Inspiromat pro výuku a Tecomat: co v učebnici automatizace nebylo (úvod)

V časopise Automa je zahajován naučný seriál s příklady a náměty pro výuku automatizace s využitím programovatelných automatů. Navazuje na právě dokončovanou elektronickou učebnici Automatizace pro střední školy. Rozšiřuje a aktualizuje její obsah, především o řešené příklady, zadání úloh pro samostatnou práci, provokující otázky a náměty pro výuku. Postupně zde budou otiskovány příspěvky od učitelů a studentů s řešením zadaných úloh, s novými úlohami, náměty a s diskusí. Měl by se postupně stát fórem pro vzájemnou komunikaci a diskusí o náplni a formách odborného vzdělávání studentů i pro celoživotní vzdělávání odborníků z praxe.  Motivace, cíle Aktuálním problémem mnoha českých firem je nedostatek kvalifikovaných technických pracovníků. Nejvýrazněji se projevuje v oboru automatizace, která je hybnou silou pokroku ve všech průmyslových odvětvích, ale nejenom zde. Obor automatizace se velmi rychle rozvíjí a kvalifikace odborníků rychle zastarává. To je problém nejenom odborných škol, ale i firem, které se automatizací zabývají. Nezbytné je proto celoživotní vzdělávání – odborníků praxe, ale i učitelů. V našich podmínkách je nejdostupnější forma „samostudia“. Ta ovšem předpokládá dostupnost aktuálních a srozumitelných textů a učebních pomůcek. Aktuální učební texty (samozřejmě) vyžaduje i výuka na odborných školách. V nejbližší době bude pro distribuci uvolněna elektronická učebnice Automatizace pro střední školy – ale je použitelná i pro jiné typy škol a pro zájemce z praxe. Zpracoval ji kolektiv autorů (převážně učitelů středních odborných škol) sdružených v Sekci učitelů automatizace při Českomoravské společnosti pro automatizaci. Vedoucím autorem je Ing. Miroslav Žilka, CSc., ředitel SPŠS Betlémská. Témata odpovídají obvyklému pojetí výuky automatizace na středních školách. Rozsah učebnice je však vždy omezený a kniha od svého vydání postupně stárne – i když elektronická verze dovoluje občasné aktualizace. Redakce časopisu Automa se rozhodla převzít úkol průběžné aktualizace témat z učebnice a „expanze“ jejího obsahu formou naučného seriálu.  Zaměření seriálu Seriál bude převážně obsahovat řešené příklady, zadání úloh k procvičování, náměty pro názornou výuku a pro samostatnou tvořivou práci – měl by být inspirací pro aktivní učitele i studenty. Proto je pojmenován „inspiromat“. Chceme, aby se stal platformou pro zpětnou vazbu, výměnu zkušeností a pro diskusi o formách výuky. Po skončení bude seriál vydán jako souhrnná publikace – podobně jako přecházející seriál Esperanto programátorů PLC, který je v elektronické i tištěné verzi dostupný v redakci časopisu Automa a ve firmě Teco (www.tecoacademy.cz). Rovněž seriál Inspiromat je připravován ve spolupráci s Teco a. s. v rámci jejího výukového projektu EDUtec, který byl založen již před 21 lety pro podporu výuky automatizace a pomoc odborným školám. Odtud pochází i autor počátečních částí seriálu, ale očekává se, že postupně se připojí spoluautoři z řad učitelů a snad (doufejme) i aktivních studentů odborných škol. Obr. 1. Programovatelný automat Tecomat Foxtrot je často využíván ve školních laboratořích (zde základní modul CP-1015) Spoluúčast firmy Teco – Tecomat, Mosaic a norma IEC EN 61131-3 Příklady a jejich programy jsou řešeny s použitím programovatelného automatu Tecomat Foxtrot a jsou programovány ve vývojovém systému Mosaic (www.tecomat.cz). Na odborných školách jsou rozšířené, oblíbené, uživatelsky přívětivé – a „mluví česky“ (dialogy vývojového systému, dokumentace i technická pomoc „od pramene“). Pro autora je důvod praktický – dostupnost systémů a informací v mateřské firmě a také příležitost ke spolupráci s aktivními učiteli. Proto byl název seriálu rozšířen na „Inspiromat pro vý­uku a Tecomat“, který lépe vystihuje jeho náplň. Měl by být ale srozumitelný i pro uživatele PLC jiných výrobců, protože norma IEC EN 61131-3 sjednocuje programovací jazyky moderních PLC, a je tedy jakýmsi esperantem jejich programátorů. V dalších odstavcích jsou přiblížena plánovaná témata.  Měření a řízení tepelných soustav Seriál o PLC začíná poněkud překvapivě pasáží o analogovém měření a řízení tepelných soustav. Programovatelné automaty jsou však zcela univerzální systémy. Měření analogových veličin a řízení spojitých soustav jsou již dávno jejich naprosto přirozenou doménou. Cílem této části seriálu je provokativně narušit ustálený postup výuky, kdy je důsledně oddělován výklad spojitých a diskrétních soustav (spojité a logické řízení). Tradiční výuka popisu a regulace spojitých dynamických soustav je založena na teorii, která je poměrně náročná (a mnohdy nepochopená). Za ní se studentům obvykle ztrácí samotná fyzikální podstata problému. Tepelné soustavy jsou rozšířené soustavy, se kterými se studenti kaž­dodenně setkávají, zejména v domácnostech a v technice budov. Uváděné příklady studentům dovolí „intuitivní“ pochopení vlastností a chování dynamických soustav. V praxi se mohou řídit alespoň „citem a selským rozumem“ i v případech, kdy potřebnou teorii „nestrávili“ nebo zapomněli. Tak se mohou alespoň trochu orientovat v běžných problémech praxe, např. při řešení úspor energie při vytápění nebo chlazení. Obr. 2. V laboratořích bývá Tecomat Foxtrot kompletován spolu s příslušenstvím do složitějších celků – zde do výukového kufříku (v případě potřeby lze desku s přístroji z kufříku vyjmout)  Kombinační logické funkce Nejprve bude uvedeno několik ukázek programů jednoduchých logických úloh ve všech jazycích normy IEC EN 61131-3 a v jazyku CFC – jako ilustrace jejich formy, možností, názornosti a úspornosti zápisu. Následovat budou příklady složitějších kombinačních funkcí, zapsané jen v progresivnějších jazycích ST, LD, CFC. Na příkladech budou ilustrovány úlohy syntézy kombinačních logických funkcí, které jsou obvykle prezentované jako postupy návrhu pevné logiky, ale stejně dobře jsou použitelné i při programování – od tabulky k logickému výrazu a programu, pravidla Booleovy algebry, minimum o minimalizaci, neúplné zadání, K-mapa, technicky významné logické funkce NAND, NOR, M2, XOR, parita, symetrické funkce a počítání jedniček. Vysvětlen bude i postup spočívající v přímé realizaci logické funkce tabulkou s využitím dat (vektorů a datových struktur).  Podmíněné příkazy: omezení a rizika Podmíněné příkazy typu if-then nebo if-then-else jsou v programátorské praxi často nadužívány. Programátoři si obvykle ani neuvědomují, že svým programem realizují logické funkce, ovšem velmi neefektivním a nepřehledným způsobem – a často s chybami. Příklady ilustrují rovnocennost programu s podmíněnými příkazy a programu s booleovskými výrazy. Upozorňují na rizika programátorských chyb, nechtěné paměťové chování a neúplné zadání.  Sekvenční logické funkce – základní pojmy, intuitivní návrh Sekvenční logické funkce se v praxi vyskytují častěji než kombinační. Na příkladech budou ilustrovány příčiny sekvenčního chování – zpětné vazby, podmíněné příkazy, nesousledná aktivace příkazů, zpožďovací linky, využití „historických vzorků“. Intuitivní postup návrhu sekvenčních funkcí bude ilustrovat použití funkčních bloků (generátory impulzů, paměťové funkce RS, SR, čítače a časovače), ale i využití systémových časových proměnných pro úlohy měření času a časové řízení.  Sekvenční systémy – systematický návrh Intuitivní návrh je vhodný jen pro řešení nepříliš složitých sekvenčních funkcí a skrývá v sobě četná rizika hrubých chyb. Mnohem výhodnější je použít systematický postup návrhu. Vychází z teorie konečných automatů a Petriho sítí. Při programování PLC se nejčastěji využívají nástroje SFC podle normy IEC EN 61131-3, popř. Grafcet. Pro ilustraci budou uvedena alternativní řešení k intuitivním postupům. Převažovat ale budou příklady řízení mechanismů různé složitosti – od řízení žaluzií, dveří a vrat až k řízením složitějších technologických a mechatronických soustav a učebních pomůcek, které se obvykle vyskytují v laboratořích. Příklady budou řešit nejenom základní požadavky na řízení, ale i ošetření chybových stavů a řešení úloh technické diagnostiky. Ilustrováno bude generování posloupností binárních signálů a jejich rozpoznávání. Obr. 3. Tecomat Foxtrot (vestavná verze) může být součástí i mobilního robotu nebo jiné mechanické pomůcky Sekvenční systémy – (nepovinná) teorie a souvislosti Pro zájemce jsou uvedeny základní po­jmy teorie, která se týká sekvenčních systémů –  teorie konečných automatů, typy automatů (se vstupní pamětí, Mooreho a Mealyho), souvislosti s programovými nástroji SFC, Grafcetem  a Petriho sítěmi, přechodová a výstupní funkce, grafy a tabulky, bitově a znakově orientované automaty, vyhodnocení posloupnosti tlačítek a znaků (rozpoznávání příkazů, kontrola obsluhy, překlady) deterministické a nedeterministické automaty, diagnostika a prediktivní diagnostika. Přechodové a výstupní funkce konečných automatů jsou kombinační logické funkce a jako takové je lze i realizovat – z tabulek přímo s využitím datových struktur. Podobně je možné řešit i programy časového řízení (časové procesory). Zajímavou třídou sekvenčních systémů jsou zpětnovazební registry, využívané jako generátory pseudonáhodných posloupností, a generátory kontrolních znaků při zabezpečení dat.  Shrnutí Rozsah jednotlivých témat a jejich přiřazení k číslům časopisu nelze předem určit. Je pravděpodobné, že sled témat bude občas přerušen nebo doplněn aktuálními texty – aktuální zprávou, popisem řešení zajímavé úlohy, náměty nebo připomínkami čtenářů. Věříme, že seriál bude užitečný. Budeme vděčni za spoluautorství, náměty a připomínky.   Ladislav Šmejkal (smejkal@automa.cz)

Inspiromat pro výuku a Tecomat: logika (nejenom) pro programátory (část 2)

Robot Foxee a jeho řídicí systémMobilní výukový robot, označovaný jako Foxee, vznikl v rámci robotické větve výukového programu EDUtec firmy Teco. Program byl založen před více než dvaceti lety pro podporu výuky automatizace na odborných školách. Výukový robot Foxee byl vyvinut firmou SmartBit a je dodáván firmou Teco (obr. 1 v první části článku). Jeho (oddělitelnou) součástí je kompaktní řídicí systém – pracovně pojmenovaný kostka Foxee (obr. 2 v první části článku). Může řídit i jiné mechanismy nebo fungovat samostatně. Tak je využíván pro příklady z počátku tohoto seriálu. Je v něm zabudován programovatelný automat Tecomat Foxtrot verze CP 1972 a je přizpůsoben pro komunikaci WiFi. Na panelu jsou umístěny konektory pro:dva analogové vstupy (A0, A1), které mohou být proudové 0 až 20 mA nebo napěťové v rozsahu ±0,3 V,čtyři dvouhodnotové vstupy (D2 až D5), zapojené paralelně s kontakty tlačítek (DI2 až DI5),deset dvouhodnotových výstupů (DO0 až DO9) 12 V,sériovou sběrnici CIB a TL2 pro rozšiřovací moduly vstupů a výstupů,komunikační porty CH1 (rozhraní RS-232) a CH2 (RS-232 nebo RS-485),až tři signální LED,až čtyři řízené.Podrobnosti jsou uvedeny v [13] (viz seznam literatury v předchozí části). Vzhledem ke komunikačním možnostem systému Foxtrot lze koordinovat činnost několika kostek Foxee, např. při řízení několika samostatných mechanismů nebo součástí složitějšího mechanismu (obr. 3 v první části článku). Tak mohou studenti nenásilnou formou získat zkušenosti s distribuovaným řízením výrobních procesů, které je charakteristické pro koncepci průmyslu 4.0.Pro příklady z úvodní části seriálu bude prozatím využívána jen minimální konfigurace: čtveřice barevných tlačítek a čtveřice barevných signálek, které lze ke kostce připevnit a připojit ke konektorům pro dvouhodnotové vstupy (obr. 4). Pro řešené příklady je účelné barevné signálky uspořádat v pořadí shodném s pořadím barev tlačítek. Obr. 4. Kostka Foxee s barevnými signálkami připravená pro řešení příkladůSledování a negaceVýklad začne od nejjednodušších příkladů úloh, kdy signálky kopírují stav tlačítek (logická funkce sledování) nebo svítí inverzně k nim (logická funkce negace – NOT). Příklad 1. shodné barvyTlačítky ovládejte signálky shodné barvy – např. stiskem a uvolněním červeného tlačítka ovládejte svit červené signálky, žlutým tlačítkem ovládejte žlutou atd. Deklarace proměnnýchNejprve je nutné deklarovat vstupní a výstupní proměnné. Všechny jsou dvouhodnotové, tedy typu BOOL. Jejich jména je možné zvolit libovolně podle zásad normy pro tvorbu identifikátorů – mohou obsahovat číslice, malá a velká písmena z anglické abecedy (bez háčků a čárek), znak „_“ (podtržítko), nesmí obsahovat mezery a musí začínat písmenem nebo podtržítkem. Pro tyto příklady byla zvolena jména co možná nejkratší tak, aby vystihovala význam proměnných. Proměnné musí být definovány dříve, než budou použity. Oba programy uvedené v obr. 5 začínají blokem deklarací proměnných. V programech dalších příkladů již deklarace nebudou uváděny, ale budou předpokládány. Protože signálky mohou být připojeny ke konektorům libovolných binárních výstupů DO0 až DO9, bylo by třeba deklarace vždy volit podle této konkrétní konfigurace. V obr. 5 jsou proto deklarace voleny tak, jako by šlo o vnitřní proměnné v roli vstupů – pro konkrétní situaci je potom nutné deklarace upravit podle skutečné konfigurace. Obr. 5. Programy k příkladu 1 s deklaracemi proměnných – horní část obsahuje program v jazyce LD, pod ním je program v jazyce CFC (sledování)Grafické jazyky LD a CFCV horní části obr. 5 je uveden program v jazyce LD, pod ním je stejný program v jazyce CFC. Pro informaci: v jazyce LD značí prvek se dvěma svislými čárkami spínací kontakt a prvek s dvojicí závorek značí binární výstup („cívku relé“).Program v jazyce v ST vypadá takto:s_ruda := tl_rude;s_zluta := tl_zlute;s_zelena := tl_zelene;s_modra := tl_modre;Deklarace nejsou uvedeny už ani před programem v textovém jazyce ST, ale předpokládá se, že již byly uvedeny dříve. V programu ST jsou použity příkazy přiřazení, kdy proměnné vlevo od symbolu přiřazení := („pascalského rovnítka“) je přiřazena hodnota výrazu vpravo od něj – zde to jsou jen jednoduché proměnné. Každý příkaz musí být zakončený znakem; (středníkem). V dalších příkladech bude program v jazyce ST sloužit zároveň jako názorná forma zadání logické funkce v podobě logického výrazu – a současně jako jedno z řešení. Proto bude uváděn na začátku příkladů.Všechny tři programy jsou rovnocenným řešením zadání příkladu. Program bude správně fungovat jak pro jednotlivě tisknutá tlačítka, tak pro několik tlačítek tisknutých současně. Příklad 2. na pořadí záležíČerveným tlačítkem ovládejte červenou signálku jako v předchozím případě, shodně se stavem žlutého tlačítka ovládejte žlutou a zelenou signálku, shodně se stavem zeleného tlačítka ovládejte všechny signálky podle přiřazení:s_ruda := tl_rude;s_zluta := tl_zlute;s_zelena := tl_zlute;s_ruda := tl_zelene;s_zluta := tl_zelene;s_zelena := tl_zelene;s_modra := tl_zelene; Řešení v LD a CFCProgram v grafických jazycích je uveden v obr. 6. Jeho poslední příkaz duplicitně provádí duplicitní zápis do proměnných s_ruda, s_zluta, s_zelena. Dochází ke kolizi požadavků na zápis. Stisk modrého tlačítka ovlivní stav signálek v rozporu s požadavky předchozích příkazů podle zásady „poslední má pravdu“. Při změně pořadí příkazů se situace změní. Správně bude program fungovat jen při tisknutí tlačítek jednotlivě. Doporučuje se při programování se podobných situací vyvarovat. Obr. 6. Grafické programy k příkladu 2 (sledování s kolizí adres přiřazení)Příklad 3. negaceZadáním je červenou signálku ovládat shodně se stavem červeného tlačítka, žlutou signálku opačně ke stavu žlutého tlačítka, zelenou signálku opačně ke stavu žluté signálky a modrou opačně ke stavu zelené:s_ruda := tl_rude;s_zluta := NOT tl_zlute;s_zelena := NOT s_zluta;s_modra := NOT s_zelena; První řešeníOperátor NOT provádí negaci logické proměnné, která za ním následuje – mění její pravdivostní hodnotu na opačnou. Způsobí, že žlutá signálka svítí opačně ke stavu žlutého tlačítka. Zelená signálka pak svítí opačně než žlutá a modrá opět opačně než zelená. To znamená, že zelená signálka svítí shodně se stavem žlutého tlačítka a modrá k němu opačně, tedy shodně se zelenou signálkou. Platí, že negace negované proměnné je rovna původní hodnotě této proměnné – negace negace (obecně sudý počet negací) se navzájem ruší. Zadání rovnocenně odpovídají oba programy v obr. 7. Obr. 7. K prvnímu řešení příkladu 3 (negace)Druhé řešeníProgram je možné rovnocenně přepsat:s_ruda := tl_rude;s_zluta := NOT tl_zlute;s_zelena := NOT (NOT tl_zlute);s_modra := NOT (NOT (NOT tl_zlute));Závorky jsou uvedeny jen pro přehlednost, pro funkci programu nejsou nutné.Řešení jsou v obr. 8. V kontaktním schématu LD lze negaci řešit dvojím způsobem – negací vstupní proměnné (znázorněné lomítkem mezi svislými čárkami) nebo negací výstupní proměnné (znázorněné lomítkem mezi závorkami). Třetí negaci zde již nelze provést a je řešena negací výstupní proměnné s_zelena. Program v CFC je přesným přepisem programu ve ST. Obr. 8. K druhému řešení příkladu 3 (negace)Logický součet a součinPříklad 4. logický součet ORČervená signálka má svítit, jestliže je stisknuto červené nebo žluté tlačítko (nebo obě současně – to je vyjádřeno tím, že se před nebo nepíše čárka), a je zhasnutá, není-li stisknuto ani jedno z obou tlačítek. Obdobně se požaduje, aby žlutá signálka svítila, jestliže je stisknuto zelené nebo modré tlačítko. Zelená signálka má svítit, jestliže svítí červená nebo žlutá signálka. První řešenís_ruda := tl_rude OR tl_zlute;s_zluta := tl_zelene OR tl_modre;s_zelena := s_ruda OR s_zluta;Operátor OR provádí operaci logického součtu (inkluzivního) proměnných, které spojuje. V češtině jej lze interpretovat jako spojku nebo (nikoliv buď – nebo, kdy má spojka nebo význam vylučovací a píše se před ní čárka). Výsledek je pravdivý, jestliže je pravdivý alespoň jeden z operandů. Program lze rovnocenně přepsat do tvaru v horní části obr. 9. Obr. 9. K příkladu 4 – obě varianty řešení (logický součet OR)Druhé řešeníProgram lze rovnocenně upravit na:s_ruda := tl_rude OR tl_zlute;s_zluta := tl_zelene OR tl_modre;s_zelena := (tl_rude OR tl_zlute) OR (tl_zelene OR tl_modre);Výraz pro zelenou signálku je důsledkem asociativnosti operace logického součtu OR. Závorky v posledním příkazu nejsou nutné, jsou uvedeny jen pro zdůraznění skutečnosti, že logický součet dílčích součtů je shodný se součtem všech operandů. Grafické verze programu jsou v dolní části obr. 9. Příklad 5. logický součin ANDČervená signálka má svítit jenom tehdy, je-li stisknuto červené tlačítko současně se žlutým, a je zhasnutá, jestliže některé z tlačítek není stisknuto. Obdobně se požaduje, aby žlutá signálka svítila, jestliže je tisknuto zelené a současně modré tlačítko. Zelená signálka má svítit, svítí-li červená signálka současně se žlutou. První řešenís_ruda := tl_rude AND tl_zlute;s_zluta := tl_zelene AND tl_modre;s_zelena := s_ruda AND s_zluta;Operátor AND provádí operaci logického součinu proměnných, které spojuje. V češtině jej lze interpretovat spojkou a ve významu současně. Výsledek je pravdivý, jestliže jsou pravdivé všechny z operandů. Je-li alespoň jeden z operandů nepravdivý, je nepravdivý i výsledek. Místo symbolu AND lze v logických výrazech jazyka ST rovnocenně používat znak „&“.Druhé řešeníProgram lze přepsat do tvaru:s_ruda := tl_rude AND tl_zlute;s_zluta := tl_zelene AND tl_modre;s_zelena := tl_rude AND tl_zlute AND tl_zelene AND tl_modre;nebo do tvaru:s_ruda := tl_rude & tl_zlute;s_zluta := tl_zelene & tl_modre;s_zelena := tl_rude & tl_zlute & tl_zelene & tl_modre;Oběma variantám řešení odpovídají grafické programy v obr. 10. Ověření De Morganových pravidelOvěřte, že programs_ruda := NOT ((NOT tl_rude) OR (NOT tl_zlute));s_zluta := NOT (NOT tl_zelene OR NOT tl_modre);s_zelena := NOT (NOT s_ruda OR NOT s_zluta);se chová shodně s řešením předchozího příkladu (obr. 10) a naopak, že program:s_ruda := NOT ((NOT tl_rude) & (NOT tl_zlute));s_zluta := NOT (NOT tl_zelene & NOT tl_modre);s_zelena := NOT (NOT s_ruda & NOT s_zluta);se chová shodně s řešením příkladu 4 (obr. 9). Tato (snad) překvapivá souvislost mezi operacemi logického součtu OR a součinu AND je důsledkem De Morganových pravidel, která jsou součástí Booleovy algebry. K programu v ST uveďme, že vnořené závorky v prvním řádku obou programů jsou uvedeny jen pro přehlednost a nejsou nutné pro správné vykonání programu jako u ostatních příkazů. Operátor NOT má při vykonávání programu přednost před operátory OR a AND – nejprve se tedy provede negace odpovídající proměnné a teprve potom operace OR nebo AND. Nezbytné jsou jen závorky za prvním operátorem NOT. Programy obou verzí v grafických jazycích jsou v obr. 11. V jazyce CFC negaci znázorňují kroužky u vstupu nebo výstupu značky logické funkce. Obr. 11. De Morganova pravidlaPříklad 6. výlučný logický součet XOR, ekvivalence a paritaČervená signálka má svítit, jestliže je stisknuto buď (jen) červené tlačítko, nebo (jen) žluté tlačítko (nikoliv obě současně), a je zhasnutá, jestliže není tisknuto žádné z tlačítek nebo jsou stisknuta obě tlačítka současně. Dále požadujeme, aby žlutá signálka svítila, jestliže jsou červené a žluté tlačítko ve shodném stavu (obě tisknutá nebo obě uvolněná). Zelená signálka má svítit, jestliže je stisknuto buď zelené, nebo modré tlačítko (právě jedno). Modrá signálka má svítit, je-li počet stisknutých tlačítek liché číslo. První řešení:Bez důkazů a odvozování uvádíme program, který řeší požadavky zadání:s_ruda := (tl_rude & NOT tl_zlute) OR (NOT tl_rude & tl_zlute);s_zluta := (tl_rude & tl_zlute) OR (NOT tl_rude & NOT tl_zlute);s_zelena := tl_zelene XOR tl_modre;s_modra := tl_rude XOR tl_zlute XOR tl_zelene XOR tl_modre;Program pro červenou signálku vychází přesně z požadavku zadání – signálka svítí, jestliže je stisknuto rudé tlačítko a není stisknuto žluté (tl_rude & NOT tl_zlute) nebo je stisknuto žluté a není stisknuto rudé (NOT tl_rude & tl_zlute). To je definice logické funkce výlučného součtu, anglicky pojmenovaného exclusive OR, zkráceně XOR. Stejně jsou definovány i další logické funkce dvou proměnných:neshoda (nonekvivalence – NEQ): výstup pravdivý, jestliže oba operandy mají odlišné hodnoty (neshodují se, tlačítka jsou v odlišných stavech),právě jeden ze dvou (S1_2): výstup je pravdivý, jestliže je právě jeden z operandů pravdivý (je stisknuto právě jedno tlačítko),lichá parita (parity odd, PO): výstup je pravdivý, jestliže je lichý počet operandů pravdivých (zde je podmínka splněna právě pro jediné tisknuté tlačítko),modulo 2 (M2): pravdivost výstupu je shodná s výsledkem sčítání binárních číslic bez přenosu (součtu modulo 2),funkce schodišťového ovladače.Tyto logické funkce lze zobecnit pro větší počet operandů, ale pak již nejsou všechny shodné – shodují se pouze funkce liché parity, součtu modulo 2 a schodišťového ovladače.Podmínkou pro svit žluté signálky je shodný stav obou tlačítek – logická funkce shody (ekvivalence, EQ), který je negací funkce neshody – svítí tedy opačně (inverzně) ke stavu červené signálky. Svit zelené signálky je ovládán shodnou logickou funkcí, která je zde realizována s použitím operátoru XOR. Podmínkou pro svit modré signálky je lichý počet stisknutých tlačítek. Stejným způsobem by bylo ovládáno osvětlení schodiště nebo jiného společného prostoru (chodby, haly) ze čtyř míst. Druhé řešení:Zadání vyhovuje i další varianta programu:s_ruda := tl_rude XOR tl_zlute;s_zluta := NOT(tl_rude XOR tl_zlute);s_zelena := tl_zelene XOR tl_modre;s_modra := s_ruda XOR s_zelena;Programy pro obě varianty řešení v grafických jazycích jsou v obr. 12. Funkce shody (EQ) a její negace (neshody NEQ) jsou využívány při řešení bezpečných systémů s dvojitou nadbytečností (redundancí), kdy důležité proměnné (vstupní a výstupní) jsou zdvojené a jejich hodnoty se průběžně porovnávají – zjištěná neshoda je vyhodnocena jako chyba. Jsou využívány i při vyhodnocování sledu dvou časových vzorků stejného signálu (současný a minulý) a jejich neshoda signalizuje, že se změnila logická proměnná, popř. lze vyhodnotit výskyt náběžné nebo sestupné hrany signálu. Obr. 12. K příkladu 6 (výlučný součet XOR a příbuzné funkce)Příklad 7. majorita ze tří a prahové funkceČervená signálka má svítit, jestliže je stisknuta většina z prvních tří tlačítek (červené, žluté, zelené), tedy alespoň dvě (dvě nebo tři). Žlutá signálka má svítit, jsou-li stisknuta alespoň dvě ze čtyř tlačítek (tedy kterákoliv dvě, tři nebo čtyři tlačítka). ŘešeníBez důkazů uvádíme program, který řeší požadavky zadání:s_ruda := (tl_rude & tl_zlute) OR (tl_rude & tl_zelene) OR (tl_zlute & tl_zelene);s_zluta := s_ruda OR (tl_rude & tl_modre) OR (tl_zlute & tl_modre) OR (tl_zelene & modre); // toto je řádkový komentář – může obsahovat libovolné znaky až do konce řádkuV jazyce ST se znak „nový řádek“ interpretuje stejně jako znak mezera –, obecný komentář začíná dvojicí znaků (*, může obsahovat libovolné znaky, mít libovolnou délku a končí dvojicí znaků *).Programy grafických jazycích již nejsou uvedeny. Přepis z jazyka ST je rutinní operace, zřejmá z předchozích příkladů. První příkaz (pro červenou signálku) definuje funkci „majorita ze tří“ (M3). Je pravdivá, jestliže je většina ze tří operandů pravdivých (tedy alespoň dva). K řešení lze dojít úvahou: má-li být výsledek pravdivý, stačí, aby alespoň dva z některých operandů byly pravdivé. Řešením je tedy logický součet dvoumístných součinových členů, ve kterých se postupně vystřídají všechny operandy – pro tři proměnné to jsou tři součinové členy. Druhý příkaz (pro žlutou signálku) definuje prahovou funkci „alespoň dva ze čtyř“ (P2_4). K řešení můžeme dospět stejnou úvahou s tím, že sčítat budeme šest dvoumístných součinových členů, v nichž se vystřídají všechny operandy – první tři jsou shodné s definicí funkce M3, stačí tedy k výstupu s_ruda přičíst zbývající tři.Majorita ze tří se využívá při řešení bezpečných systémů s trojitou nadbytečností (redundancí). Důležité proměnné (vstupní a výstupní) jsou ztrojené a jejich hodnoty se průběžně porovnávají. Zjištěná neshoda je vyhodnocena jako chyba (kterou je nutné později opravit), ale pro současnou aktivitu je využívána hodnota, na které se shodne většina z trojice proměnných (M3). Obě funkce (M3 a P2_4) patří do skupiny prahových funkcí, jejichž výsledek je pravdivý, jestliže je pravdivý alespoň prahový počet operandů. V obou případech je práh roven dvěma. Tyto a další prahové funkce lze opět využít ke zvýšení bezpečnosti, např. při vyhodnocení souboru zabezpečovacích senzorů (např. požárních) – omezí se tak závislost na případné poruše některého ze senzorů a současně lze zabránit falešným poplachům, popř. stanovit naléhavost poplachu. Ing. Ladislav Šmejkal, CSc., Teco, a. s. a externí redaktor Automa, Ing. Josef Kovář a Ing. Zuzana Prokopová, učitelé automatizace na SPŠ ZlínAugustus De Morgan (1806–1871)Augustus De Morgan se narodil 27. června 1806 v Madrásu v Indii jako pátý potomek britského důstojníka. Rodina se vrátila do Británie, když bylo Augustovi sedm měsíců.Augustus měl chabou fyzickou konstituci a již jako dítě oslepl na jedno oko. Ve škole byl pro svou odlišnost často šikanován a jeho výsledky byly nevalné. V šestnácti ale vstoupil na Trinity College Cambridge, kde učitelé poznali jeho matematický talent. Později se vrátil do Londýna, kde byl přijat jako vedoucí katedry matematiky na právě založené University College London – ve svých 21 letech a bez toho, že by měl jakékoliv předchozí publikace v matematice. O dva roky později se stal profesorem. Kromě logiky vynikal v algebře, zabýval se komplexními čísly a jejich geometrickou interpretací a rozvinul matematickou indukci.Zákony, které jsou po něm pojmenovány, byly známy již Aristotelovi. Slovně je ve 14. století formuloval William z Ockhamu, De Morgan je první formuloval matematicky.Augustus De Morgan je spolu s jiným britským matematikem Georgem Boolem považován za zakladatele renesance zájmu o matematickou logiku v 19. století.Augustus De Morgan měl pedantickou povahu a byl velmi zásadový. Z Trinity College odešel jen s nižším titulem, protože odmítl složit zkoušku z teologie; později z principiálních důvodů na čas opustil post vedoucího katedry matematiky na University College London; odmítal čestné vědecké tituly i nabídku členství v britské Královské společnosti; z principu se neúčastnil ani veřejného a politického života. Spoluzaložil Londýnskou společnost pro matematiku, jejímž byl prvním prezidentem.(Zdroj: Encyclopedia Britannica, obrázek: Wikipedia)                   (Bk) 

Přenosný exoskelet pomáhá pacientům po mozkové příhodě

Jako výsledek řešení projektu Recupera-Reha byl v Německu vyvinut mobilní exo­skelet pro podporu horní části lidského těla určený speciálně k rehabilitační terapii pacientů po mozkové příhodě.  Roboty se v lékařství již delší dobu běžně používají při akutních zákrocích. Stále významnější roli ovšem mají robotické systémy také v oboru rehabilitace. V nedávno úspěšně ukončeném projektu s názvem Recupera-Reha se pracovníkům inovačního centra pro robotiku Německého výzkumného střediska pro umělou inteligenci DFKI (Robotics Innovation Center des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz) v Brémách pod vedením profesora Dr. Franka Kirchnera, dr. h. c., podařil průlom na poli rehabilitační robotiky. Společně s odborníky specializované firmy Rehaworks GmbH z Olsbergu (Severní Porýní-Vestfálsko) vyvinuli mobilní exoskelet pro podporu horní části těla určený speciálně k rehabilitační terapii pacientů po mozkové příhodě (mrtvici). Interdisciplinární výzkumný tým ustavený DFKI pracoval na koncepci inovačního přenosného exoskeletu pro vnější podporu lidského pohybového aparátu déle než tři roky. Souběžně s tím byl týmem vyvinut robotický dílčí systém, který bude ve střednědobém výhledu použitelný k lékařské rehabilitaci. Jako příklad jeho uživatelského použití zvolili výzkumníci z brémského ústavu terapii pacientů po mozkové příhodě. Tím mohli ukázat, že exoskelety jsou použitelné k realizaci klasických terapeutických metod a dokážou zvládat i některé úlohy z programu Assistive Daily Living, jako např. uchopení a zvedání objektů. „Po mozkové příhodě pomáhá fyziologické trénování postiženému pacientovi opět obnovit určité pohyby. Jen tímto způsobem mohou zdravé oblasti mozku převzít funkce jeho poškozených částí. Naše exoskelety umožňují pacientům intenzivně a přitom udržitelně trénovat, takže si mohou vbrzku obnovit ztracené motorické schopnosti,“ vysvětluje neurobioložka a vedoucí projektu Dr. Elsa Andrea Kirchnerová.  Nové mechatronické podněty a inovační systém pro vyhodnocení biosignálů Obr. 1. Mobilní exoskelet pomáhá pacientům po mozkové příhodě opět pohybovat rukama (foto: DFKI – Annemarie Popp)Vyvinutý exoskelet pro celé tělo snímá kinematicky přibližně celý pohybový prostor lidského těla. Konstrukce horní části (trupu), která slouží k rehabilitaci, je nesena flexibilní konstrukcí nohou. Naproti tomu dílčí robotický systém není samonosný, nýbrž musí být upevněn k invalidním vozíku, jehož se stává nedílnou součástí (obr. 1). Pro stavbu exoskeletů vypracovali odborníci z DFKI nové metody zejména v technice pohonů a v regulační technice. Mechatronickou sestavu zkombinovali s novým systémem pro online vyhodnocení elektroencefalografických (EEG) a elektromyografických (EMG) signálů, což umožňuje zhodnotit zdravotní stav pacienta a použít několikastupňovou podporu regulace. Spolupracující firma Rehaworks GmbH dbala v rámci projektu na dodržování požadavků kladených na lékařské přístroje a průběžně ověřovala navrhované metody a systémy.  Tři různé provozní módy pro variabilní podporu horní části těla Pro dílčí robotický systém byly pracovníky ústavu DFKI navrženy různé varianty rehabilitační terapie, které jimi také byly v rámci uživatelské studie s pacienty postiženými mozkovou příhodou ověřeny. Pacient v exo­skeletu nebo další osoba mohou systém ovládat a zvolit si jeden ze tří možných provozních módů. V prvním provozním módu lze pohyby zdravé paže ovládat pohyb druhé paže, která v tomto módu vykonává přesně stejné pohyby jako paže, jíž hýbá pacient. V tomto módu je exoskelet použitelný pro tzv. zrcadlovou terapii, která nabízí nejenom vizuální, nýbrž také proprioceptivní stimulaci, tj. stimulaci vnímání pohybů vlastního těla a jeho polohy. Obr. 2. V jednom z pracovních módů nový exoskelet odvozuje pohyb paže požadovaný pacientem z naměřených elektromyografických signálů (EMG) (foto: DFKI – Annemarie Popp)Druhý provozní mód umožňuje vnutit pacientovi pohyb, který třetí osoba, např. terapeut, předvedením zadala a který je poté ve smyslu repetitivní terapie kdykoliv libovolně často proveditelný. V třetím provozním módu může být exoskelet řízen na bázi svalové aktivity pacienta, která je u některých skupin pacientů ještě v nepatrné velikosti k dispozici. Tento mód je založen na měření signálů EMG, z čehož systém může odvodit úmysl pacienta k pohybu a v jeho pohybech ho intuitivně podporovat (obr. 2). Podrobnější informace lze nalézt na webové stránce https://robotik.dfki-bremen.de/de/forschung/projekte/recupera-reha.html.  Závěr „V projektu Recupera-Reha se nám podařilo navrhnout novou cestu v interakci člověka a robotu, která může vést k významnému zdokonalení a větší efektivitě technik rehabilitace. Doufáme, že budeme moci v příštích letech exoskelety dále vyvíjet a zdokonalovat tak, aby byly např. ještě lehčí a flexibilnější a současně aby v případě potřeby mohly nabídnout ještě vyšší úroveň podpory pacienta,“ zdůrazňuje profesor Kirchner. Výzkumný projekt Recupera-Reha podpořilo Spolkové ministerstvo pro vzdělání a výzkum (BMBF) v rámci nosného programu Softwaresysteme und Wissenschafts- technologien částkou téměř tři miliony eur. [Recupera-Reha: Tragbares Exoskelett hilft Schlaganfallpatienten sich wieder zu bewegen. Pressemitteilung DFKI Bremen, 12. 2. 2018.] (Kab.)

Kontrola barevného odstínu světlovodičů automobilového reflektoru

Osvětlení moderních automobilů využívá téměř výhradně optické díly vyrobené lisováním z plastu. Týká se to i světlovodů pro vytváření tvarovaných nebo jinak efektních světel. Výrobu optických komponent z plastu umožnily nové materiály a nové technologie vícefázového lisování. Přesto je výroba plastových optických komponent stále velmi náročná a ve výsledném výrobku se mohou objevit různé druhy vad. Jednou z těchto vad je i změna spektrální propustnosti materiálu výlisku. Projevuje se nejčastěji zežloutnutím způsobeným oxidací organických složek materiálu při nedodržení teplotně-časového diagramu lisovacího procesu. Nepatrné zežloutnutí nemá na funkci reflektoru žádný vliv, jde pouze o estetický nedostatek, který je však viditelný tím spíše, když se projeví na jednom z páru reflektorů. Cílem kontroly tedy není změřit spektrální propustnost absolutně, ale udržet výrobu světlovodů tak, aby jejich spektrální propustnost zůstala v definovaném okolí propustnosti kalibračního normálu. Obr. 1. Princip komparačního měření světlovodičePrincip měření ukazuje obr. 1. Měřením kalibračního světlovodu na standardním LED modulu se získá referenční bod v chromatickém diagramu podle CIE. Kolem něj je vytyčeno toleranční pole, např. ve tvaru obdélníku. Je-li barva světla vycházejícího ze světlovodu nasazeného na stejném LED modulu mimo toto toleranční pole, klasifikuje se světlovod jako neshodný – NOK (obr 2).Obr. 2. Diagram CIE s vyznačeným kalibračním bodem a povolenou tolerancí barvy (vlnová délka λ v nm) Vytyčení tolerančního pole v diagramu CIE je výhodné z hlediska jednoduchosti a názornosti; je zde přímo vidět změnu barevného odstínu. Tato výhoda má však i odvrácenou stranu: diagram CIE je pouze indikátorem shody barev, jak je vidí lidské oko. Jde tedy o jistý druh převodu subjektivního vjemu na objektivní hodnotu, založený na skutečnosti, že stejného barevného vjemu lze v lidském oku dosáhnout různými kombinacemi spektrálních (čistých) barev (metamerismus). V praxi se již od 30. let minulého století využívá trojice spektrálních barev, červená (R), zelená (G) a modrá (B), které umožňují srovnávací měření v komparačním kolorimetru. Protože pro část barevného vjemu je nutné použít složku R zápornou (červené světlo se musí přidávat ke světlu měřenému, nikoliv referenčnímu), byl zaveden přepočet složek RGB funkcemi color matching xŻ(λ), yŻ(λ) a zŻ(λ). Pomocí těchto funkcí lze pro libovolnou barvu vypočíst XYZ tristimulus, tedy hodnoty X, Y, Z, které barvu jednoznačně určují (obr 3).Obr. 3. Funkce color matching a charakteristiky kamery Grafickým vyjádřením normalizovaného XYZ tristimulu je právě chromatický diagram. Normalizace umožňuje převést trojrozměrný prostor XYZ tristimulu do dvojrozměrného grafu. Z něj lze určit všechny potřebné informace charakteristiky zobrazovaného světla, a navíc ve své nejrozšířenější podobě barvu i znázorňuje. Cesta od pohledu do komparačního kolorimetru k zobrazení barvy v chromatickém diagramu je tedy poměrně komplikovaná. Jak ji lze realizovat pomocí barevné kamery? Problém by byl elegantně vyřešen, kdyby charakteristiky barevné citlivosti buněk RGB kamery odpovídaly funkcím color matching. Výstupní signály RGB kamery by pak představovaly přímo XYZ tristimulus, neboť hodnota signálů RGB je úměrná integrovanému množství světla dopadajícího na světlocitlivou buňku pro příslušnou barvu. Charakteristiky kamery se ale obecně od funkcí color matching liší (obr. 3). Naštěstí se v této úloze měří v oblasti blízké bíle barvě, kde lze pro komparační měření uplatnit některá zjednodušení.Obr. 4. Perceptuální rozdíly mezi barvami v chromatickém diagramu Komerční kamery obvykle poskytují funkci „vyvážení bílé“, která upraví zesílení složek tak, aby se výstupní signály v přiměřeném okolí vzorku bílé barvy blížily hodnotám funkcí color matching. Charakteristiky kamery jsou také nastaveny tak, aby v okolí bílé barvy chromatický diagram nevykazoval oproti standardnímu diagramu natočení. Natočení by totiž způsobilo zkreslení barev, které lidské oko vnímá jako nepřirozené. Výrobce kamery tedy zařídil, že se uživatel při transformaci charakteristik kamery do barevného prostoru funkcí color matching nemusí starat o posunutí a natočení. Měřítko se získá kalibrací s normálem OK světlovodu, neboť prováděné měření je komparační.Obr. 5. Oblast poklesu spektra světla prosvětlovací LED po průchodu zežloutlým plexisklem Další výhodou je, že právě v okolí bílé barvy je subjektivní citlivost oka na barevné změny poměrně malá. Na obr. 4 jsou ukázány relativní perceptuální rozdíly mezi barvami v chromatickém diagramu (úsečky spojují barvy, mezi kterými člověk ještě nevnímá rozdíl). Je zřejmé, že právě na změnu bílé ve žlutou je oko málo citlivé. Kamera v této oblasti naopak dosahuje velké citlivosti. Žloutnutí světlovodu má za následek pokles původního spektra prosvětlovací LED v levé části, tedy v oblasti azurové barvy (obr. 5). Právě v této oblasti je však křivka modré barvy (B) nejstrmější a i malá změna azurové vyvolá velkou změnu výstupního signálu B.Obr. 6. Rozhranní aplikace pro měření zežloutnutí světlovodiče Na základě těchto úvah byla vytvořena aplikace pro kontrolu žloutnutí materiálu světlovodičů. Citlivost aplikace k měření barevného posuvu ke žluté barvě autoři testovali zajímavým způsobem. Jeden ze dvou kancelářských papírů nechali v temnotě, druhý vystavili na dvanáct hodin slunečnímu záření. Přestože okem nebylo zežloutnutí tohoto papíru viditelné, běžná kamera od firmy Basler je ve spojení s vytvořenou aplikací spolehlivě detekovala. Na obr. 6 je ukázáno rozhraní aplikace při detekci zežloutnutí papíru při kalibraci neosvětleným papírem.   Otto Havle, FCC průmyslové systémy Co znamená zkratka CIE? CIE, Commission Internationale de l’Éclairage, mezinárodní sdružení pro osvětlení, je nezisková a nezávislá organizace, která umožňuje celosvětovou spolupráci a výměnu vědeckých a technických informací v oblastech nauky o světle, světelných zdrojů, osvětlování, měření barev, vidění, fotobiologie a technik zpracování obrazu. Sdružení CIE bylo založeno v roce 1913 a v současné době sídlí ve Vídni. Více lze najít na webové stránce http://www.cie.co.at/. V roce 1931 vytvořilo sdružení CIE matematicky definovaný barevný prostor nazývaný CIE 1931 nebo CIE XYZ. Pomocí funkcí color matching přepočítává souřadnice prostoru RGB na XYZ tristimulus. Barevných prostorů však existuje velký počet. Například barevný prostor CIELAB vychází z CIE XYZ a z Munsellova barevného systému. Souřadnice CIELAB se ze souřadnic CIE XYZ vypočítají nelineární transformací a umožňují jednotněji popsat rozdíly barev. Lidské oko totiž není schopné rozlišit rozdíly některých barev, ale z obr. 4 je patrné, že tyto oblasti, nazývané MacAdamovy elipsy (v obrázku jsou zakresleny jejich hlavní a vedlejší osy), mají v diagramu CIE 1931 různou velikost a orientaci, což při posuzování a kvantifikaci rozdílu barev činí potíže.

Rozvoj řídicích systémů Elektrárny Opatovice

1. ÚvodElektrárna Opatovice, a. s., (EOP) je významný dodavatel tepla a elektrické energie. Je schopna poskytovat také podpůrné služby (primární regulace frekvence bloku, sekundární regulace výkonu bloku, patnáctiminutová záloha). Po roce 1998 zahájila EOP intenzifikaci řízení technologie s cílem uspořit obslužný personál. Hlavním prostředkem bylo plné využití propojených řídicích systémů a jejich nadstavby. Byla sloučena operátorská pracoviště a přemístěna do společného velínu. Aby byly obsluhy připraveny na zvládání dvou a více pracovišť, bylo rozhodnuto vytvořit výukový simulátor (learning simulator) a tréninkový simulátor (operators training simulator) pro nácvik identifikace a řešení nestandardních provozních stavů, jako je najíždění a odstavování zařízení a poruch.K tomu byl vytvořen trenažér pracoviště dvou kotlů G 250 EOP včetně ovládacích prvků „mozaika“. Jde o trenažér simulačního typu, tzn. že dva parní kotle se společnou parní sběrnou a dva turbogenerátory jsou počítačově simulovány a k nim jsou emulovány řídicí automaty Sandra od firmy ZAT. Jde o model jedné parní technologické sekce. Reál­ná teplárna zahrnuje tři takové sekce, které se liší typem zapojených parních turbín (turbíny kondenzační, odběrová a protitlaká). Monitorovací a ovládací systém na simulátorech je realizován použitím provozní aplikace systému InTouch (Wonderware), která byla rozšířena vytvořením pracoviště instruktora, z nějž je řízen a monitorován výcvik. Dále bylo vytvořeno zjednodušené pracoviště strojníka pro dva kondenzační turbogenerátory, zahrnující dvoumonitorovou operátorskou stanici InTouch.Obdobně byl realizován trenažér pracoviště operátora všech elektrárenských rozvoden EOP R110kV a R6kV, včetně vyvedení výkonu do distribuční soustavy ČEZ Distribuce (dříve VČE), který je využíván pro výcvik a přezkušování elektromanipulantů. Tento trenažér je založen na třífázovém modelu šesti generátorů a rozvoden a umožňuje modelování manipulací a poruchových stavů v distribuční rozvodně a rozvodnách vlastní spotřeby. Pracoviště sestává z operátorských stanic InTouch, projekce informačního panelu (emulace nástěnného panelu od firmy Apel) a instruktorské stanice, ze které instruktor řídí a monitoruje činnost obsluhy. Na operátorském pracovišti je paralelně připojen i systém automatické regulace napětí a jalových výkonů (ASRU) koordinovaný s dispečerským pracovištěm ČEZ Distribuce.Jako poslední byly realizovány trenažéry pro výcvik obsluh záložních kotlů, které fungují jako záložní zdroje tepla v Hradci Králové, Pardubicích a v Chrudimi. Jde o plynové kotle, pro jejichž obsluhy je povinné provozovat kotel po minimální předepsanou dobu během roku. Hlavním smyslem trenažérů je možnost zajistit tuto povinnost bez nutnosti najetí kotlů. Pracoviště přímo využívá operátorské stanice kotlů (InTouch), které se pro potřebu výcviku odpojí od sběrnice automatů a připojí se k modelu kotle a řídicího systému, který je nainstalován na přenosném notebooku. Jde o inovativní řešení výrazně snižující investiční náklady na realizaci trenažérů.Jednou z inženýrských úloh simulátorů a inženýrských trenažérů je výuka a školení metod automatizace a procesu ladění parametrů regulátorů s využitím modelu bloku elektrárny a dynamických simulací. V článku je popsán „simulační“ postup ladění regulátoru pro stavový Luenbergerův regulátor s pozorovatelem aplikovaný na regulaci teploty přehřáté páry na uhelném parním kotli. Příslušnou teorií a užitím pokročilých metod řízení, včetně stavových, citlivostních a inteligentních regulátorů, snímačů a akčních členů, se zabývá i moderní česká literatura (budou uvedeny příklady). Jako zajímavost bude popsán regulační příklad tzv. „efektu nafouknutého balonku, který je též nazýván „efekt vodní postele“ či „efekt přeházeného sněhu“. 2. Základní údaje Elektrárny OpatoviceTechnologie EOP je tvořena šesti uhelnými kotli (tepelný výkon do soustavy zásobování teplem 698 MW) a šesti turbogenerátory 60 až 65 MW (celkový elektrický výkon je 363 MW). Instalované turbogenerátory jsou poháněny třemi kondenzačními turbínami, dvěma turbínami odběrovými a jednou turbínou protitlakou.Čtyři kotle jsou retrofitované s emisí NOx pod 200 mg/Nm3 a látkovými filtry s emisí tuhých znečišťujících látek pod 10 mg/Nm3. Dva kotle jsou vybaveny původními elektrofiltry. Elektrárna má dvě odsiřovací linky.Neblokové provozy tvoří hlavní výměníková stanice, chemická úpravna vody, suchá doprava popela, míchací centrum, zauhlování, chladicí věže, distribuční rozvodna R110kV, rozvodny vlastní spotřeby 6 kV a soustava zásobování teplem pro Hradec Králové, Pardubice, Chrudim a Bohdaneč. Obr. 1. Do roku 1991 byla technologie EOP řízena sekvenčními automaty na bázi reléové techniky a regulace byly realizovány elektronkovým systémem VTI (SSSR)2.1 Řízení EOP v letech 1958 až 1991Do roku 1991 byla technologie EOP řízena sekvenčními automaty na bázi reléové techniky a regulace byly realizovány elektronkovým systémem VTI (SSSR). Modernější technologie byly regulovány za pomoci modulárního systému Modin (TG5 a K5, od roku 1985) a kompaktních regulátorů Notrik (TG6 a hlavní výměníková stanice, od roku 1978). Modin i Notrik byly tuzemské výroby (ZPA). Výcvik obsluh probíhal ad hoc metodou „otec – syn“. 2.2 Řízení EOP v letech 1991 až 1998V letech 1991 až 1998 byla EOP kompletně osazena řídicím systémem ZAT E a ZAT D s operátorskými stanicemi Geadat Z300 (AEG Schneider Automation), později, od roku 1994, InTouch (Wonderware).Řídicí systém ZAT E řídil kotle, turbogenerátory, hlavní výměníkovou stanici, odsíření, chemickou úpravnu vody, suchou dopravu popela, míchací centrum, centrální regulátor výkonu, rozvodny elektřiny 110 kV, 10 kV a 6 kV. Řídicí systém ZAT D2 řídil zauhlování a čisticí stanice chladicí vody.Tyto systémy zajišťovaly funkce regulací, sekvenčního řízení, zabezpečovacích systémů, HMI a historizace dat.Výcvik obsluh systémem „otec – syn“ byl doplněn kompletními provozními předpisy MaR popisujícími funkce řídicího systému. Vznikl také první trenažér pro výcvik v ovládání PC. Plnohodnotná grafika systému InTouch však přináší první problém: obsluhy místo řízení technologie „hrají hru technologie“. 2.3 Řízení EOP v letech 1998 až 2012Po roce 1998 zahájila EOP intenzifikaci řízení technologie s cílem uspořit obslužný personál. Hlavním prostředkem bylo plné využití propojených řídicích systémů a jejich nadstavby. Byla sloučena operátorská pracoviště (z jednoho pracoviště se řídily dva kotle nebo dva turbogenerátory) a přemístěna do společného velínu. Značně tím vzrostly požadavky na obsluhy především v nestandardních provozních stavech, které se nevyskytují často. Původní systém výcviku proto již nevyhovoval. Řešením byl pouze trenažér s plnohodnotnou grafikou operátorské stanice a funkcemi co nejvíce podobnými skutečné technologii. Komplikací se však ukázala ovládací pracoviště typu „mozaika“ – viz obr. 2.Obr. 2. V letech 1991 až 1998 byla EOP kompletně osazena řídicím systémem ZAT E a ZAT D s operátorskými stanicemi Geadat Z300, později InTouchByly instalovány nové řídicí systémy pro systémovou podporu přenosové soustavy, podpůrné služby primární regulace frekvence bloku a ostrovní provoz. 2.4 Výcvik obsluh v letech 2001 až 2012Pro požadované snížení stavu obsluh bylo nutné zavést zcela jinou koncepci výcviku. Bylo třeba vytvořit pracoviště pro výcvik činnosti obsluh při nestandardních provozních stavech, jako jsou poruchy, najíždění a odstavování, a zpracovat kompletní program výcviku obsluh s dopadem na hodnocení a odměňování pracovníků. Obr. 3. V letech 1998 až 2012 byla sloučena operátorská pracoviště (z jednoho pracoviště se řídily dva kotle nebo dva turbogenerátory) a přemístěna do společného velínu2.4.1 Trenažér kotlů a turbogenerátoruZadání pro výběrové řízení trenažéru kotlů stanovovalo rozsah požadovaných funkcí modelu kotle, turbogenerátoru a společné parní sběrny včetně funkční „mozaiky“ pro trenažér. Vybraná nabídka obsahovala tři operátorské stanice InTouch (dva kotle a jeden turbogenerátor), kompletní pracoviště „pult/mozaika“ dvou kotlů a pracoviště instruktora. Základní schéma trenažéru je na obr. 4, pracoviště trenažéru kotlů je na obr. 5. Obr. 4. Základní schéma trenažéru dvou kotlů a turbogenerátoru2.4.2 Dispečerský trenažér elektrorozvodenDispečerský trenažér elektrorozvoden byl určen pro standardní i nestandardní manipulace prováděné prostřednictvím řídicího systému ZAT nebo mimo něj (hardwarové ovládací prvky, regulace buzení). Bylo nutné nacvičit koordinaci činností se strojníkem při fázování turbogenerátoru, činnost při poruchách typu jedno-, dvou- či třífázových zkratů v různých místech rozvoden, řízení napětí v rozvodně R110kV a v rozvodnách 6 kV vlastní spotřeby, změny frekvence, ostrovní provoz a změny spotřeby v síti 110 kV dané změnou zátěžného úhlu.Obr. 5. Pracoviště trenažéru kotlůSestavu trenažéru tvořily dvě operátorské stanice PC pro manipulanta se třemi monitory, jedna stanice PC pro instruktora, dataprojektor pro projekci funkčního obrazu mozaiky od firmy Apel a hardwarové prvky pro ovládání náhradního buzení turbogenerátoru.Základní schéma trenažéru je na obr. 6, pracoviště trenažéru rozvoden je na obr. 7. 2.4.3 Trenažér záložních zdrojůTrenažér záložních zdrojů (jediný, který se dosud plně využívá) obsahuje simulační model PLC a technologie záložních zdrojů K13 Chrudim a K15 a K16 Hradec Králové. Trenažér využívá operátorskou stanici příslušného zdroje, kterou, po odpojení od provozní sběrnice, připojuje k modelu PLC a technologie instalovanému na přenosném notebooku. Na operátorské stanici se pro výcvik spouští instruktorská aplikace, výcvik probíhá při odstaveném technologickém zařízení a nahrazuje povinné hodiny obsluhy na jedoucím zařízení. Přínosem je úspora paliva kotlů při povinném výcviku obsluh a nízké investiční náklady na trenažér díky využití reálného pracoviště. Základní schéma trenažéru je na obr. 8, pracoviště trenažéru topiče je na obr. 9. Obr. 6. Základní schéma trenažéru rozvoden2.5 Současný stavSoučasný stav je ovlivněn těmito skutečnostmi:retrofit čtyř kotlů, instalace nového řídicího systému ZAT Sandra na čtyřech kotlích, hlavní výměníkové stanici a šesti turbogenerátorech,instalace nových ochran a řídicího systému na rozvodnách 110 kV, 10 kV a 6 kV,výstavba nového odsíření.Trenažér kotlů a turbogenerátorů je tedy pro výcvik nepoužitelný, protože neodpovídá nové skutečnosti. O realizaci nového trenažéru zatím nebylo rozhodnuto.Obr. 7. Pracoviště trenažéru rozvodenTrenažér rozvoden lze nyní využívat v omezeném rozsahu (jako generický – výukový, viz dále klasifikace trenažérů), neboť po rekonstrukci rozvoden neodpovídá nové realitě (není to výcvikový trenažér typu replika). Upgrade je zařazen v investičním plánu 2018 a v současnosti probíhá jeho realizace.Trenažéry záložních zdrojů jsou plně využívány ke spokojenosti provozovatele.Informace o trenažérech EOP byly průběžně publikovány v odborných článcích, v prezentacích na seminářích a konferencích. Technické údaje a popisy trenažérů EOP byly uvedeny na konferencích Poděbrady v letech 2003 až 2017 [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]. Obr. 8. Základní schéma trenažéru záložních kotlů3. Inženýrské využití simulátorů a trenažérů v oblasti regulace a automatizaceInženýrské porozumění technologickému procesu a jeho správné operátorské provozování jsou prostředky pro optimalizaci provozu (ekonomickou i technologickou). Domluva mezi objednatelem (provozovatelem) výrobny a dodavatelem simulátoru je však komplikovaná a zdlouhavá (zejména je-li jeden z partnerů „nováčkem“). V rámci inženýrinku si objednatel a provozovatel simulátoru (např. elektrárenská nebo teplárenská společnost) musí položit několik otázek.Otázka 1: Jaký je cíl výuky, školení a tréninku? Je to trénink všech operátorů (topičů, strojníků, manipulantů a elektrodispečerů), nebo pouze jedné skupiny operátorů? Je to trénink operátorů z více elektráren, nebo pouze operátorů jednoho bloku?Otázka 2: Jaký má být rozsah školení a tréninku? Bude simulátor pouze školicí pomůckou, nebo bude využíván v uceleném systému výuky, včetně učebnicové výuky teo­rie fyzikálně-tepelných procesů, nebo psychologických testů školených žáků? Bude využíván pouze generický zjednodušený trenažér, nebo specifický trenažér typu replika plného rozsahu?Otázka 3: Jakých výsledků chce objednatel dosáhnout školením a tréninkem? 3.1 Klasifikace simulátorů a trenažérůObecně se rozeznávají tři základní typy simulátorů a trenažérů.První jsou výukové simulátory (learning simulators). Ty jsou určeny pro výuku základních principů, provozních jevů a dynamických charakteristik typických technologických zařízení, např. uhelného parního bloku či distribuční nebo přenosové sítě. Jako výukové simulátory se mohou použít zjednodušené generické modely.Druhé jsou inženýrské simulátory (engineering simulators), které jsou určeny např. pro zjištění vlivu změny konstruk­čních parametrů na dynamiku bloku, ověření vhodných regulačních smyček a nastavení parametrů regulátorů, pro analýzu přechodových a jiných dějů apod. V tomto případě mohou být použity detailní modely celého zařízení (full scope) nebo pouze specifické detailní modely (part task) jednoho technologického zařízení. Třetí jsou výcvikové trenažéry (operatortraining simulators, OTS), určené pro periodické školení a trénink operátorů, popř. jiného provozního personálu. Pro výcvikové trenažéry se používají plnorozsahové modely s věrnou kopií pracoviště obsluhy – replikou.Obr. 10. Závislost investičních nákladů na typu simulačního trenažéruNa obr. 10 je závislost investičních nákladů na typu simulačního trenažéru. V tab. 2 je informativní cena dodávky simulačního trenažéru (v normovaných cenových jednotkách). Je třeba upozornit na to, že z metodických důvodů je použita lineární závislost. Z obr. 10 je zřejmé, že závislost lineární není, a proto údaje v tab. 2 plně neodpovídají skutečnosti.Indikativní seznam potřebných dokumentů k vývoji modelů energetických zdrojů a trenažérů či simulátorů lze specifikovat takto:provozní předpisy – obecné pochopení a scénář vývoje modelu,schéma potrubního propojení a provozních přístrojů (Process & Instrumentation Diagrams, P & ID) – specifikace měřicích prvků a regulačních obvodů,specifikace a parametry řídicích a regulačních smyček,SCADA/HMI,technologická schémata, např. kotel: voda – pára, vzduch – spaliny, palivo – struska; teplárna: teplárenské kotle – parní sběrna – turbosoustrojí; bloková: kotel – turbosoustrojí; zapojení elektrorozvoden: jednopólová schémata, detailní zapojení, vyvedení elektřiny,projekt, projektová schémata (Basic & Detail Design, tj. úvodní a prováděcí projekt), konstrukční výkresy,výpočty: energetická a hmotnostní bilance, tepelný, hydraulický a aerodynamický výpočet kotle a turbíny, elektrické výpočty generátoru a rozvodny, zkraty,provozní měření veličin s periodou měření podle časových konstant přechodových dějů, identifikace parametrů a přenosových funkcí, validace a verifikace modelů.Příklad podkladové dokumentace je na obr. 11. Obr. 11. Schéma PI & D napájení uhelného bubnového parního kotle v teplárně3.2 Inženýrské ladění parametrů regulátorůJednou z inženýrských aplikací je ladění parametrů regulátoru s využitím modelu bloku elektrárny. Základem je emulace základní úrovně řízení. Blokové emulované schéma řídicího systému ZAT je na obr. 12, následný graf na obr. 13 ukazuje jeden simulační krok ladění regulátoru podle vybraného kritéria kvality regulace.Všechny PID regulátory (bloky REG. 1, REG. 2 v obr. 12) jsou realizovány Z-transformací ze spojitého PID regulátoru, který je popsán rovnicí: vzorec (1)kde:u(t) je výstup regulátoru,r0    zesílení regulátoru,e(t) regulační odchylka,TD derivační časová konstanta,TI   integrační časová konstanta.Tato rovnice je transformována trapezoidní metodou do diskrétní verze regulátoru [20] na tvar: vzorec (2)kde T je perioda vzorkování.Obr. 12. Blokové schéma řídicího a regulačního systému regulace hladiny v bubnuNa obr. 13 je vybraný simulovaný průběh polohy hladiny v bubnu v průběhu ladění regulátoru hodnocený podle maximálního překmitu, počítáno pro kritérium optimálního modulu. Odpovídající průběh hladiny v bubnu, tak jak ho vidí operátor – topič na reálném monitoru se systémem SCADA (zde použit systém InTouch od firmy Wonderware), je na obr. 14.Dynamický simulační model může být také využit při vypracovávání návrhu řídicího systému pro regulované procesy. Řídicí schéma a regulační algoritmus musí však být stejné jako v distribuovaném řídicím systému skutečného provozu. Rozhraní HMI je realizováno v systému SCADA InTouch. Komunikace mezi systémy Matlab-Simulink a InTouch je založena na standardních protokolech DDE nebo OPC. Obr. 13. Vybraný simulovaný průběh hladiny v bubnu při ladění regulátoru hodnocený podle maximálního překmitu, počítáno pro kritérium optimálního modulu4. Pokročilé metody řízeníÚvodem k této kapitole je možné upozornit na metody řízení použitelné k řízení parních kotlů:dopředné řízení,PID regulátory,PID regulátory v kombinaci s korekčními tabulkami,využití vnitřního modelu,fuzzy logika a fuzzy regulátory,samoorganizující se Kohonenovy mapy,neuronové sítě,stavové regulátory.Mezi nejznámější spojité stavové regulátory, nazývané též stavové estimátory, patří Luendbergerův pozorovatel. Pro diskrétní stavové formulace je nejčastěji používán Kálmánův filtr, který je vhodný pro zašuměné signály. Je dobré zdůraznit, že pro oba typy regulátorů lze čerpat z původní české literatury, protože teorie a aplikace Kálmánova filtru a Luenbergerova pozorovatele byly v minulosti českými autory velmi podrobně řešeny. Problematikou Luenbergerova pozorovatele, popř. jeho rozšířeného tvaru, se v minulosti velmi důkladně věnoval zejména prof. Jan Štecha a následně i jeho žáci, např. prof. Vladimír Havlena. Autor článku má k následujícímu tvrzení osobní důvody, protože sám úspěšně použil (již před třiceti lety) rozšířený Luenbergerův pozorovatel na regulaci uhelných parních kotlů. Tento regulátor byl dokonce patentován ve společnosti Škoda Praha.Obr. 14. Monitorovaný simulovaný průběh regulovaného přechodového děje hladiny v bubnuVývoj a ověření některých pokročilých algoritmů řízení pro dynamický model je také možné, ale pouze v rámci inženýrských simulátorů. Jedním z typů stavových regulátorů je Luenbergerův stavový regulátor [8], [9], [10], [11]. Například rozšířený Luenbergerův stavový regulátor s pozorovatelem pro teplotu přehřáté páry byl vyvinut pro parní kotle na práškové uhlí v elektrárně ShenTou 500 MW v okrese Shan Si v Číně [12].Je užitečné zmínit jednu charakteristickou vlastnost regulátoru (efekt nazýván „efekt nafouknutého balonku“), která se projevila právě při přípravě regulace přehřáté páry pro blok 500 MW. Lze uvést, že v jiné literatuře ([21]) je nazýván „efekt vodní postele“ a někde „efekt přeházeného sněhu“. Jde o to, že zvětšení zesílení v určitém pásmu frekvencí vyvolá snížení zesílení na jiných frekvencích (zde při překmitu) a naopak při zvětšení zesílení regulátoru se zvětší překmit frekvenční charakteristiky a zmenší zesílení na nižších frekvencích. Tento jev nastává, je-li rozdíl řádu jmenovatele a čitatele přenosové funkce alespoň 2 nebo jestliže se v přenosové funkci vyskytují nestabilní nuly. Jde o určité omezení v požadavcích na průběh citlivostní funkce. Kvalitu regulačního pochodu negativně ovlivňují i nestabilní póly přenosu, dopravní zpoždění a omezení akční veličiny.Na základě analýzy bylo prokázáno, že regulační rozsah se zvětšil právě jen ve sledovaném a provozně důležitém frekvenčním pásmu – pásmu kritických frekvencí. S regulací bez prediktoru překmit vysoko překračoval povolený rozkmit regulované veličiny. S regulací s prediktorem se překmit posunul do vyšších frekvencí a v pásmu kritických frekvencí je regulační rozkmit menší než požadovaný.„Někde“ v parním kotli vznikaly kmity o určité frekvenci, které se přenášely až na výstup kotle, tzn. na teplotu přehřáté páry, a právě tyto kmity bylo důležité potlačit v rámci regulace. Nutno poznamenat, že na přesnou příčinu vzniku kmitů této citlivé frek­vence se nikdy nepřišlo.Zmenšení regulačního rozkmitu teploty přehřáté páry bylo provozně i ekonomicky velmi důležité, protože při zmenšení rozkmitu je možné zvýšit žádanou hodnotu teploty přehřáté páry, a každé zvýšení i jen o 1 K představuje vzhledem ke zvýšení účinnosti kotle úsporu mnoha vagonů hnědého uhlí. Bližší údaje jsou v literatuře [13].Z uvedených důvodů se hledal jiný typ regulátoru, který by kritické kmity odstranil. Na základě požadavku byl vyvinut právě rozšířený Luenbergerův stavový regulátor s pozorovatelem [10], [11]. Autor článku společně s akademickými pracovníky ČVUT FEL z katedry řízení (Jan Štecha, Vladimír Havlena) navrhli a úspěšně vyzkoušeli tento typ stavového regulátoru. Během přípravy na implementaci na blocích ShenTou 2× 500 MW v Číně byla zpracována a posléze podána patentová přihláška Zapojení regulačního obvodu se stavovým pozorovatelem regulovaného systému s přepínáním vstupu, stavovým regulátorem, sledovací integrační a dopřednou vazbou, pozorovatelem a regulátorem neměřitelné poruchy [22].Simulátory a trenažéry a jejich využití v energetice popisoval autor na mnoha tuzemských, ale také zahraničních sympoziích a kongresech [14], [15], [16], [17], [18], [19]; včetně jejich využití pro výuku automatizační techniky a regulátorů. Teorií a aplikací pokročilých metod řízení se zabývá i moderní česká literatura, včetně stavových, citlivostních a inteligentních regulátorů, snímačů a akčních členů [21]. Zájemci o podrobnější informace jsou proto odkazováni na ni. 5. Závěr a budoucnostPro všechny trenažéry EOP byla zpracována metodika využívání a začlenění do systému výcviku provozního personálu. Použití trenažérů uspořilo počet obsluh, snížilo spotřebu plynu (trenažéry záložních zdrojů) a chybovost v práci obsluh.Trenažér kotlů a turbogenerátorů je přesto v současné době odstaven, protože kotle po retrofitu se již odlišují od modelu, a také vzrostl počet monitorů pro jeden kotel na čtyři místo dřívějších dvou. Od upgradu trenažéru bylo zatím upuštěno pro nedostatek obsluh, protože výcvik na trenažéru by vedl k nárůstu přesčasové práce.Trenažér elektrárenských rozvoden je využíván v omezeném rozsahu. V minulých několika letech byly postupně rekonstruovány rozvodny 6 kV, ochrany (nyní jsou instalovány ochrany Siemens) a bezpečnostní systémy, což bylo nutně spojeno se změnami v řízení a manipulaci, a tedy i v řídicím a informačním systému a vizualizaci InTouch. Upgrade trenažéru je zařazen do investičního plánu pro rok 2018 a v současnosti probíhá jeho realizace.Trenažéry záložních zdrojů jsou v současnosti plně využívány ke spokojenosti provozovatele a je předpoklad využívat je v budoucnosti, protože není plánována žádná zásadní rekonstrukce technologie ani řídicích systémů.Tréninkové a inženýrské simulátory jsou hlavním nástrojem určeným ke školení a trénování provozního personálu elektráren a elektrizačních soustav, ale také pro inženýrské úlohy v oblasti automatizace energetiky a řízení procesů.Z pohledu koncepce průmyslu 4.0 (Industry 4.0), kam je řazena i energetika, odpovídají požadavky na modelování a simulaci elektráren a tepláren pojmu digitální dvojče. Literatura:[1] NEUMAN P. a kol. Tréninkové simulátory elektráren a tepláren pro provozní personál v České republice. In: EGÚ Praha Engineering, a. s. 8. ročník odborné konference Poděbrady. 2003.[2] NEUMAN P. a kol. Dynamické modely TG a soustav (rozvodny, distribuční a přenosové soustavy) pro DTS. In: EGÚ Praha Engineering, a. s. 11. ročník odborné konference Poděbrady. 2006.[3] NEUMAN P. Dispečerské trenažéry pro trénink manipulací v kritických stavech elektrizační soustavy. In: EGÚ Praha Engineering, a. s. 12. ročník odborné konference Poděbrady. 2007.[4] NEUMAN P. BlackStart jako speciální případ ostrovního provozu. In: EGÚ Praha Engineering, a. s. 14. ročník odborné konference Poděbrady. 2009.[5] NEUMAN P. Dispečerské trenažéry a inženýrské síťové simulátory pro SMART elektrizační soustavy. In: EGÚ Praha Engineering, a. s. 17. ročník odborné konference Poděbrady. 2012.[6] NEUMAN P. Požadavky na tréninkové a inženýrské simulátory – společný trénink provozovatelů elektrizačních soustav (PPS, PDS) a operátorů elektráren (jaderných, paroplynových, uhelných). In: EGÚ Praha Engineering, a. s. 18. ročník odborné konference Poděbrady. 2013.[7] NEUMAN P. Simulační srovnání elektromechanického modelu synchronního stroje s jeho mechanickým modelem analogovým. In: EGÚ Praha Engineering, a. s. 22. ročník odborné konference Poděbrady. 2017.[8] KUBÍK S., KOTEK Z., STREJC V. a ŠTECHA J. Teorie automatického řízení I: Lineární a nelineární systémy. Praha: SNTL, 1982.[9] ŠTĚCHA J. Obecná teorie systémů. Praha: ČVUT, 1978.[10] LUENBERGER D. Canonical forms for linear multivariable systems. In: IEEE Transactions on Automatic Control. 1967, 12(3), 290–293. DOI: 10.1109/TAC.1967.1098584. ISSN 0018-9286. Dostupné také z: http://ieeexplore.ieee.org/document/1098584/[11] LUENBERGER D. G. Introduction to dynamic systems: theory, models, and applications. New York: Wiley, c1979. ISBN 04-710-2594-1.[12] NEUMAN P, HUSTÁK P., ŠTECHA J. a HAVLENA V. STATE CONTROLLER/OBSERVER DESIGN FOR SUPERHEATER TEMPERATURE CONTROL USING “STAF­CON” CADCS SYSTEM. In: Computer Aided Design in Control Systems 1988. Elsevier, 1989, 1989, 383–389. DOI: 10.1016/B978-0-08-035738-6.50066-5. ISBN 9780080357386. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/B9780080357386500665[13] NEUMAN P. Nové přístupy a metody řízení technologických procesů energetických bloků: Technická informace č. 6. Praha: Škoda Praha – KKPA, 1987.[14] NEUMAN P. Engineering Simulators for Fossil Power Plant. In: IFAC Proceedings Volumes. 1997, 30(17), 343–351. DOI: 10.1016/S1474-6670(17)46431-7. ISSN 14746670. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1474667017464317[15] NEUMAN P., MÁSLO K., ŠULC B. a  JAROLÍMEK A.  Power System and Power Plant Dynamic Simulation. In: IFAC Proceedings Volumes. 1999, 32(2), 7294–7299. DOI: 10.1016/S1474-6670(17)57244-4. ISSN 14746670. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1474667017572444[16] NEUMAN P., MAREK P., VARCOP L. a WEIGELHOFER W. Engineering and Operator Training Simulator of Coal-fired Steam Boiler. In: Technical Computing Prague. Praha: Humusoft, 2002. ISBN 80-7080-500-5.[17] NEUMAN P., MAREK P., VARCOP L. a WEIGELHOFER W. Operator Training Simulator of Coal-fired Power and Heating Plants. In: Technical Computing Prague. Praha: Humusoft, 2003. ISBN 80-7080-526-9.[18] NEUMAN P., MAREK P., VARCOP L. a WEIGELHOFER W. Operator Training and Engineering Simulator of Fossil-fired Power and Heating Plants. In: 6th Int. Conference Control of Power Systems – CPS’04. Štrbské Pleso: STU Bratislava, 2004.[19] NEUMAN P. Power Plant and Boiler Models for Operator Training Simulators. In: IFAC Proceedings Volumes. 2011, 44(1), 8259–8264. DOI: 10.3182/20110828-6-IT-1002.00403. ISSN 14746670. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1474667016449372[20] BALÁTĚ J. Automatické řízení. 2., přeprac. vyd. Praha: BEN – technická literatura, 2004. ISBN 80-730-0148-9.[21] MACHÁČEK J. Pokročilé metody řízení procesů. Pardubice: Univerzita Pardubice, 2015. ISBN 978-80-7395-937-1.[22] ŠTECHA J., HAVLENA V. a NEUMANN P. Zapojení regulačního obvodu se stavovým pozorovatelem regulovaného systému s přepínáním vstupu, stavovým regulátorem, sledovací integrační a dopřednou vazbou, pozorovatelem a regulátorem neměřitelné poruchy. ČR. Autorské osvědčení 269298. Uděleno 16. 1. 1991. Ing. Petr Neuman, CSc., Ing. Pavel HrdličkaTab. 1. Hypotetické dosažitelné výsledky pro jednotlivé skupiny školených pracovníkůHodnocení1234PrůměrGenerický simulátor začátečníci ze všech elektráren zkušení pracovníci všech divizí3,0Generický simulátor a školicí středisko všichni operátoři ze všech elektráren  2,0Specifický simulátorzkušení operátoři ze specifických blokůzačátečníci ze specifických blokůzačátečníci ze všech elektráren 2,0Specifický simulátor a školicí střediskozkušení operátoři ze všech elektrárenzačátečníci ze všech elektráren  1,5 Tab. 2. Informativní cena dodávky simulačního trenažéru (v normovaných cenových jednotkách)TypBlok 200 MW nebo 100 MWDva kotle a dva turbogenerátory (60 MW)Jeden kotel a jeden turbogenerátor (60 MW)Kotel 250 t/hTurbogenerátor 60 MWgenerický model a generický systém SCADA (odpovídá realitě z 50 %)4,003,002,001,200,80generický model a specifický systém SCADA (odpovídá realitě ze 75 %)6,404,803,201,921,28specifický model a generický systém SCADA (odpovídá realitě z 90 %)7,205,403,602,161,44specifický model a specifický systém SCADA (odpovídá realitě z 99 %)8,006,004,002,401,60   

Optimální ochrana osob a strojů

Otázky bezpečnosti mají v automatizační technice vysokou prioritu. Murrelektronik nabízí sběrnicový modul MVK Metal Safety pro bezpečnostní instalace. Lze s ním dosáhnout nejvyšších standardů: Safety Integrity Level 3 (podle IEC 61508 a IEC 62061) a Performance Level e (podle EN ISO 13849-1). Pro konkrétní využití je MVK Metal Safety k dispozici ve dvou variantách: čistě vstupní modul a smíšený modul se vstupy a výstupy.

Tlačítkové moduly s různobarevnými světelnými efekty

Tlačítka pro nouzové zastavení a restart od firmy Murrelektronik se integrují do elektronických instalací prostřednictvím předem nakonfigurovaných standardních kabelů M12. Jde o řešení, které šetří čas a vylučuje riziko chyb v zapojení. Díky konceptu plug-and-play lze tyto ovládací prvky velmi rychle začlenit do strojů a zařízení. Takové řešení je žádané především tam, kde jsou jednotlivé ovládací a signalizační přístroje umísťovány do decentralizovaných pozic, např. na bezpečnostních ploty nebo do výrobních stanic. Varianty tlačítek s velmi kompaktní konstrukční šířkou 42 mm se perfektně hodí pro instalaci na standardní hliníkové profily. Tlačítko nouzového zastavení je k dispozici také se světelným tlačítkem Reset v jednom pouzdře. Tento tlačítkový model se zapojí do zařízení tak, aby se tlačítko restart rozsvítilo, jakmile je možné zařízení znovu spustit. V každém balení je obsaženo pět barevných krytů tlačítek. Díky tomu je možné dosáhnout různobarevného světelného efektu– podle příslušného využití.Více informací je uvedeno na www.murrelektronik.cz.

Tři výrobky ifm electronic oceněny v soutěži German Design Award 2019

Třii výrobky značky ifm electronic dostanou do hledáčků na veletrhu Ambiente ve Frankfurtu. Dne 8. února 2019 jim budou budou předány ceny v soutěži German Design Award. Vítězem soutěže se stal maják DV1500 a další dva přístroje si vysloužily zvláštní ocenění poroty: chytrý senzor pro nepřetržité hlášení polohy ventilu MVQ101 a jednotka IO-Link master AL1101.Maják DV1500 s pěti barevnými segmenty (na obrázku vlevo) slouží k vizualizaci různých stavů strojů a zařízení. V majáku lze nastavit barvu signalizace, jas, frekvenci a hlasitost výstražného tónu pomocí uživatelsky příjemného softwaru IO-Link pro PC. Pomocí montážního adaptéru lze maják instalovat jak ve standardní  poloze, tak pootočený o 90° na stěnu. Tónovaný kryt spolu s čočkou polygonálního tvaru zajišťují velmi dobrou viditelnost, takže není na překážku ani umístění majáku u okna nebo v přesvětlené hale. Jednotka IO-Link Master AL1101 (uprostřed) je zařízení nové generaci propojující svět IT a průmyslu. Tato řídicí jednotka plní vysoké nároky potravinářského průmyslu a je odolná vůči chemikáliím, vysokým teplotám a kapalinám. Díky modernímu technickému provedení neulpívají na indikátorech LED nečistoty a zůstávají stále viditelné. Použitím jednotky IO-Link se sníží množství propojovacích kabelů. Chytrý senzor pro nepřetržité hlášení polohy ventilu MVQ101 (vpravo)  poskytuje spolehlivou vizuální informaci o poloze klapky prostřednictvím LED kroužku. Barevnost LED kroužku lze nastavovat pomocí softwaru. LED kroužek také se nastavuje tlačítkem „teach“, který lze aktivovat bezdotykově, pomocí kovového předmětu.

Red Lion rozšiřuje sortiment o zařízení DA10D a DA30D pro převod protokolů a sběr dat

Společnost Red Lion Controls uvedla na trh zařízení DA10D a DA30D pro převod protokolů a sběr dat. Na rozdíl od jiných komunikačních bran a převodníků protokolů, které se pro připojení k podnikovému informačnímu systému spoléhají na komplikované skriptování nebo dodatečný hardware serveru, zařízení DA10D a DA30D nabízejí široké možnosti připojení a současně jednoduché prostředí pro konfiguraci. Umožňují tak firmám rychle získat přístup k datům z dosud nepřipojených nebo stávajících zařízení a snadno a cenově výhodně připojit, monitorovat a ovládat jednotlivé systémy.obr. 1. DA10D a DA30D Pro zákazníky z oboru průmyslové automatizace, kteří potřebují sbírat kritická data z různých systémů od různých dodavatelů, jsou zařízení DA10D a DA30D novou možností pro sběr dat a konverzi protokolů při sběru a sdílení dat z oddělených systémů využívajích standardní Ethernet a sériové porty. S novou nabídkou přichází také software Crimson 3.1, poskytující nativní podporu pro více než 300 průmyslových ovladačů, předem připravené (out-of-box) servery OPC UA a jednoduchou „zaklikávací“ konfiguraci cloudových konektorů MQTT pro některé nejpopulárnější platformy IIoT od firem Amazon, Microsoft a Inductive Automation. Zařízení DA10D a DA30D kromě toho umožňují zaznamenávat data, události a údaje o zabezpečení s podporou šifrování záznamů a možností připojení elektronického podpisu, a dále realizovat dotazy SQL, periodické i na vyžádání. To vše usnadňuje správu dávkových a recepturově řízených výrob a současně zajišťuje splnění nejvyšších standardů kvality. Zařízení navíc mají volitelný webový server s responzivním designem pro mobilní zařízení. Umožňuje zobrazení na celou obrazovku, jež je ideální pro tablety a mobilní telefony, dále operace HTTPS s poskytováním certifikátů, přesměrování HTTP a podporu stylů CSS a jazyka JavaScript. Pro více informací o zařízeních DA10D a DA30D od Red Lion navštivte www.redlion.net/DA.(ed)

Mnohostranně využitelná bezpečnostní relé řady MIRO Safe+

Bezpečnostní technika ve výrobě strojů a zařízení je nyní „v kurzu“, protože se bezpečnosti lidí i strojů přikládá velký význam. Bezpečnostní relé MIRO Safe+ společnosti Murrelektronik jsou tím pravým řešením pro dosažení bezpečnostní úrovně až PLe podle EN 13849-1 (Performance Level).Obr. 1. MVK Metal Safety Bezpečnostní relé MIRO Safe+ jsou velmi výkonná. Univerzální vlastnosti má typ MIRO Safe+ Switch H L 24, který je vhodný pro úlohy nouzového zastavení, bezpečnostních dveří, světelných závor a elektromagnetických spínačů a disponuje třemi spínacími a jedním rozpínacím kontaktem. Lze jej používat v provedení se sledováním tlačítka start i bez jeho sledování. Další univerzální typ MIRO Safe+ Switch H 48-230 je vybaven širokonapěťovým vstupem. Toto bezpečnostní relé pro obvody 48 až 230 V AC (také pro americký trh) je vhodné pro monitorování nouzového zastavení a bezpečnostních dveří se sledováním tlačítka start i bez sledování. Úkoly časování řeší MIRO Safe+ T 1 24. Hodí se do obvodů, v nichž je vedle nezpožděných kontaktů nutno zařadit také zpožděný kontakt. Zpoždění lze nastavit až na 30 s. Toto mimořádně kompaktní relé s šířkou pouhých 22,5 mm (konstrukční šířka 45 mm) má dva kontakty s časovým zpožděním.Obr. 2. MVK Metal Safety společnosti Murrelektronik při použití v logistické aplikaci MIRO Safe+ Switch ECOA 24 v minimalistickém provedení je relé, vybavené šroubovými svorkami, které je vhodné pro řešení bezpečnostních dveří, nouzového zastavení a světelných závor. Velmi dobře se uplatní tam, kde není nutné sledovat tlačítko start. Výhody bezpečnostních relé řady MIRO Safe+ jsou: jednoznačné označení štítky, LED indikátory stavu na přední straně relé, flexibilní možnosti využití díky odpojitelné detekci zkratu mezi kanály, rychlé připojení se zásuvnými pružinovými spojkami a kódovací prvky, které zabrání záměně svorek. Více informací je uvedeno na www.murrelektronik.cz.