příkonem. Obr. 8. Počáteční úseky (do 2 min) průběhu teploty pro PWM se střídou 10 : 10 (žlutě), 2 : 20 (šedě), 1 : 20 (oranžově – s nižší počáteční teplotou) a 0,5 : 30 (modře) Dále se budeme věnovat křivce grafu 5 : 20 z obr. 8, která názorně ukazuje chování regulované veličiny. Při řízení pomocí PWM regulátoru by teoretický průběh regulované a akční veličiny měl vypadat podle průběhů na obr. 9. Obr. 9. Teoreticky očekávaný průběh teploty vody v konvici řízené PWM při vyloučení tepelných ztrátTo je průběh pro bezkapacitní soustavu, kde při zapnutí akční veličiny regulovaná veličina roste a při vypnutí udržuje konstantní hodnotu. V praxi se s tímto průběhem s největší pravděpodobností nesetkáme. Buď bude soustava vícekapacitní, nebo budou na soustavu působit různé poruchy, jako např. chlazení, při kterém by regulovaná veličina při vypnutí akční veličiny neudržovala konstantní hodnotu. Názorně je právě na grafu 5 : 20 z obr. 8 vidět vliv zpoždění a kapacity ohřívacího dna konvice. Obr. 10. Skutečný průběh teploty vody v konvici (modře) a řídicích impulzů PWM (oranžově) – je zde nápadný zpožděný náběh teploty oproti aktivaci topidlaNa obr. 10 je ještě jednou uveden průběh regulované veličiny 5 : 20, tentokrát v závislosti na akční veličině. Na začátku průběhu je patrný velký vliv zpoždění, kdy se voda začíná ohřívat až po 15 s. Z průběhu je také zřejmé, že při vypnutí ohřevu se skutečně zpomaluje růst teploty a že vše je silně ovlivněno kapacitou topného dna konvice.   Úlohy 1.  Obdobně k úlohám 1, 2, 3, 4 řešte problémy s využitím řízení příkonu konvice metodou PWM. 2.  Navrhněte algoritmy, popř. program PLC, pro různé metody řízení konvice metodou PWM. 3.  Navrhněte algoritmy, popř. program PLC, pro řízení konvice metodou PWM ve více stupních, popř. spojitě, obdobně jako u regulátoru typu P.  Závěrem Původním účelem měření ohřevu vody bylo ověřit, zda by bylo možné varnou konvici zařadit do výuky v laboratorních cvičeních pro sledování chování regulovaných soustav. Naším cílem bylo také proměřit charakteristiku ohřevu vody v konvici v závislosti na čase, a to při různém příkonu. Z provedených měření a rozborů vyplývá, že varná konvice je vhodná pro výuku metodiky měření teploty a pro úlohy, které nevyžadují dlouhé doby, např. dynamiku počáteční fáze ohřevu a začátku chladnutí, k ilustraci základního principu PWM. Naopak pro úlohy dlouhodobého charakteru, např. regulace s uvažováním opětného zapnutí nebo samovolné ustálení teploty při malých výkonech PWM, je konvice pro příliš dlouhé doby měření – řádově v hodinách, nevhodná. Pro tyto případy je nutné najít a konstrukčně vyřešit jiné, rychlejší modely.  Ing. Ladislav Šmejkal, CSc., Teco, a. s., a externí redaktor Automa, Ing. Josef Kovář a Ing. Zuzana Prokopová, učitelé automatizace na SPŠ Zlín O čem se v učebnicích nemluví Učebnice regulační techniky se v převážné míře zabývají řízenými soustavami a regulátory, které lze označit přívlastky: lineární, s jedním vstupem (SISO – Single Input, Single Output), s konstantními parametry (časově invariantní) a bez dopravního zpoždění. Toto upřesnění se zde obvykle ani neuvádí, takže studující získává dojem, že jiné objekty snad ani neexistují nebo nejsou předmětem regulace (teorie ani praxe). Typickým příkladem takové „vzorové řízené soustavy“ je elektrický pohon. Jeho rychlost je možné spojitě měnit od zastavení k maximální hodnotě a zpět, podle potřeby lze směr pohybu reverzovat a řídit opačným směrem se stejnou dynamikou. Pro takové soustavy je vybudována elegantní matematická teorie pro exaktní popis soustavy a jejího řízení (regulace) – volbu vhodného typu regulátoru a nastavení jeho parametrů tak, aby vykazoval požadované chování, přesnost a dynamiku procesu regulace. Tradiční teorie regulace se navíc zabývá spojitě pracujícími (analogovými) regulátory a využívá matematický aparát Laplaceo­vy transformace. Analogové regulátory se ale v praxi používají výjimečně. Se současnou součástkovou základnou jsou převážně (téměř výhradně) realizovány číslicově pracující regulátory – na bázi mikroelektronických obvodů – mikroprocesorů, signálových procesorů, zákaznických obvodů, počítačů (někdy běžných PC, častěji však průmyslových IPC, nebo jiných zabudovatelných mikropočítačů) a programovatelných automatů PLC, popř. jejich periferních modulů. Číslicové regulátory sice pracují s časovou nespojitostí (která je podstatou číslicového zpracování), ale v důsledku vysoké frekvence vzorkování se chovají téměř jako spojité regulátory a pro jejich použití lze využít v podstatě stejný teoretický aparát jako pro analogové regulátory. Pro přesný popis chování číslicových systémů (nejen regulátorů, ale třeba i číslicových filtrů) je určen matematický aparát Z transformace. Pro potřebu výzkumu, vývoje a výuky jsou často používány matematické programové produkty, s kterými je možné snadno řešit i simulace soustav různých typů a jejich řízení. Je to úžasný nástroj, který urychluje a usnadňuje práci. V simulačním prostředí lze jednoduše a názorně vytvářet modely, řešit na nich simulační experimenty a názorně graficky prezentovat výsledky. To je výhodné nejenom pro výzkumnou práci, ale i pro výuku. Problémem však je skutečnost, že se nepracuje s reálnou skutečností, ale s virtuál­ní realitou. Neodpovídá-li model skutečnosti, jde jen o „hračku“ (i když zajímavou a názornou) a získané výsledky jsou fikcí. Cílem této části seriálu je ukázat, že existují a v praxi jsou rozšířené řízené soustavy, které vybočují z kategorie „učebnicových soustav“. Jsou jimi především soustavy se dvěma vstupy, řízené jedním vstupem s jednopolaritní akční veličinou. Zdaleka to není jen ojedinělý případ varné konvice. Ta je použita jen jako názorný příklad, který zastupuje širokou třídu tepelných soustav – nejenom v technice budov, ale i v průmyslových procesech. Lze odhadnout, že takových soustav je v praxi většina. Obdobnou dynamiku vykazuje rovněž široká třída hydraulických soustav. Je možná překvapující, že podobnou dynamiku vykazují i některé mechanické nebo mechatronické soustavy, např. soustavy s nespojitým řízením. Jsou obdobou situace, kdy bychom rychlost automobilu řídili jen plynovým pedálem. Nebylo cílem seriálu „znesvětit“ tradiční teorii regulace a její výuku – jen ukázat, že se v praxi vyskytují složitější typy soustav, k jejichž řízení je nutné použít jiné algoritmy regulace než regulátor PID. Jestliže absolvent vyzbrojený znalostí tradiční teo­rie použije pro vytápění v moderní budově tradiční regulátor PID a nastaví jej „podle svého nejlepšího vědomí a svědomí“, patrně se nesetká s úspěchem. Ať nastaví jeho parametry jakkoliv, výsledek nebude odpovídat jeho představám. Avšak zpětná vazba je natolik „mocná“, že soustavu „nějak ureguluje“, ale stejného nebo lepšího výsledku by asi dosáhl s intuitivním použitím termostatu. Zvládnutí tradiční teorie regulace (skutečné „hlubinné“ pochopení) poskytuje teo­retický nadhled a chápání souvislostí, které lze s výhodou uplatnit při hledání (a nacházení) intuitivního řešení. Je zřejmé, že hledání vhodného algoritmu regulace nebude snadné – předpokládá opuštění „vyšlapaných cestiček“. Pro začátek je třeba si problém alespoň uvědomit. Bezmyšlenkovité používání naučených rutinních postupů připomíná anekdotu, kdy hledáme jehlu pod lucernou, přestože jsme ji ztratili v temném koutě – ale pod lucernou je na to lépe vidět.

Snímače teploty do prostředí se zvýšenými požadavky na hygienu a sanitaci

Článek doprovázející přehled trhu snímačů teploty splňujících zvýšené požadavky na hygienu a sanitaci popisuje funkční principy a uspořádání snímačů teploty, které musí vyhovovat požadavkům potravinářských a farmaceutických výrobních provozů, v nichž se používají čisticí a sanitační procesy CIP a SIP. V závěru článku jsou uvedeny hlavní zásady pro montáž snímačů teploty spolu s popisem dynamických vlastností snímačů.  Obecně o snímačích teploty Teplota je veličina, která ovlivňuje téměř všechny stavy a procesy v přírodě. Při měření teploty t se využívá vždy nepřímá metoda, při níž se přímo měří obecně jiná veličina A, která je na teplotě t závislá podle určitého vztahuA = f(t)    (1)  Vztah (1) může být více či méně složitý a z něho lze hodnotu teploty číselně vypočítat [1]. Základní jednotkou termodynamické teploty je kelvin (K). Nejčastěji se teplota měří ve stupních Celsia (°C). V USA se často používá Fahrenheitova teplotní stupnice s jednotkou stupeň Fahrenheita (°F). Pro přepočet platí vztaht(°F) = t (°C) × 1,8 + 32       (2) Snímač teploty jako konstrukční celek je tvořen několika součástmi. Základním prvkem je senzor teploty (čidlo). K měření teploty se využívá mnoho funkčních principů, které pokrývají široký rozsah měření teploty. V dalším textu je věnována pozornost senzorům teploty, které poskytují elektrický výstupní signál a jsou vhodné pro provozní měření teploty. Mezi takové senzory patří termoelektrické a odporové senzory teploty. Tyto senzory transformují teplotu na elektrický signál (napětí, proud, odpor) a jsou to nejčastěji používané senzory pro provozní měření teploty, pro čidla regulátorů při automatickém řízení teploty i pro moderní přenosné teploměry. Důležitou součástí snímače je vlastní instalační aparatura opatřená připojovací hlavicí a procesním připojením pro montáž do technologického zařízení. Elektrické analogové nebo číslicové obvody pro zpracování signálu ze senzoru se buď umisťují do hlavice snímače a tvoří pak s vlastním snímačem teploty jediný konstrukční celek, nebo jsou konstrukčně odděleny a uzpůsobeny např. pro uchycení na lištu, popř. tvoří samostatnou vyhodnocovací jednotku. Snímače mohou být vybaveny programovatelným převodníkem, digitální komunikací, obvody pro diagnostiku a bezdrátovou komunikací pro přenos dat. Senzor teploty se málokdy instaluje přímo do průmyslového technologického zařízení. Častěji je se umisťuje do teploměrové jímky, která jej chrání před nepříznivými provozními vlivy. Při umístění senzoru teploty do jímky jsou vždy ovlivněny jeho dynamické vlastnosti, jak je o tom pojednáno dále. Specifické požadavky jsou kladeny na aparatury snímačů používaných v potravinářských a farmaceutických výrobách, kde se kromě rychlé odezvy a vysoké přesnosti měření vyžaduje i pravidelné čištění a sterilizace aparatury. V těchto případech je důležitým faktorem splnění požadavků na hygienu a sanitaci výrobního zařízení.  Procesy CIP a SIP v potravinářských a farmaceutických výrobách Samozřejmým postupem v potravinářských a farmaceutických výrobních procesech je čištění a sterilizace výrobního zařízení. Proto jsou výrobní linky v mlékárnách, pivovarech, v nápojovém průmyslu a ve farmaceutických výrobách uzpůsobeny tak, aby vnitřní povrchy výrobního zařízení byly vyčištěny bez nutnosti demontáže (popř. s demontáží jen v omezeném rozsahu). Proces CIP (Clean-In-Place) je metoda čištění vnitřních povrchů potrubí, nádob, technologických zařízení, filtrů a příslušného vybavení bez demontáže. Výhodou procesu CIP je pro průmyslový podnik rychlejší čištění, méně náročné na pracovní sílu a opakovatelnější. Obsluha je při vyžití CIP méně vystavena rizikovým chemickým látkám. Zařízení pro čištění CIP se začala využívat nejprve při ručním řízení a zahrnovala např. vyrovnávací nádrž, odstředivé čerpadlo a připojení k čištěnému systému. Jednoduchá, ručně ovládaná zařízení CIP lze nalézt i dnes. Současné aparatury CIP zahrnují mnoho provozních nádrží, výměníků tepla, ventilů, snímačů, plně automatizované systémy s programovatelnými logickými řadiči, čidla pro získávání dat a speciálně navržené systémy trysek pro přívod čisticích kapalin. Čisticí operace se provádějí v řadě definovaných kroků. V závislosti na případu použití jsou čisticí kapaliny zahřáty na teplotu až 100 °C. Aby byly odstraněny všechny nečistoty, je zapotřebí turbulentní proud čisticího média, přičemž rychlosti průtoku se obvykle pohybují mezi 1,5 až 3 m/s. Proces SIP (Sterilization-In-Place), někdy nazývaný také Steam-In-Place, je rozšířením procesu CIP o dodatečnou sterilizaci bez nutnosti demontáže zařízení a měřicího zařízení. Po provedení čisticího postupu CIP se zařazuje sterilizace těch zařízení, na která jsou kladeny velké požadavky ohledně hygienické čistoty. Sterilizace je běžně vyžadována ve farmaceutickém průmyslu. Tento proces musí probíhat po dostatečně dlouhou dobu, aby byly všechny mikroorganismy usmrceny horkou vodou nebo nasycenou čistou párou při vysokých teplotách (>121 °C). Proces SIP se obvykle provádí parou dodávanou z parního generátoru. Někdy se však provádí chemická sterilizace vhodným médiem. Pro vlastní řízení postupů CIP a SIP musí být zařízení vybaveno potřebnou automatizační technikou (měření a řízení teploty a tlaku páry, popř. měření průtoku a složení čisticích médií). Parametry teploty, tlaku, průtoku, koncentrace a doby expozice musí být řízeny systémem, který lze nakonfigurovat s několika možnostmi pro zajištění parametrů čištění a sterilizace a ty provádět spolehlivým, opakovaným a ověřitelným způsobem. Pro monitorování a řízení jednotlivých fází procesů CIP a SIP se obvykle využívají vhodná PLC. Při použití materiálů, které jsou v kontaktu s potravinami, je nutné dodržovat závazná nařízení Evropského parlamentu ES--1935-2004 o materiálech a předmětech ve styku s potravinami, ES-10-2011 o materiálech z plastů a ES-2023-2006 o správné výrobní praxi. Dále existují nezávazné standardy EHEDG (Europen Hygienic Engineering and Design Group) pro zařízení a materiály ve styku s potravinami, jejichž cílem je přispět k zajišťování výroby bezpečných a kvalitních potravin.  Odporové senzory teploty U odporových senzorů teploty se využívá závislost hodnoty elektrického odporu na teplotě, přičemž vlastní senzor může být rea­lizován kovovým nebo polovodičovým rezistorem. Ve snímačích teploty pro potravinářské a farmaceutické výroby se nejčastěji využívají kovové odporové senzory vyrobené z platiny. Elektrický odpor R kovových vodičů vzrůstá s teplotou t. Pro čisté kovy je možné závislost vyjádřit polynomem se součiniteli A, B, CR = R0 (1 + A t  + B t2 + C t3 + ...)       (3)  kde R0 je odpor při vztažné teplotě 0 °C. Hodnoty součinitelů A, B, C pro platinový odporový teploměr jsou uvedeny v ČSN EN 60751. V technické praxi lze vystačit s aproximační rovnicí 2. stupně. Obr. 1. Drátový měřicí rezistor: a) schéma senzoru s přibližnými rozměry v mm, b) řez senzorem se čtyřvodičovým připojenímSenzorem odporového snímače teploty je buď měřicí rezistor vinutý z platinového drátku, nebo plošný rezistor vytvořený tenkovrstvou technologií. Drátový měřicí rezistor je tvořen spirálovitě stočeným tenkým platinovým drátkem (o průměru 0,05 mm), který je uložen do keramického tělíska (obr. 1). Základní odpor při 0 şC činí R0 = 100 Ω a prvek je obvykle označován jako Pt100. Měřicí rozsah je od –200 do 850 şC. Tenkovrstvý senzor má měřicí rezistor ve tvaru platinového meandru, který je vyroben moderní fotolitografickou metodou. Struktura senzoru je patrná z obr. 2. Platinový meandr je vytvořen na ploché korundové destičce technikou vakuového naprašování nebo napařování a iontového leptání platinové vrstvy. Elektrický odpor se přesně nastavuje laserovým trimováním. Skleněná krycí vrstva chrání citlivý platinový měřicí prvek před znečištěním a poškozením. Tenkovrstvé senzory teploty mají miniaturní rozměry a poskytují rychlejší odezvu než odpory drátové. Vyrábějí se nejen se základním odporem R0 = 100 Ω jako Pt100, ale i s větším odporem jako Pt500 či Pt1000. Měřicí rozsah bývá menší než u drátových senzorů, od –70 do 400 °C, popř. až do 600 °C [2]. Obr. 2. Tenkovrstvý odporový senzor: a) schéma senzoru, b) reálné provedení, c) přibližné rozměry v mmOproti tenkovrstvým senzorům jsou senzory s drátovým rezistorem časově stálejší, mají větší měřicí rozsah, ale horší dynamické vlastnosti a jsou náchylné na poškození při mechanických vibracích. Tenkovrstvé senzory mají zase velmi příznivé dynamické vlastnosti a vynikající odolnost proti vibracím. Provozní snímače teploty s odporovým senzorem Obr. 3. Snímače teploty pro hygienické aplikace: a) E+H iTherm TM411, b) Krohne Optitemp TRA H10, c) JUMO 90.2810Na trhu je k dispozici velké množství provozních snímačů teploty, které splňují požadavky potravinářských a farmaceutických linek na hygienu a sanitaci. Vesměs jde o snímače vybavené inteligentním převodníkem. Na obr. 3 je uvedeno několik ukázek. Modulární snímač teploty iTherm TM411 od společnosti Endress+Hauser (obr. 3a) může být osazen buď tenkovrstvým senzorem (–50 až 200 °C) s velmi rychlou odezvou (t90 = 1,5 s), nebo pro měření v širším rozsahu teplot (–200 až 600 °C) drátovým senzorem. V nabídce je více než 50 různých variant procesního připojení snímače. Snímač Optitemp TRA-H10 (obr. 3b), výrobek firmy Krohne, má odporový teplotní senzor umístěný v konci stonku, který je vyplněn teplonosnou pastou pro dosažení rychlejší odezvy a lepší odolnosti proti vibracím. V tomto provedení není senzor vyměnitelný (vyměnitelný senzor je u typu H20). Snímač pro potravinářský a farmaceutický průmysl typu 90.2810 od společnosti JUMO (obr. 3c) je možné vybavit adaptérem pro procesní připojení JUMO PEKA, který má certifikaci EHEDG. Příklady užití snímačů teploty i dalších snímačů provozních veličin spolu s názornými technologickými schématy z oblasti potravinářských a biotechnologických výrob je možné nalézt v materiálech firmy JUMO (www.jumo.de, na kartě Branchen/Industry). Další snímače spolu s vybranými technickými parametry najde čtenář v tabulce přehledu trhu na str. 30 a 31. Obr. 4. Samokalibrující se snímač TM371 (E+H): a) snímač TM371, b) schéma senzorové částiUnikátní vlastnosti vykazuje snímač iTherm TrustSens TM371 společnosti Endress+Hauser (obr. 4). Snímač je vybaven plně automatickou funkcí samokalibrace, která umožňuje monitorování teploty v hygienických a aseptických prostředích bez přerušení procesu a výrazně přispívá ke zvýšení přesnosti a spolehlivosti měření. Snímací jednotka tohoto přístroje je tvořena měřicím tenkovrstvým senzorem Pt100 spolu s vysoce přesným a dlouhodobě stabilním referenčním prvkem. Referenční prvek je vyroben z materiálu s definovanými feromagnetickými vlastnostmi, které se strmě mění při teplotě tzv. Curieho bodu. Tuto změnu lze elektronicky detekovat (např. podle změny elektrické kapacity materiálu). Referenční prvek ve snímači má teplotu Curieho bodu 118 °C. Při sterilizaci SIP je technologické zařízení vyhřáté horkou párou na teplotu vyšší než 121 °C. Poté při poklesu teploty na hodnotu 118 °C vyšle referenční prvek řídicí signál, platinový senzor současně změří aktuální teplotu. Porovnáním těchto dvou hodnot se provede kontrolní kalibrace tenkovrstvého platinového senzoru. Je-li odchylka měřené hodnoty mimo nastavené rozmezí, vyšle teploměr poruchové hlášení a současně je tento stav indikován červenou LED na hlavici snímače. Detailní popis snímače TM371 a jeho funkce je uveden v [3]. Obr. 5. Snímač teploty s diagnostickým výstupem (www.ifm.com/cz): a) schéma snímače, b) snímač řady TADLepší provozní spolehlivosti inteligentních snímačů teploty je možné dosáhnout také duál­ním provedením, tedy použitím dvou různých senzorových prvků, které se v průběhu procesu navzájem sledují. Tato diagnostická metoda zaznamená případnou odchylku senzoru. Duální provedení plní i zálohovací funkci. V případě poruchy jednoho ze senzorů může měření pokračovat s druhým senzorem. Snímač tohoto typu od firmy ifm electronic je na obr. 5 [4].  Montáž snímačů do technologické aparatury Jedním ze základních předpokladů správného měření teploty je vhodné umístění snímačů teploty do jednotlivých částí aparatury, a to tak, aby byl zajištěn správný přestup tepla a dokonalý styk s měřeným prostředím. Měřicí místo musí být voleno s ohledem na snadnou montáž, demontáž a údržbu snímače teploty. Obr. 6. Zabudování snímače teploty do potrubíPro zvýšení přestupu tepla se teploměr umisťuje do místa s vyšší rychlostí proudění, a nikoliv do koutů bez proudění. Senzor teploměru má zasahovat přibližně do osy potrubí. Do potrubí větších průměrů se umisťuje teploměr kolmo na směr proudění (obr. 6a) s odchylkou od kolmice minimálně o úhel 3°, aby se zajistilo samovypouštění kapaliny. U potrubí menších průměrů (do 200 mm) se umisťuje teploměr šikmo (pod úhlem 45o) proti směru proudění (obr. 6c), popř. do kolena potrubí proti směru proudění (obr. 6b). Při měření teploty kapalin v nádobách je třeba měřenou kapalinu míchat, aby byl zvětšen součinitel přestupu tepla a aby bylo dosaženo homogenního teplotního pole. Ztráty tepla vedením se omezí dostatečným ponorem teploměru. Obr. 7. Základní typy teploměrových jímek (upraveno podle [5])Při provozním měření je nutné velmi často umístit snímač teploty do teploměrové jímky, která chrání teploměr před mechanickými a chemickými vlivy způsobenými např. změnami tlaku či agresivními chemickými vlastnostmi média. Teploměrové jímky jsou v podstatě uzavřené kovové trubky válcového nebo kuželovitého tvaru, které jsou nainstalovány do potrubí nebo do technologických aparatur a stávají se jejich nedílnou součástí. Nejčastěji používané typy teploměro­vých jímek (přírubová, závitová a navařovací) jsou schematicky znázorněny na obr. 7, v pravé části obrázku jsou ukázky teploměrných jímek od společnosti Emerson [5]. Při volbě materiálu jímky je třeba respektovat vlastnosti provozního média, rozmezí pracovní teploty a kompatibilitu s materiálem provozní aparatury. Z teploměrové jímky lze snímač snadno vyjmout např. při kalibraci nebo jeho výměně, aniž by bylo nutné narušit výrobní proces a aparaturu vyprázdnit. Pro zvýšení ochrany proti korozi a erozi bývají kovové jímky potaženy vhodným materiálem, např. plastem nebo smaltem, což se ale projeví zhoršením dynamických vlastností. Obr. 8. Dynamické vlastnosti snímačů teploty s teploměrovou jímkou (upraveno podle [6])Umístění snímače teploty do jímky vždy značně ovlivní jeho dynamické vlastnosti. Je to způsobeno tím, že hmotnost jímky bývá mnohdy několikanásobně větší než hmotnost vlastního senzoru a je dominantním faktorem rychlosti odezvy celého snímače. Na obr. 8 je ukázáno, jak způsob instalace snímače významně ovlivní časový průběh odezvy teploměru. Odezva na skokovou změnu teploty proudící vody byla měřena a) měřicí vložkou s odporovým teploměrem Pt100 v kovovém ochranném pouzdru o průměru 6 mm, b) měřicí vložkou vloženou do kovové teploměrové jímky, c) měřicí vložkou v teploměrové jímce opatřené ještě ochrannou plastovou vrstvou zabraňující korozi snímače [6]. Pro správné vyhodnocení teploty je nutné uvažovat vzniklou dynamickou chybu.  Souhrn a závěr Nejčastěji využívaným typem senzoru ve snímačích teploty, které jsou určeny pro potravinářské a farmaceutické výrobní provozy, jsou tenkovrstvé platinové senzory. Jejich vlastnosti zaručují požadovanou přesnost měření, mají velmi příznivé dynamické vlastnosti a výborně odolávají mechanickým vibracím.  Literatura: [1] KADLEC, K. Měření teploty. Měření a řízení chemických, potravinářských a biotechnologických procesů. Ed. K. KADLEC, M. KMÍNEK, P. KADLEC. Ostrava: Key Publishing, 2017. [2] JUMO. Teplotní senzory v provedení platinových čipů s připojovacími vodiči podle DIN EN 60751. [online]. [cit. 2018-4-19]. Dostupné z: http://www.jumo.cz/produkty/teplota/platinov%C3%A1-teplotn%C3%AD-cidla/2917/tenkovrstv%C3%A1.html [3] PROKEL, D. Samokalibrující se snímač teploty iTherm TrustSens TM371. Automa. 2018, (2-3), 34–35. [4] ifm. Teplotní senzory od ifm. Katalog ifm electronic. 2015, 07. [5] ROSEMOUNT. The Engineer’s Guide to Industrial Temperature Measurement. Ed. Emerson Process Management. 2013. [6] ABB. Industrial temperature measurement. Basics and practice. Ed. ABB 03/TEMP-EN Rev. D 09.2013.   doc. Ing. Karel Kadlec, CSc., Ústav fyziky a měřicí techniky VŠCHT Praha (karel.kadlec@vscht.cz)  

IO-Link Safety se standardizovaným rozhraním SMI

Článek vysvětluje princip komunikace IO-Link Safety pro úlohy zajišťující funkční bezpečnost, shrnuje její přednosti, popisuje současný stav standardizace a seznamuje s prioritami dalšího vývoje příslušné pracovní skupiny IO-Link Safety sdružení IO-Link Community. Rychlý růst počtu zařízení využívajících rozhraní IO-Link pokračuje. Ke konci roku 2017 bylo registrováno více než osm milionů zařízení a očekává se, že v příštích letech jejich počet dále poroste. Také proto se sdružení IO-Link Community v posledních několika letech systematicky zabývá funkčně bezpečnou komunikací – od úvodních studií až po hloubkovou analýzu potřeb trhu. Na tvorbě technické specifikace IO-Link Safety – rozšíření systému, která byla zveřejněna v dubnu 2017, se podílelo více než dvacet průmyslových společností etablovaných v oboru funkční bezpečnosti. Koncept funkčně bezpečné komunikace byl předem ověřen německou akreditační společností TÜV Süd. Co se od té doby událo?Agenda pracovní skupiny IO-Link Safety má tři hlavní témata:proveditelnost konceptu v různých architekturách zařízení IO-Link,nové standardizované rozhraní pro řídicí jednotky – Master (SMI – Standardized Master Interface), požadované zákazníky,specifikace testů (včetně testovacích zařízení). Klasická funkčně bezpečná komunikaceV tomto článku bude představen koncept IO-Link Safety a několik jeho významných předností. Výchozím bodem je klasické propojení jednoduchých bezpečnostních zařízení k jednotce vzdálených I/O (RIO – Remote Input/Output) s provozní sběrnicí prostřednictvím komunikačního profilu funkční bezpečnosti FSCP (Functional Safety Communication Profile), jak je ukázáno vlevo na obr. 1.V závislosti na typu snímačů a akčních členů jsou pro implementaci moderních bezpečnostních systémů požadovány funkčně bezpečné analogové vstupy (FS AI), funkčně bezpečné analogové výstupy (FS AO), funkčně bezpečné digitální vstupy (FS DI) a funkčně bezpečné digitální výstupy (FS DO). Stejně jako v případě základního systému IO-Link je však i u verze IO-Link Safety spektrum I/O modulů omezeno na jediný typ (FS Master), jak je vidět na obr. 1.Obr. 1. Funkčně bezpečné moduly vzdálených I/OAž dosud byla funkční bezpečnost v automatizaci charakterizována funkcemi bezpečnostního vypnutí, jako jsou „bezpečné odpojení“, „bezpečné zastavení“ apod. K jejich rea­lizaci byly třeba binární snímače, jako jsou koncové spínače, světelné závory nebo laserové skenery. IO-Link Safety umožňuje bezpečně sbírat data z více analogových snímačů, a bezpečnostní řídicí systém se tak může lépe rozhodnout, zda je skutečně vyžadováno bezpečné odpojení, nebo zastavení. Proč IO-Link Safety?Obecně vzato, tento druh úloh může být také implementován prostřednictvím bezpečnostních provozních zařízení s protokolem FSCP na úrovni provozní sběrnice. Ovšem v současné době je po celém světě již více než deset různých FSCP, často s regionálním významem (viz EN 61784-3 Industrial communication networks – Profiles – Part 3: Functional safety fieldbuses – General rules and profile definitions). Pro výrobce zařízení, jestliže se snaží uplatnit na světovém trhu, to s sebou nese zvýšené náklady na vývoj komunikačních rozhraní.Obr. 2. Univerzální bezpečnostní zařízení FS Device pro všechny komunikační profily FSCPNa obr. 2 je ukázáno řešení prostřednictvím IO-Link Safety. Univerzální bezpečnostní zařízení FS Device jsou tak kompatibilní se všemi profily FSCP – stačí, že existuje jen jediná řídicí jednotka FS Master s daným FSCP. Protože jednotky IO-Link Master pro specifické sběrnice vyvíjejí obvykle specializovaní výrobci, je přirozené, že se tito výrobci starají také o jejich bezpečnostní verze FS Master. Výrobci bezpečnostních zařízení FS Device se tak mohou plně soustředit na bezpečnostní úlohy vykonávané jejich zařízeními.Než se vytvoří trh s těmito zařízeními, bude určitou dobu trvat. V tomto procesu může pomoci strategie migrace k IO-Link Safety. Nedávná historie konceptu IO-Link zahrnuje přechod od tzv. spínacího režimu (SIO – switching I/O) ke komunikačnímu režimu IO-Link. Znamená to, že zařízení mohou být připojena jak ve spínacím režimu ke klasickému modulu digitálních vstupů a výstupů, tak v komunikačním režimu k jednotce IO-Link Master. Bezpečnostní snímače se spínacím výstupem – OSSDBezpečnostní snímače se spínacím výstupem jsou rovněž označovány zkratkou OSSD (Output Switching Sensing Devices). Jejich redundantní signály původně pocházely z reléových výstupů. Relé byla spínána navzájem antivalentně – to umožňovalo detekovat poruchu kabelu. Když však došlo k přechodu k elektronickým zařízením (OSSDe), objevily se také ekvivalentně spínané signály, protože při ztrátě napájení elektronického modulu antivalentní spínání není možné využít. K detekci poruch nyní slouží krátké, rovnoměrně rozložené testovací pulzy, které jsou zařízením zpětně zaznamenávány a vyhodnocovány.U IO-Link Safety bylo rozhodnuto omezit různá dosavadní řešení testovacích pulzů na jednu specifikaci: Type C Class 1, která pokrývá většinu úloh vyskytujících se na trhu a je definována v dokumentu CB24I německého sdružení ZVEI (Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie). Vzhledem k tomu, že maximální dovolená délka kabelů IO-Link je 20 m, je kontrola kabelu těmito testovacími pulzy snadná. Komunikace IO-Link Safety by tak měla mít velmi stabilní provoz a realizace komunikačního systému pro uživatele by se měla zjednodušit, protože nebudou zapotřebí filtry nebo nastavení časové odchylky (rozložení dvou signálů v čase).V IO-Link Safety je pro druhý signál OSSD určen pin 2 konektoru M12. To je ve shodě se specifikací sdružení německého automobilového průmyslu AIDA (Automatisierungsinitiative der deutschen Automobielhersteller). Komunikace IO-Link SafetyV komunikačním režimu se pro IO-Link Safety používá osvědčený princip black channel, jak je uvedeno na obr. 3. Zabezpečená komunikační vrstva je umístěna nad existující komunikační stack IO-Link Master a IO-Link Device. Kromě vlastní bezpečnostní úlohy tato vrstva obsahuje stavový automat pro přijetí a přenos zabezpečených dat (bezpečnostní PDU – Protocol Data Unit) zahrnující zabezpečená provozní data a dodatečný zabezpečovací kód. V protokolu se kontroluje včasné přijetí nových dat a zjišťuje se, zda pocházejí od správného vysílajícího zařízení a zda nebyla po cestě změněna.Obr. 3. Princip „black channel“ IO-Link SafetyIO-Link Safety používá dva formáty protokolu. První formát je vhodný pro malé objemy dat do tří oktetů (osmic bitů), čemuž odpovídá i kratší bezpečnostní kód, zatímco druhý je pro až 25 oktetů s delším bezpečnostním kódem.Na obr. 3 je také znázorněno propojení vrstvy komunikace IO-Link Safety zařízení FS Master s vyšší vrstvou protokolu FSCP provozní sběrnice. Obě vrstvy mohou být implementovány jako software, např. v jedné redundantní jednotce. Standardizované rozhraní řídicí jednotky SMIV uplynulých letech vyžadovali významní zákazníci zlepšení harmonizace chování jednotek IO-Link Master a možnost provozovat jednotky IO-Link Master od různých výrobců prostřednictvím jednotného nástroje IO-Link Master Tool (IO-Link Master Tool je aplikace, která se instaluje do počítače a je určena ke konfiguraci a nastavování parametrů komunikace IO-Link). Protože specifikace IO-Link byla navržena a vydána již před několika lety, specializovala se na provozní sběrnice, z nichž jen málo bylo tehdy založeno na Ethernetu. Dosud nebylo možné najít vhodné řešení, protože k tomu bylo k dispozici málo znalostí a zkušeností. To se nyní mění. Provozní sběrnice založené na Ethernetu se již staly běžnými a byly získány zkušenosti se „zakotvením“ IO-Link do provozních sběrnic.Na obr. 4 jsou znázorněny horní vrstvy jednotky IO-Link Master (v tomto případě je to FS Master), které se skládají z konfiguračního manageru, podpory parametrických dat, acyklické komunikace, diagnostické jednotky a cyklické výměny provozních dat. 4. Standardizované rozhraní řídicí jednotky Master (SMI)Rozhraní SMI specifikuje pro každou z těchto jednotek standardizované služby, které mohou být volány z komunikační brány. Komunikační brána zajišťuje přizpůsobení odpovídajícímu uživatelskému protokolu. Pro bezpečnostní PLC je tímto protokolem FSCP jeho provozní sběrnice. Například pro FS Master Tool je to ethernetový protokol definovaný uživatelem.IO-Link Safety rozšiřuje standardní SMI pro konfigurační manager, např. pro konfiguraci nezbytných bezpečnostních parametrů. Speciální funkcí je splitter/composer pro výměnu cyklických provozních dat. Zde jsou v přijaté zprávě IO-Link oddělena data bezpečnostní jednotky PDU od běžných provozních dat nebo jsou naopak složena před odesláním zkomponované zprávy.Pro IO-Link Safety má SMI zásadní význam. Díky specifikaci SMI pro FS Master, která je nyní velmi detailní, může být vyhodnocení bezpečnosti přesunuto z implementační úrovně na úroveň specifikace, čímž se vlastní implementace výrazně zjednoduší. Vývojová sada, nebo specializovaný dodavatel?Sdružení IO-Link Community je v příznivé pozici k tomu, aby se stalo řídicí silou zaštiťující přípravu vývojové sady pro IO-Link Safety. Mezi členskými firmami jsou specializovaní dodavatelé, kteří jsou ochotni asistovat v počáteční fázi vývoje zařízení a nabídnout potřebné technické komponenty (stacky). Pro více informací lze navštívit www.io-link.com. Specifikace testů a testování protokoluV důsledku těchto inovací bylo třeba doplnit také nové postupy testování. V počáteční fázi vývoje jsou na počítači simulovány oba stavové stroje s cílem generovat testovací vzorky pro automatizované testování protokolu. Testovací vzorky jsou optimalizovány tak, aby doba testování nebyla zbytečně dlouhá. Další práce na verzi 1.1 IO-Link SafetyIntegrace SMI do verze 1.1 specifikace IO-Link Safety byla dokončena. Nyní prochází mezinárodním posouzením, které bude trvat několik měsíců. Posuzovaná specifikace je dostupná na www.io-link.com. V protokolu samotném se nic významného nezměnilo.Současně bylo v testovacích laboratořích provedeno doplňující zhodnocení konceptu. Publikace výsledků se očekává v příštích měsících.  Dr. Wolfgang Stripf, vedoucí projektové skupiny IO-Link Safety IO-Link Community

EPLAN Smart Wiring – přehledné a jednoduché zapojování rozváděčů

Propojování komponent řídicí techniky v rozváděči vyžaduje hodně času a zkušeností. Software EPLAN Smart Wiring tento proces značně zjednodušuje a přináší mnoho uživatelských výhod. Obr. 1. EPLAN Smart Wiring EPLAN Smart Wiring (obr. 1) je software, který poskytuje potřebná data v digitálním formátu pro všechna elektrická zapojení v rozváděči. Výhodou je, že přímo v softwaru jsou již zahrnuty znalosti o řídicí technice. Uživatelé zejména ocení úsporu času v případě, kdy je ještě třeba projekt na poslední chvíli upravit. Software totiž snadno zvládne porovnat několik verzí projektu – úkol, který je při manuální přípravě výroby často velmi složitý a vyžaduje velkou pečlivost. Ať jde o popis zapojení zdroje nebo spotřebiče, popis svorek, návrh průřezů, barev a délek vodičů, jejich zakončení, nebo přesný návrh vedení kabelových tras, EPLAN Smart Wiring umožňuje přehlednou vizualizaci a poskytuje všechny potřebné informace a technická data pro montáž řídicí techniky do rozváděčů. Výhodou je vytvoření postupu zapojování podle schémat řídicích obvodů a regulačních smyček: již není třeba zdlouhavý proces, který vyžadoval značné zkušenosti a byl zdrojem častých chyb. Pomocí směrových připojení a seznamu spojů ve formátu EPLAN nebo ve formátu Excel umožní software založený na webovém prohlížeči uživateli zobrazit veškeré propojení přístrojů v rozváděči v digitálním formátu. Až doposud trávili kvalifikovaní specialisté před tím, než mohli začít rozváděče kvalitně zapojovat, hodiny studiem elektrotechnických schémat zapojení. Nyní EPLAN Smart Wiring velmi přehledně zobrazuje instalační situaci a podmínky propojení. Uživatel je při zapojování jednotlivých spojů mezi přístroji v rozváděči softwarem veden krok za krokem.  Rychlejší propojování – se softwarem EPLAN Pro Panel nebo bez něj Rozhraní systému je plně intuitivní. Každý spoj, který má být zapojen, je v prostředí programu EPLAN Smart Wiring jasně zobrazen. Při přenosu dat ze softwaru EPLAN Pro Panel jsou trasy zobrazeny ve 3D modelu rozváděče (obr. 2). Tento model automaticky poskytuje veškeré údaje o tom, které zařízení má být propojeno, prostřednictvím jakého vodiče a také jak správně umístit daný vodič. Je-li spoj správně zapojen, je označen zelenou barvou – dokončeno. Nepoužívá-li se software EPLAN Pro Panel, propojení rozváděče je navrženo podle seznamů spojů ze souboru ve formátu Excel. Obr. 2. V EPLAN Pro Panel jsou kabelové trasy znázorněny ve 3D Montáž krok za krokem EPLAN Smart Wiring popisuje zapojení rozváděče spoj po spoji. Nelze-li spojení rea­lizovat, např. jestliže chybí vodiče nebo je chybný průřez vodičů, je možné spoj zablokovat a vytvořit k němu komentář. Komentář může být poslán e-mailem přímo danému projektantovi z elektrotechnického oddělení, aby mohl být problém vyřešen. Takto je každý krok procesu jasný a logický. Při změnách software automaticky vyvolá změnové řízení a všem zainteresovaným se zobrazí aktuální stav. Software umožňuje uložit jak aktuální stav, tak i průběh zpracovávaného rozváděče. Tím se stává výroba rozváděčů mnohem flexibilnější a jednodušší.  Snadné změny – i na poslední chvíli Význam softwaru EPLAN Smart Wiring se projeví zejména tehdy, když je třeba na poslední chvíli realizovat změny v projektu vytvořeném např. v softwaru EPLAN Pro Panel. Prostřednictvím EPLAN Smart Wiring lze obě varianty projektu navzájem snadno porovnat a software dokumentuje všechny rozdíly mezi nimi – tím ušetří uživateli velké množství času, který by jinak musel vynaložit na jejich ruční porovnávání. Software najde všechny spoje, které už byly zapojeny, ale v rámci změny musí být odstraněny, a všechny spoje, které musí být dodatečně realizovány. Odpadá tedy veškerá práce s vyhledáváním těchto spojů a s promýšlením, jak změny projektu ovlivní celkové zapojení a proces montáže. EPLAN Smart Wiring tak poskytuje užší vazbu mezi jednotlivými procesy, jako jsou návrh, změny projektu a montáž. Tím pomáhá zvýšit kvalitu rozváděče a dokumentace v dlouhodobém výhledu.   (EPLAN ENGINEERING CZ, s. r. o.)

Bezdrátové řízení ventilových bloků a přenos I/O signálů – nová dimenze řízení

Vývoj ventilových bloků a jejich řízení postupují o další velmi významný krok dopředu. Společnost SMC uvádí na trh unikátní řešení: komunikační jednotky, které jsou určeny pro bezdrátové ovládání ventilů a přenos digitálních, analogových a diagnostických signálů. Tato nová technologie umožní změnit pohled na celou topologii řídicích systémů. Konstruktérům, výrobcům strojů a jejich uživatelům uvolňuje ruce a umožňuje tvorbu samostatných, vysoce flexibilních pracovních jednotek, které nejsou limitovány pravidly pro instalaci komunikačních linek a vedení.  Vývoj nové komunikační jednotky řady EX600-W byl iniciován poptávkou zákazníků společnosti SMC, kteří hledali skutečně funkčně jednoduché, robustní a vysoce flexibilní řešení pro svoje stroje a výrobní linky. Přitom použití jednotky s bezdrátovou komunikací nesmělo být limitováno rušivými vlivy průmyslového prostředí, do kterého bude určena. Výsledkem vývoje jsou naprosto unikátní komunikační jednotky řady EX600-W, které nabízejí všechny poptávané funkce a dokážou spolehlivě pracovat např. i v prostředí svařoven nebo v prostředí s velkým provozem bezdrátové komunikace. Obr. 1. Řídicí bezdrátová jednotka EX600-W (master) s rozhraním Profinet nebo EtherNet/IP bez přídavných modulů Popis a princip komunikace Jednotky řady EX600-W pracují na principu master–slave. Veškerou bezdrátovou komunikaci řídí jednotka EX600-W typu master. Uvedená jednotka se klasickým způsobem (metalicky) připojuje prostřednictvím komunikačních systémů Profinet nebo EtherNet/IP k nadřazenému řídicímu systému PLC. V těchto nadřazených komunikačních sítích se celý bezdrátový systém prezentuje jako jedno zařízení typu slave. Jedna řídicí komunikační jednotka EX600-W typu master (obr. 1) může současně bezdrátově komunikovat s až patnácti aktivními komunikačními jednotkami typu slave a celkem může být k jedné jednotce master nakonfigurováno až 127 jednotek slave pro verzi EtherNet/IP nebo 31 jednotek slave pro verzi Profinet. Na obr. 2 je vidět, že jednotky typu slave nemají žádné konektory pro připojení komunikační sběrnice. Jsou vybaveny pouze konektory pro připojení napájení 24 V DC.Obr. 2. Ventilový blok s periferní bezdrátovou jednotkou EX600-W (slave), ventily řady SY a moduly digitálních a analogových vstupů a výstupů Všechny ostatní parametry jednotek řady EX600-W se shodují s parametry řady klasických jednotek EX600 s metalickou fyzickou vrstvou pro připojení komunikace. To znamená, že ke každé jednotce master i slave lze přímo připojit ventilový blok a dalších devět přídavných modulů s digitálními či analogovými vstupy a výstupy. Je tak možné vytvořit bezdrátovou síť, která je schopná přenášet až 1 280 vstupů a 1 280 výstupů. Navíc v jednom prostoru může komunikovat několik sítí, což nabízí nesčetné možnosti konfigurace výrobních zařízení. Jednotky EX600-W komunikují ve frekvenčním pásmu 2,4 GHz (ISM). V tomto frekvenčním pásmu nehrozí rušení vlivem výrobního procesu, ať už jde o svařování, měniče frekvence, či jiné průmyslové zdroje rušení. Navíc pro prostředí s velkým síťovým provozem jsou všechny jednotky vybaveny funkcí střídání komunikačního kanálu v 5ms cyklu. Vlastní komunikace je zajištěna šifrováním, které zabraňuje nežádoucímu přístupu do komunikace a následnému narušení výrobního procesu.  Flexibilita, jednoduchost, spolehlivost Jedním z příkladů, kde nový typ komunikace přináší nemalé úspory nejen během instalace, ale i během provozu, je manipulace či přemísťování výrobků. Například výrobní linka s robotickou buňkou vybavenou robotem, který si během výrobního procesu mění svoje efektory. Již není třeba řešit vedení komunikačního kabelu k efektorům. Již není třeba řešit ztrátu komunikace způsobenou opotřebovanými kontakty v konektorech na dokovacích stanicích. Stejně tak se stanou minulostí starosti s cyklickým namáháním komunikačních kabelů a následnými výpadky komunikace. Navíc není třeba se obávat prodloužení výrobního cyklu stroje během výměny nástroje. Komunikační jednotky EX600-W byly zkonstruovány tak, aby komunikace byla vzájemně navázána do maximálně 250 ms od přivedení napájení, což je dokonce dvakrát rychleji v porovnání s některými klasickými jednotkami. Dopravníkové linky jsou dalším příkladem, kde se mohou jednotky EX600-W úspěšně používat (obr. 3). Je-li třeba na jednotlivých paletách sledovat určité provozní údaje, např. o tom, zda je výrobek dobře upnutý nebo paleta plně obsazená, může být paleta osazena bezdrátovou komunikační jednotkou EX600-W společně s modulem digitálních vstupů pro připojení senzorů. Bude-li paleta vybavena baterií k napájení komunikační jednotky a senzorů, vytvoří tak maximálně flexibilní systém pro výrobní procesy přesně ve smyslu Národní iniciativy Průmysl 4.0.Obr. 3. Příklad konfigurace bezdrátové sítě s jednou řídicí (M) a několika periferními (S) bezdrátovými jednotkami řady EX600-W Řada EX600-W nabízí také moderní metody konfigurace a diagnostiky pomocí komunikace NFC (Near-Field Comminication) či webového serveru. Počítač s připojenou čtečkou NFC nebo v budoucnu jakékoliv mobilní zařízení s modulem NFC jsou schopné (po nainstalování příslušného programu či aplikace) konfigurovat a diagnostikovat zařízení. Některá data je dokonce možné získat i v případě, že jednotky nejsou připojeny k napájení (např. přidělená IP adresa, počet připojených I/O apod.). Během vývoje byly komunikační jednotky důkladně testovány v různých provozních podmínkách, což dokládá i úspěšný osmnáct měsíců dlouhý testovací provoz v automobilové svařovně, který byl završen tím, že se jednotky staly standardem pro nové linky u tohoto výrobce. Více informací k této nové technice sdělí specialisté společnosti SMC. Kontaktní informace a další informace k jednotkám EX600-W zájemci najdou na stránkách www.smc.cz.  (SMC Industrial Automation CZ s. r. o.)

Zavlažovat efektivně

Vzhledem k suchu je nyní aktuální budovat závlahové systémy, případně nová vodní díla. Rozsáhlá zavlažovací síť (potrubní sítě, čerpací stanice a přiváděcí kanály), vybudovaná v Česku v 70.letech minulého století, zůstala zcela nevyužita a zchátrala do nepoužitelného stavu. Některá zařízení však fungují a pomáhají zemědělcům zavlažovat půdu v těchto suchých letech. Je ovšem potřeba je modernizovat a připravit a nevyrovnaný ráz počasí, který klimatologové předpovídají. Příklad z praxe Příkladem je řešení společnosti ABB pro čerpací zavlažovací stanici společnosti Vinofrukt v Pasohlávkách nedaleko Brna. Stanice je navržena pro zavlažování plochy 1 200 ha. Jedná se především o půdu pro pěstování zeleniny, sady, vinice a také pastviny. Výkon čerpací stanice je max. 1,3 MW a čerpaný objem vody může dosáhnout až 1 200 l/s. Řešení dodané ABB a realizované firmou Hydro-X zahrnovalo čtyři reluktanční motory o výkonu 75 kW a frekvenční měniče ACQ580. Očekáváná úspora je až 250 tis. Kč ročně. Pořizovací cena rekonstrukce byla 1,8 mil Kč. Ředitel Vinofrukt a majitel a provozovatel čerpací stanice Pavel Herko je spokojen: „Zvýšená automatizace nám přinesla snížení hlučnosti, odpadního tepla, zvýšení efektivity, snížení mzdových nákladů, spotřeby elektřiny, a hlavně snížení pracnosti.“Obr. 1. Synchronní reluktanční motor ABB s měničem frekvence Pro efektivní zavlažovací zařízení, jakým je stanice v Pasohlávkách, jsou důležité moderní efektivní synchronní reluktanční elektromotory, snižující celkové ztráty až o 40 %. Jejich provoz je řízen měničem frekvence, který reguluje nejen otáčky, ale i odběr proudu. Čerpadla a další mechanické součásti musí být připraveny na větší objemy přečerpané vody a nepřetržitý provoz, ale zároveň vzájemně zastupitelné a také variabilní, pokud jde o celkový objem čerpání. Elektroinstalace a zařízení je nutno dimenzovat tak, aby byly schopny spolehlivě a dlouhodobě obsloužit mechanickou část a samozřejmě co nejvíce šetřit energii. (ev)

Nová řídicí jednotka UniPi Axon pro MaR, IIoT a automatizaci

Nové řídicí jednotky Axon zachovávají přednosti předchozích řídicích jednotek UniPi, jako jsou kompaktní tvar, malé rozměry, široký soubor funkcí a softwarová otevřenost, navíc však mají nový procesor, interní paměť eMMC a rozšířenou nabídku komunikačních rozhraní. Jsou k dispozici ve třech velikostech (čtyři, osm a dvanáct modulů na liště DIN) s maximálním počtem až 70 I/O na jednotku. Jsou vybaveny průmyslovým počítačem se čtyřjádrovým procesorem o taktu 1,2 GHz, 1 GB RAM a interní pamětí eMMC o velikosti 8 GB. Komunikační rozhraní jsou zastoupena linkami RS-485 a RS-232, sběrnicí 1-Wire, gigabitovým Ethernetem a dvojicí portů USB 2.0. Komponenty jsou umístěny v hliníkovém šasi s krytím IP20, běžnou výbavou je také držák na lištu DIN. Hlavní podporovanou softwarovou platformou je řídicí systém Mervis, vybavený přehledným vývojářským prostředím, SCADA a editorem uživatelského rozhraní. Mervis je standardně předinstalován na všech jednotkách Axon a součástí balení jednotek je i licence pro přístup ke cloudové databázi a proxy serveru. Díky softwarové otevřenosti jednotek Axon lze ale použít i jiné softwarové prostředí. Pro svou flexibilitu a spolehlivost používají řídicí jednotky UniPi zákazníci z více než padesáti zemí světa v širokém spektru oborů. Více se lze o řídicí jednotce UniPi Axon dozvědět zde. UniPi.technology, tel.: +420 533 433 392, e-mail: info@unipi.technology, www.unipi.technology

Přednáška společnosti ifm electronic ve Fóru Automa na MSV v Brně

Systémový inženýr Adam Sorokač přednášel ve Fóru Automa na MSV v Brně na téma Průmysl 4.0 a ifm electronic – komplexně a jednoduše. Připravili jsme videozáznam této přednášky, protože ne každý měl příležitost vyslechnout tuto přednášku na živo na veletrhu. Prezentace přehledně vysvětluje, co je Industry 4.0 v obecné rovině, ale také se zaměřuje na praktické aspekty. Vzkazem je, že Industry 4.0 není "zaklínadlem", které všichni používají, a ani to není Yeti, kterého nikdo neviděl. Je to absolutně reálná věc, kterou lze postupně aplikovat v každé výrobě. Podívejte se na video zde .