Aktuální vydání

celé číslo

08

2018

MSV 2018 v Brně

celé číslo
Moderní průtokoměry s integrovanými funkcemi monitorování a ověření

Článek představuje základní rozdíly mezi ověřením a kalibrací provozních měřicích přístrojů. Zabývá se zajištěním kvality výsledků měření a předcházením selhání přístrojů v průběhu jejich životnosti. Zvláště popisuje použití kalibrace a ověření u měřicích přístrojů, které mají přímý vliv na kvalitu výsledného produktu a na zajištění funkční bezpečnosti. Popisuje moderní průtokoměry Proline s integrovanou funkcí Heartbeat Technology pro samosledování přístrojů. 1. Úvod Procesní průmysl vyvíjí velké úsilí pro to, aby zajistil vysokou úroveň spolehlivosti řízení procesů, trvalou kvalitu výsledných výrobků a jejich přesné fakturační měření. Roste také potřeba zaručit udržitelnost provozu a shodu s nařízeními o ochraně životního prostředí. Při zajišťování těchto požadavků hrají klíčovou roli moderní průtokoměry, jež dlouhodobě zaručují velmi stabilní měření. Nehledě na spolehlivost průtokoměrů však v současnosti zůstává běžnou praxí prověřovat v pravidelných intervalech funkci měřicích zařízení, zvláště závisí-li na nich kvalita výrobků nebo provozní bezpečnost. Senzory moderních průtokoměrů zpravidla nemají žádné pohyblivé části, které by mohly podléhat opotřebení. Vyznačují se také měřicí elektronikou s funkcí samodiagnostiky. Tyto dvě skutečnosti dohromady umožňují omezit objem práce spojené se správou zařízení a významně snižují množství servisních úkonů, které nejsou skutečně nezbytné – např. je díky nim možné prodloužit kalibrační intervaly. Navíc diagnostické informace podporují rychlé řešení potíží a vzhledem k nepřetržité analýze funkce v systému sledování stavu zařízení (condition monitoring) zabraňují neplánovaným odstávkám výroby. Na základě vnitřních zkoušek průtokoměru je možné vystavit zprávu o ověření měřicí funkce a tímto způsobem dokumentovat stav měřicího zařízení. Automaticky generované zprávy o ověření lze využít také k dokumentování kvality výrobků nebo k prokázání shody s regulatorními požadavky a standardy. Nyní již každý jednotlivý výrobce měřicí techniky integruje do svých průtokoměrů funkce pro diagnostiku, sledování a ověření, které mohou být jednotným způsobem použity pro všechny instalované měřicí přístroje v celém podniku. Příkladem mohou být průtokoměry Proline od firmy Endress+Hauser. Sladěné ovládání a jednotné funkce umožňují uživatelům zjednodušit jejich pracovní postupy standardizací provozních procedur. Díky standardizované implementaci  v široké škále měřicích přístrojů se uživatelé mohou naučit uvedené funkce používat jen jednou. Výsledkem jsou úspory nákladů a zvýšení produktivity práce.Základním požadavkem nutným pro spolehlivou vnitřní diagnostiku a ověření funkce přístroje je zařízení s dlouhodobou stabilitou, které je zkoušeno prostřednictvím vnitřních referenčních veličin s redundancí. Pro zařízení s vnitřním ověřením již není třeba tradiční metoda ověření s vnějším měřicím přístrojem navázaným na firemní etalony. Často je rovněž možné prodloužit interval mezi náročnými rekalibracemi průtokoměrů v laboratoři. Výhodami tohoto procesu jsou snadné použití a možnost integrace do řídicího systému vyšší úrovně nebo systémů AMS (Asset Management System). To vše šetří čas i náklady a současně eliminuje možnost ovlivnění výsledků nesprávným zacházením. 2. Požadavky průmysluV procesním průmyslu rostou požadavky na kvalitu a bezpečnost. Současně ale stoupá tlak na snižování nákladů efektivnějším využíváním zdrojů, omezením těch servisních zásahů, které nejsou nezbytné, a snížením rizika neplánovaných odstávek. Dalším výrazným faktorem ovlivňujícím náklady je specializace zařízení: specializace zvyšuje složitost systému a v důsledku toho i náklady. Jednotliví výrobci měřicí techniky pro automatizaci procesní výroby čelí těmto trendům ucelenou nabídkou, která pomůže snižovat složitost systému. Cílem je dosáhnout sladěných a jednotných řešení bez nutnosti uplatnění speciálních odborných znalostí a zkušeností. Dosažení úspor nákladů na provoz a údržbu vychází ze dvou faktorů, jež jsou popsány v následujících kapitolách. 2.1 StandardizaceStandardizace je založena na jednotnosti řešení úloh (stejné věci se dělají stejným způsobem) a sladěností (stejné řešení lze použít pro různé výrobky). Ovládání všech zařízení jednotným způsobem zvyšuje bezpečnost a zjednodušuje zaškolení obsluhy. Možnost použít stejné řešení pro různé výrobní technologie dovoluje využít funkce měřicích a řídicích zařízení jednotně v celém výrobním závodě. To zjednodušuje průběh výroby. Sladěnost však také znamená, že přiřazení funkcí zůstává stejné po celou dobu životního cyklu měřicí a řídicí techniky – to zaručuje, že jednotlivé postupně uváděné verze zařízení jsou navzájem kompatibilní. Standardizace zaručuje udržitelnost jednou navržených procesů a získaných zkušeností.  2.2 Jednoduché začleněníCílem jednoduchého začlenění do systému je zlepšit tok informací mezi zařízeními a jejich okolím, např. umožnit dokonalou interakci mezi měřicím zařízením a jeho řídicí jednotkou. Diagnostika vestavěná v zařízení nepřetržitě generuje informace o stavu zařízení, upozornění a zprávy o událostech – např. o stavu, kdy aktuální provozní podmínky negativně ovlivňují činnost měřicího přístroje. Jestliže se při každé diagnostické události na displeji objeví také informace o možnostech nápravy, velmi to zrychlí a zjednoduší cílené řešení problémů.    Jestliže zařízení samo generuje a ukládá informace potřebné pro dokumentování jeho činnosti, jsou tyto automaticky dostupné všem operátorským i servisním rozhraním. Zmíněné informace mohou být použity pro dokumentování ověření měřicího zařízení, např. v podobě tištěné zprávy, jak to vyžaduje ISO 9001. Začlenění navíc zvyšuje bezpečnost personálu, protože za určitých podmínek je možné informace předávat z provozu a do něj bez fyzického přístupu k měřicímu přístroji. Moderní průtokoměry, jako např. Proline od Endress+Hauser, již tyto požadavky splňují a umožňují realizovat jednotné, trvalé a začleněné řešení diagnostiky, sledování a ověření přístroje v jednotlivých měřicích bodech bez nutnosti přerušovat proces a bez přímého přístupu do provozu. Popsané funkce jsou založené na integrovaném systému samosledování. Měřicí zařízení určená pro budoucí výrobní linky procesního průmyslu dokážou tyto požadavky splnit za přispění vysoce spolehlivé vestavěné diagnostiky a funkcí pro ověření, jako je např. Heartbeat Technology. Heartbeat Technology vychází z neustálého sledování všech významných vnitřních veličin a stavu mechanických, elektromechanických a elektronických částí. Spolehlivé měření a diagnostika vyžadují, aby tyto části byly dlouhodobě stabilní. U nejmodernějších zařízení je dlouhodobá stabilita zajištěna realizací vysoce stabilních vnitřních referenčních signálů s redundancí. Jejich dlouhodobá stabilita v průběhu životnosti přístroje je také neustále sledována.Následující kapitola to podrobně vysvětlí a poskytne přehled o tom, jak jsou tyto principy realizovány u moderních průtokoměrů.  3. Měření s trvalou kvalitou3.1 Měřicí technika s dlouhodobou stabilitouModerní průtokoměry, které pracují na Coriolisově, magneticko-indukčním, ultrazvukovém nebo termickém principu, nemají žádné pohyblivé části, které by podléhaly opotřebení. Jsou vyzkoušené v tisících úloh a známé dlouhodobě vysoce stabilními výsledky měření.Příčinou dlouhodobé stability je právě nepřítomnost jakýchkoliv pohyblivých částí, které by mohly podléhat opotřebení. Jestliže jsou tedy průtokoměry pracující na těchto měřicích principech správně vybrány, dimenzovány a nainstalovány, lze předpokládat, že jejich funkce bude dlouhodobě stabilní. Správná technická praxe eliminuje systematické odchylky, které mohou vznikat např. špatným výběrem materiálu senzoru, jenž vlivem měřeného média podléhá korozi. Vestavěný systém samosledování umožňuje v čase rozpoznat vznik podmínek ohrožujících bezpečnost nebo kvalitu měření. To je důležité tehdy, jestliže je průtokoměr použit v provozních podmínkách, které mohou ovlivňovat měření nebo způsobit poruchu přístroje. Průtokoměry měřící na základě uvedených principů jsou schopné měřit kromě primární veličiny, tj. průtoku, ještě sekundární veličiny, které jsou užitečné pro sledování a dokumentaci podmínek měření. Na rozdíl od primární veličiny poskytují sekundární veličiny informaci o funkci a celistvosti přístroje a o podmínkách měření, které mohou mít vliv na změřenou hodnotu průtoku (kvalitu řízení procesu). 3.2 Úplná diagnostikaDiagnostika je primárně založena na neustálém sledování funkce vnitřních částí zařízení v průběhu měření. Umožňuje proto rychle reagovat na vznikající události. Uživatel je okamžitě varován, jestliže se zařízení dostane do kritického stavu. Informace jsou obvykle vyhodnocovány v souladu s doporučením NAMUR NE 107 a zobrazovány na displeji zařízení jako diagnostická hlášení (obr. 1). To zahrnuje také přímé instrukce, jaké nápravné akce je třeba učinit.Obr. 1. Diagnostická hlášení podle doporučení NAMUR NE107 (lze použít také jen samotné barvy nebo jen černobílé piktogramy) To zaručuje, že v případě odstávky je možné provoz obnovit co nejdříve, a přitom se omezují ty servisní úkony, které nejsou nezbytné. Diagnostika navíc umožňuje detekovat stav, kdy je výsledek měření ovlivňován provozními podmínkami. Jde o události typu „mimo specifikaci“ nebo „požadavek na údržbu“. Signál „kontrola funkce“ je používán v případě, že v přístroji právě probíhá např. ověřování, a proto aktuálně neposkytuje platnou hodnotu měřené veličiny. Všechny tyto informace zařízení předává prostřednictvím svého rozhraní. Analýza událostí v řídicím systému vyšší úrovně umožňuje operátorům reagovat na specifické diagnostické události stanoveným způsobem. 3.3 Sledování stavu zařízeníStručně řečeno, diagnostika umožňuje rychlou a cílenou odpověď na přerušení funkce během provozu v případě výskytu odchylek nebo selhání měřicího zařízení. To ve většině případů dostačuje pro zaručení bezpečného a spolehlivého provozu. Selhání funkce během provozu, která zůstanou nedetekována nebo jsou detekována pozdě, mohou vést k neplánované odstávce provozu, výrobním ztrátám nebo ke snížení kvality produktu. To platí zejména pro případy, kde lze předpokládat selhání způsobená náročnými provozními podmínkami (tvorba nálepů a úsad, výskyt vícefázových médií) nebo kde je nutné počítat s opotřebením (koroze, abraze). Pro tyto typy úloh je doporučeno použít sledování stavu zařízení (condition monitoring). Funkce sledování stavu zařízení sleduje provozní podmínky, kvalitu měření nebo narušení celistvosti zařízení. Do systému sledování stavu zařízení jsou přenášeny hodnoty popsaných sekundárních veličin. Systém potom sleduje trendy sekundárních diagnostických veličin a vyhodnocuje vazby mezi jednotlivými parametry. Nepřetržité sledování snižuje riziko nečekaného selhání. Systém sledování stavu zařízení také umožňuje zobrazit dočasná selhání způsobená provozními podmínkami, které nelze detekovat ani kalibrací, ani ověřením, protože tyto úkony zjišťují stav přístroje jen v určitém okamžiku.  3.4 Ověřování průtokoměrůOvěřování1 průtokoměrů se používá pro zjištění stavu zařízení v daném okamžiku. Ověřením se prokazuje, že průtokoměr splňuje specifické technické podmínky určené výrobcem nebo uživatelem.V průběhu ověřování jsou aktuální hodnoty sekundárních veličin porovnávány s jejich referenčními hodnotami a tak je určen stav přístroje. Výsledkem ověření je prohlášení, že přístroj vyhovuje nebo nikoliv. Pro zajištění spolehlivosti výsledku jsou využívány vnitřní referenční veličiny navázané na etalon s redundantní architekturou. V případě Coriolisova průtokoměru je referenční signál generován druhým oscilátorem s nezávislou referenční frekvencí. Výsledkem ověření je zpráva, která obsahuje kvalitativní vyhodnocení ověřovaných parametrů ve formě vyhovuje/nevyhovuje.Zpráva o ověření přístroje je generována jeho webovým serverem nebo softwarem AMS. Může být implementována jako součást dokumentace o kvalitě (podle ISO 9001) nebo, jde-li o úlohy se zvýšenými požadavky na funkční bezpečnost, jako dokumentace o zkoušce funkce (pro splnění podmínek SIL). 4. Požadavky spolehlivostiPožadavky jsou vysoké: průtokoměr musí fungovat po celou dobu životnosti beze změn kvality měření. To je nutné k tomu, aby byla:zajištěna bezpečnost provozu závodu,zaručena vysoká kvalita produktů, zvýšena funkčnost a produktivita výrobních zařízení apod.Obr. 2. Předpoklady pro zvýšení provozní spolehlivosti zařízeníPro zvýšení provozní spolehlivosti je třeba splnit velké množství požadavků (obr. 2). Nejlépe jsou tyto požadavky splněny úplnou diagnostikou měřicího zařízení za provozu a metodami údržby podmíněné stavem zařízení. Jak již bylo uvedeno, efektivními metodami pro plánování údržby měřicích zařízení jsou sledování stavu a ověřování přístroje během celé doby provozu zařízení.Pro zajištění dlouhodobé stability měření je třeba splnit ještě další předpoklady. Prvním z nich je použití měřicí techniky, která je sama o sobě dlouhodobě stabilní a není citlivá na rušivé vlivy. Dalším významným předpokladem spolehlivosti moderních průtokoměrů je uplatnění funkcí samosledování podle doporučení NAMUR NE 107 Self-Monitoring and Diagnosis of Field Devices. Nejdůležitějším předpokladem je však to, že výsledky diagnostiky musí být spolehlivé a musí umožňovat uživatelům přijmout odpovídající opatření. V tomto ohledu je špatná diagnostika horší než žádná. Jestliže jsou výsledky diagnostiky nespolehlivé, chybné signály o stavu procesu a měřicího zařízení snižují bezpečnost procesů a funkční spolehlivost systémů. V tomto případě chybná diagnostika nevede ke stabilizaci procesu, ale naopak k jeho přerušení. To samé platí i pro kvalitu výsledků měření: bezpečnost provozu a kvalitu výrobku lze zajistit jen tehdy, je-li měření průtoku spolehlivé. Následující kapitoly proto pojednají o spolehlivém samosledování a měření průtoku.  4.1 Návaznost a dlouhodobá stabilitaMěřit znamená porovnávat aktuální hodnotu s hodnotou referenční. V průtokoměrech je signál aktuální hodnoty vysílán senzorem a v elektronice převodníku je porovnáván s referenční hodnotou. Pro zajištění přesných výsledků měření tedy musí být spolehlivá referenční hodnota. Proto je v průtokoměru implementována samosledovací funkce referenční hodnoty. Aby tato funkce dávala věrohodné výsledky, musí být samosledování založeno na navázaném referenčním systému s osvědčenou dlouhodobou stabilitou. To umožňuje dosáhnout vysoké úrovně stability kvality měření dokonce bez ověření vnějším kalibračním průtokoměrem (obr. 3).  4.1.1 NávaznostTermín návaznost je definován ve vztahu ke kalibraci. Návaznost je vlastnost výsledku měření nebo hodnoty etalonu, kterou je určen jejich vztah k národním nebo mezinárodním etalonům prostřednictvím nepřerušeného řetězce porovnání s uvedením příslušných nejistot2.Systém ověření je založen na referenčním signálu a odpovídající referenční hodnotě. Referenční hodnota je permanentně uložena v zařízení již při jeho výrobě.  Referenční systém je kalibrován s návazností na etalon již ve výrobním závodě. V případě Coriolisových průtokoměrů, stejně jako jiných měřicích principů využívajících měření času (jako jsou vírové nebo ultrazvukové průtokoměry), je pro analýzu frekvence měřicí trubice používán referenční oscilátor. U magneticko-indukčních průtokoměrů se používá referenční napětí – měřená hodnota je určována srovnáním napětí na elektrodách senzoru s referenčním napětím. Referenční hodnoty a podmínky v době kalibrace ve výrobním závodě jsou uložené v zabezpečené napěťově nezávislé paměti snímače, která se nazývá HistoROM, a současně v dokumentaci CER (Common Equipment Record). V CER společnost Endress+Hauser bezpečně ukládá data z celého životního cyklu všech zařízení. Uživatelé k nim v případě potřeby mohou přistupovat prostřednictvím nástroje W@MPortal.Výchozí bod vytvořený pro účely kalibrace v závodě představuje zdokumentované hodnoty a podmínky v době, kdy byl přístroj nový, tzn. před dodáním zákazníkovi. Proto jsou tyto informace platné po celou dobu životnosti přístroje a při rekalibraci je není třeba měnit.  4.1.2 Dlouhodobá stabilitaPrimární referenční hodnota je monitorována druhým, redundantním referenčním systémem, čímž je zaručeno, že po celou dobu životnosti přístroje nedojde k její změně. Dva referenční signály z primárního a sekundárního referenčního modulu (např. napětí nebo frekvence) jsou permanentně srovnávány a drift nebo odchylky jsou okamžitě detekovány a oznámeny uživateli prostřednictvím diagnostiky přístroje. Obr. 3. Ověření snímače 4.1.3 Nezávislost na provozních podmínkách a podmínkách okolíPrůtokoměry v průmyslu často pracují po mnoho let. Referenční hodnoty s dlouhodobou stabilitou zaručují, že odchylky způsobené stárnutím přístroje nebo vnějšími vlivy jsou extrémně nepravděpodobné. Ovšem jestliže se vyskytnou, jsou ihned detekovány kontinuálně pracujícím samosledovacím systémem integrovaným v přístroji. To zaručuje vysokou spolehlivost měření. Detekování změn v čase zabraňuje, aby přístroj pracoval mimo tovární specifikaci. To zvyšuje bezpečnost provozu a zaručuje konzistentní kvalitu produktu. 5. Ověření průtokoměruPro zajištění shody (kvality) produktu vyžaduje norma ISO 9001 určit, která měření a sledování je třeba provádět a které měřicí a monitorovací přístroje jsou třeba pro doložení shody výrobku se stanovenými požadavky. Pro zajištění ověřených výsledků musí být měřicí zařízení ve stanovených intervalech nebo před použitím kalibrována nebo ověřována prostřednictvím kalibračních přístrojů navázaných na národní nebo mezinárodní etalony. Záznam s výsledky provedené kalibrace nebo ověření musí být archivován.3Popsané požadavky může kompletně splnit jedině akreditované kalibrační zařízení pro průtokoměry s doloženou návazností. Akreditace znamená formální uznání oprávnění provádět specifické služby popsané v obsahu akreditace (v našem případě tedy kalibrovat průtokoměry) a je klíčová pro transparentnost, důvěryhodnost a srovnatelnost výsledků. Nejistota měření určená neakreditovaným kalibračním pracovištěm je obecně považována za nevěrohodnou. 5.1 Vnější a vnitřní ověřeníPožadavky normy ISO 9001 byly také popudem k zavedení současné běžné praxe požadovat pro ověření měřidla nezávislý referenční systém. Ovšem tak se neověřuje primární měřená veličina (průtok), ale jen to, že zařízení plní svou funkci. V praxi může být ověření průtokoměru provedeno dvěma způsoby: buď prostřednictvím vnějšího ověřovacího přístroje, jehož referenční systém je po celou dobu životnosti sledován a celý přístroj v pravidelných intervalech ověřován rekalibrací, nebo vnitřním ověřením, které je založeno na dlouhodobě stabilní vnitřní referenční hodnotě (viz též obr. 3 v předchozí části článku). V tomto případě jsou tovární hodnoty vnitřních referenčních veličin zaznamenány při kalibraci ve výrobním závodě a bezpečně uloženy v paměti průtokoměru. Tyto referenční hodnoty tvoří základ pro následné ověřování průtokoměru po celou dobu jeho životnosti. Pro průtokoměry existují různé metody ověření již mnoho let. Dříve ale nebyly k dispozici dlouhodobě stabilní vnitřní referenční systémy pro ověření průtokoměrů, a proto se vždy používaly kvalifikované vnější ověřovací přístroje. Nyní, u nejnovější generace průtokoměrů, jsou poprvé k dispozici spolehlivé vnitřní metody ověření. Dále budou porovnány obě metody a uvedeny jejich výhody a nevýhody v praxi. Obě metody ověření jsou ovšem jen doplňkem kalibrace. Ověření přístroje není totéž jako kalibrace průtokoměru, a proto ověření neodstraňuje nutnost kalibrace.5.1.1 Vnější ověřeníK ověření průtokoměru je možné použít vnější ověřovací přístroj. Ten představuje nezávislý referenční systém a podle ISO 9001 je považován za zkušební zařízení, proto musí pravidelně procházet kalibrací. Při ověřování je přístroj připojen k průtokoměru prostřednictvím zkušebního rozhraní, simulují se referenční signály a sleduje odezva systému. Referenční signály pro převodník jsou generovány simulátorem a referenční signály do senzoru prostřednictvím zkušebního modulu senzoru. V obou případech jsou zkoušeny elektrické vlastnosti systému. Výsledky se porovnávají s hraničními hodnotami danými výrobcem. Na obr. 4 je znázorněno ověření magneticko-indukčního průtokoměru Promag od firmy Endress+Hauser prostřednictvím přístroje pro ověření FieldCheck.Obr. 4. Ověření elektromagnetického průtokoměru Promag (Endress+Hauser) Signály převodníku a senzoru jsou simulovány automaticky a navzájem nezávisle. Přístroj automaticky měří odezvu průtokoměru a vyhodnocuje výsledky: jestliže jsou naměřené hodnoty v intervalu daném výrobcem, algoritmus automaticky stanoví, že zařízení vyhovuje. Stav ověření a změřená data jsou následně použity pro dokumentaci výsledků ve zprávě o ověření. Moderní přístroje pro ověření, jako je FieldCheck od firmy Endress+Hauser, se o celý proces postarají automaticky: zkontrolují průtokoměr, simulují měřené hodnoty a zdokumentují data pro další zpracování. Nehledě na to je však vnější ověření průtokoměru velmi složitá procedura, která vyžaduje přístup k měřicímu místu v provozu. V průběhu ověření je nutné převodník otevřít, aby do něj bylo možné prostřednictvím speciálního zkušebního adaptéru zavést vnější vstupní signály. Ověření tedy mohou vykonávat jen zkušení technici a vyžaduje přibližně třicet minut. Jsou nutné specifické znalosti o montáži průtokoměru a jeho údržbě. To je důvod, proč je ověření většinou zajišťováno jako služba, tj. jako součást servisní smlouvy.  5.1.2 Vývoj metod a techniky pro vnitřní ověřeníVnitřní ověření je založeno na schopnosti zařízení ověřit svou vlastní funkci vestavěnými zkušebními procedurami, které lze spustit na vyžádání. Jednotliví výrobci měřicích zařízení do průtokoměru integrují diagnostické, samosledovací a ověřovací funkce, které lze u všech instalovaných přístrojů využívat jednotným způsobem. Příkladem jsou průtokoměry Proline od firmy Endress+Hauser s vestavěnou samodiagnostikou Heartbeat Technology. V průběhu ověřování průtokoměru jsou aktuální hodnoty sekundárních parametrů srovnávány s jejich referenčními hodnotami, z čehož je možné posoudit stav přístroje. Výsledkem ověření je výrok „vyhovuje“ nebo „nevyhovuje“. Jednotlivé zkoušky a jejich výsledky jsou zaznamenány v paměti průtokoměru a mohou být využity pro vytištění zprávy o ověření přístroje.  5.1.3 Spolehlivost metod vnitřního ověřeníSpolehlivost výsledků ověření je založena na využití referenčních hodnot s redundancí, návazných na etalonové hodnoty, které jsou součástí systému pro ověření měřicích zařízení. V případě magneticko-indukčních průtokoměrů je to referenční napětí, které představuje sekundární nezávislou referenční veličinu. Integrovaná autodiagnostika nahrazuje potřebu vnějšího zkušebního zařízení jedině v případě, že je založena na redundantním referenčním systému navázaném na podnikové etalony. Spolehlivost a nezávislost zkušební metody jsou zajištěny kalibrací nebo ověřením referenčních hodnot v závodě a nepřetržitým sledováním jejich dlouhodobé stability v průběhu celé doby života výrobku. Vnitřní ověření přístroje odstraňuje nutnost používat vnější a doplňková zařízení a odstranit možnost špatné manipulace s nimi, proto je v praxi spolehlivější než vnější ověření.  5.2 Diagnostické pokrytíOtázka diagnostického pokrytí může být osvětlena na specifickém příkladu: požadavek na vysoké diagnostické pokrytí je splněn, jestliže je při konstrukci měřicího zařízení počítáno s jeho samosledováním jako s jeho integrální součástí už od samého počátku. Například funkce Heartbeat Technology byly vyvíjeny současně s průtokoměry Proline. Díky tomuto konceptu jsou ve všech elektronických modulech přístroje k dispozici diagnostické zkoušky. V nových průtokoměrech Endress+Hauser je tento koncept plně začleněn, a proto je diagnostické pokrytí srovnatelné nebo vyšší než při vnějším ověření. Základním parametrem je TTC – Total Test Coverage, který uvádí, jak účinné a věrohodné zkoušky jsou. Hodnota faktoru TTC je vyjádřena pro náhodné závady následujícím vzorcem (výpočet je založen na metodě FMEDA podle IEC 61508):TTC = (λTOTλdu) / λTOT kdeλTOT je počet teoreticky možných závad,λdu počet nedetekovaných nebezpečných závad.Jako „nebezpečné“ závady se označují ty, které mohou zkreslit měření nebo je přerušit. Integrované samosledující funkce průtokoměrů Proline obecně detekují více než 95 % všech potenciálních závad (TTC > 95 %). Například Coriolisův průtokoměr Proline Promass 100 má pokrytí TTC = 96 %.  5.3 Případové studieVelké diagnostické pokrytí umožňuje použít funkci ověření pro kontrolu funkčnosti měřicího zařízení v měřicích bodech souvisejících s kvalitou výsledného výrobku a pro průtokoměry použité v systémech souvisejících s funkční bezpečností (SIS). V současné době je běžnou praxí zajišťovat kvalitu měření průtokoměrů pravidelnou kalibrací za použití těchto metod: kontrola měřené hodnoty kalibračním zařízením: měřená hodnota je rekalibrována s využitím kalibračního zařízení, jež splňuje podmínky normy ISO 17025 (všeobecné požadavky na způsobilost zkušebních a kalibračních laboratoří), přičemž kalibraci lze provést na místě pomocí mobilního kalibračního zařízení, nebo ve výrobním závodě, což je však spojeno s nutností průtokoměr demontovat a odeslat do laboratoře, kontrola měřené hodnoty přes sumátor průtokoměru: měřeným médiem se naplní kalibrovaná měřicí nádoba, přičemž průtok při plnění odpovídá zhruba limitní hodnotě průtoku, který má být sledován, a poté se odměří množství média v nádobě a údaj se porovná s údajem sumátoru průtokoměru.Kontrola měření kalibrací pokrývá 98 % nebezpečných nedetekovaných poruch. V případě úloh spojených s funkční bezpečností je tedy diagnostické pokrytí PTC (Proof Test Coverage) 98 %. Naproti tomu při použití vnitřního ověření, např. funkcí Heartbeat Technology u průtokoměrů Proline, mohou uživatelé zkoušet průtokoměry instalované v provozu. Protože zkouška je realizována vnitřním diagnostickým systémem, celkové diagnostické pokrytí TTC dosažené touto metodou je 95 % a lepší. Toto pokrytí se týká i dokumentace zkoušek v úlohách, kde se sleduje kvalita výsledného výrobku.  5.4 Ověření senzoruElektronika je navíc schopná na vyžádání také ověřit funkce senzoru. Při tom se ověřuje funkčnost a celistvost senzorového systému. V případě Coriolisových průtokoměrů Promass se zkouší funkce elektrodynamického budiče, elektrodynamických senzorů a senzorů teploty, stav kabelů, konektorů a měřicí trubice. U magneticko-indukčních průtokoměrů Promag se ověřuje budicí systém a proud v cívce. U vírových průtokoměrů Prowirl je předmětem ověření elektrická a mechanická celistvost vírového senzoru a senzoru teploty. Tímto způsobem je možné detekovat systematické chyby způsobené vlastnostmi média nebo provozními podmínkami.  5.5 Další výhody vnitřního ověření Výsledky vnitřního ověření jsou stejné jako v případě ověření vnějšího: je to určení, zda přístroj vyhověl nebo nevyhověl, a zaznamenány jsou také nezpracované naměřené hodnoty. Jestliže však je ověření součástí přístroje, je možné sběr dat a jejich interpretaci realizovat přímo v přístroji. Výhodou je to, že údaje o funkčnosti jsou potom dostupné prostřednictvím všech ovládacích a servisních rozhraní. Postup ověření závisí na měřicím principu a trvá od několika sekund do přibližně deseti minut. Skutečná úspora času ovšem spočívá ve snadném použití, protože pro ověření není třeba žádné složité nastavování a komunikace s měřicím přístrojem. Začlenění funkce ověření do měřicího přístroje přináší množství dalších výhod, které jsou založené na zjednodušení celého procesu ověření.  5.5.1 Bezpečnost a kvalitaOvěření měřicího bodu je možné spustit podle potřeby ze všech ovládacích rozhraní (místního displeje nebo webového serveru), stejně jako ze servisních rozhraní dostupných prostřednictvím komunikačních sítí (HART, Profibus, Foundation Fieldbus, Modbus nebo EtherNet/IP; obr. 5). Proces ověření je možné spustit také ze systémů vyšší úrovně (AMS nebo PLC). Výsledkem je spolehlivé ověření stavu přístroje. Přitom není třeba přístup do provozního prostředí, což snižuje riziko pro obsluhu. Lepší je také kvalita výsledků ověření, protože se snižuje riziko omylů a lidských chyb.Obr. 5. Možnosti spouštění a ovládání procesu ověřování průtokoměrů Vnitřní ověření je možné realizovat mnohem častěji než vnější – denně nebo před začátkem každé výrobní dávky –, protože je snadno dostupné a celý proces trvá jen několik minut, bez nutnosti přerušit nebo ukončit probíhající výrobní proces. To zvyšuje bezpečnost a spolehlivost provozních zařízení a pomáhá zvýšit kvalitu výsledného produktu.  5.5.2 Vyšší dostupnost provozních zařízeníPřístroje s vnitřním ověřením mohou ukládat výsledky ověření v paměti převodníku. To platí nejen pro výsledek ověření (vyhověl/nevyhověl), ale i pro měřené hodnoty. Výhodou je, že data jsou dostupná pro pozdější dokumentaci a je možné off-line vytvářet zprávy o ověření jako součást dokumentace o kvalitě výrobku. Navíc lze srovnáním výsledků zkoušek v čase detekovat trendy a sledovat je po celou dobu životnosti měřicího zařízení. Tak lze sledovat stav měřicího zařízení v čase a vliv provozních parametrů na výsledky měření. To pomáhá při prevenci neočekávaných poruch. A nakonec, tato data je možné využít také pro lepší plánování údržby. Výsledkem jsou úspory nákladů vyplývající z lepší dostupnosti provozních zařízení a zvýšené efektivity servisu a údržby.  5.6 Elektronická dokumentace výsledků ověření Ruční záznam dat při dokumentaci činnosti systémů pro ověřování je již považován za zastaralý a nahradila jej elektronická dokumentace (obr. 6), odolná proti dodatečné manipulaci a snižující riziko lidských chyb. To, že operátor nemusí výsledky zkoušek zapisovat na papír, celý proces zrychluje a v důsledku toho také snižuje náklady. Zvyšuje se kvalita výsledků ověření, protože se v nich vyskytuje méně chyb způsobených lidskými omyly.Obr. 6. Protokol o ověření průtokoměru Data získaná při ověření mohou být dále předána do softwaru pro správu zařízení – AMS, kde jsou archivována a analyzována: kromě výsledků ověření (vyhovuje/nevyhovuje) se zaznamenávají aktuální hodnoty všech měřených veličin. Tato data mohou být využívána pro sledování trendů po celou dobu životnosti měřicího zařízení – umožňují usuzovat, jaký je stav měřicího zařízení, a omezovat neočekávaná selhání.Velkou výhodou ověření je skutečnost, že pro ně není třeba demontovat průtokoměr z potrubí, a proto může být realizováno bez přerušení procesu. To výrazně snižuje nejen náklady ve srovnání s kalibrací, ale také  počet potřebných odstávek.  6. Kalibrace a ověřeníOvěření je ideálním doplněním rekalibrace průtokoměrů, zvláště tam, kde je nutné počítat s možností výskytu systematických chyb. „Systematickou“ chybou je zde míněna chyba, jejíž příčinou je způsob použití průtokoměru nebo vliv provozních podmínek. Příkladem může být koroze senzoru, jestliže je použit materiál, který pro dané médium není nejvhodnější. Do této kategorie chyb spadají též rostoucí nejistota měření vlivem nepříznivých provozních podmínek nebo nesprávné montáže. Příčina je vždy ve vzájemné vazbě mezi měřicím přístrojem a měřeným mé­diem nebo okolím. Příčiny se navíc zpravidla vyskytují již při instalaci snímače nebo mohou být zjištěny při jeho oživování. Systematickým chybám lze zabránit správným výběrem snímače, jeho správnou montáží a uvedením do provozu. To je také důvod, proč se v praxi vyskytují relativně zřídka. Jestliže se taková chyba přesto vyskytne, je často detekována a odstraněna už na začátku životního cyklu měřicího přístroje. Obr. 7. Vanová křivka pravděpodobnosti selháníNa obr. 7 je vanová křivka, která ilustruje pravděpodobnost selhání přístroje v průběhu jeho životního cyklu. Podle ní k 70 % selhání dochází v počáteční fázi používání přístroje. Potom pravděpodobnost selhání rychle klesá a po dlouhou dobu zůstává nízká a konstantní. Na konci životnosti se pravděpodobnost selhání opět zvyšuje. Nejde ovšem už o vliv systematických chyb, ale projevuje se přirozené stárnutí komponent. Zkušenosti ukazují, že moderní průtokoměry, které nemají žádné pohyblivé části, jež by podléhaly opotřebení, mají zhruba stejnou křivku životního cyklu. Jejich technická životnost může bez problémů přesáhnout deset let. Díky znalosti této křivky mohou uživatelé optimalizovat intervaly kalibrace a ověření svých měřicích zařízení. Jestliže je zařízení již vyzkoušeno v provozu – v praxi k tomu dochází zpravidla po jednom nebo dvou letech –, je možné konstatovat, že potenciál výskytu systematických chyb, zvláště těch, které jsou způsobeny vlivem provozních podmínek působících na senzor, je velmi omezený. To znamená, že se snímač nachází v plochém dnu křivky. V této fázi poskytuje ověření výsledky srovnatelně spolehlivé jako rekalibrace. Je to proto, že spontánní chyby jsou v této fázi životnosti způsobeny nejčastěji elektronickými komponentami a diagnostika elektroniky v převodníku je snadná a spolehlivá. To umožňuje měřicí přístroje zkoušet jen ověřením. Kalibraci sice není možné zcela pominout, ale intervaly mezi rekalibracemi je možné prodlužit např. z jednoho roku na tři. To šetří provozní náklady, protože náklady na rekalibraci jsou tvořeny nejen náklady na vlastní proces zkoušení, ale také náklady na dopravu rekalibrovaného přístroje a zvláště náklady na nutnou odstávku zařízení.   První ověření přístroje, k němuž dochází již při uvedení do provozu a kdy jsou také stanoveny příslušné ověřovací procedury, dokumentuje stav přístroje, který je „jako nový“, a pomáhá odstranit systematické chyby. V první fázi životního cyklu je třeba měřicí schopnosti a celistvost průtokoměru monitorovat záznamem výsledků kalibrací i ověření. Jestliže kalibrace ukazuje, že měřicí schopnosti zůstávají beze změny po několik cyklů rekalibrace, lze systematické chyby vyloučit a přístroj považovat v dané úloze za vyzkoušený a osvědčený. Poté lze intervaly rekalibrace prodloužit, zatímco intervaly ověření zůstanou zachovány.Častější sledování parametrů ověřením (denně nebo před každou novou výrobní dávkou) usnadňuje identifikaci změn měřicích vlastností přístroje a zvyšuje důvěryhodnost výsledků:u přístrojů zkoušených pravidelným ověřením se zvyšuje kvalita výsledků, protože odchylky v provozu jsou odhaleny mnohem dříve, sledováním trendů v čase je možné včas učinit nápravná opatření, dříve, než dojde k selhání přístroje, a tím snížit náklady na údržbu a omezit neplánované odstávky zařízení, protože náklady na ověření jsou výrazně menší než náklady na rekalibraci, je možné přístroje ověřovat mnohem častěji, a tím se zvyšuje spolehlivost měření a kvalita výsledného výrobku, protože ověření lze realizovat u průtokoměrů pracujících na libovolných měřicích principech, lze ji použít i tam, kde by rekalibrace byla ekonomicky nezdůvodnitelná. 7. ZávěrObr. 8. Zajištění vyšší spolehlivosti průtokoměrů autodiagnostikou, sebemonitorováním a ověřenímPrůtokoměry, jejichž nedílnou součástí je funkce samosledování, mají vyšší spolehlivost. Uživatelům přinášejí výhody třemi způsoby (obr. 8).1. Neustálá samodiagnostika umožňuje reagovat rychle a cíleně na poruchu přístroje nebo na problém s danou měřicí úlohou. Jestliže diagnostický systém generuje specifické hlášení a doporučí opravné opatření, je řešení problémů velmi rychlé.2. Jestliže je informace z autodiagnostického systému exportována ze zařízení do nadřazeného systému, lze ji využít pro sledování stavu zařízení. Neustálý dohled nad stavem zařízení a probíhajícími procesy umožňuje na základě sledování trendů realizovat proaktivní opatření a tak omezit neplánovanou údržbu.3. Spolehlivé metody samosledování jsou založené na továrních navázaných referenčních veličinách, které mají velkou a dlouhodobou stabilitu. Tyto metody je možné použít pro vnitřní ověření průtokoměrů a dokumentaci pro účely řízení kvality (ISO 9001) nebo i pro bezpečnostní úlohy (SIL – opakující se funkční zkoušky) a pro ověření metrologických požadavků (stanovená měřidla). Modularita řešení umožňuje přizpůsobit funkce autodiagnostiky, samosledování a ověření požadavkům dané úlohy. Tím, že se pro širokou škálu zařízení využívá jednotná sada funkcí, je zajištěno konzistentní ovládání všech instalovaných měřicích přístrojů. Protože řada převodníků Proline s funkcí Heartbeat Technology je v oblasti měření průtoku vhodná pro všechny instalované průtokoměry, mohou zákazníci optimalizovat své pracovní procesy prostřednictvím důsledné standardizace. To omezuje složitost navrhovaných řešení a umožňuje realizovat další úspory v oblasti inženýrinku, provozu, servisu a údržby.  Gernot Engstler, Endress+Hauser Product Management1 Jde o diagnostické ověření, a ne o metrologické ověření stanovených měřidel.2 Zdroj: Mezinárodní úřad pro míry a váhy BIPM. Úkolem BIPM je zajistit celosvětovou jednotnost měření a její návaznost na etalony mezinárodního systému jednotek SI. Viz http://www.bipm.org3 Zdroj: EN ISO 9001:2008; kapitola Měřicí zařízení.

Kognitivní snímače v digitalizované výrobě

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

Nová budova Teco – kovářova kobyla je dobře obutá

Do nového čtvrtstoletí své existence vstoupila kolínská firma Teco (www.tecomat.com) v nové budově, postavené v moderním stylu, vybavené moderní a energeticky šetrnou technikou, která je řízena programovatelnými automaty Tecomat Foxtrot, jež firma sama vyrábí. Budova poskytuje zaměstnancům a hostům firmy příjemné prostředí. Současně slouží jako ukázka moderního, energeticky a finančně úsporného technického vybavení šetrného k životnímu prostředí. Článek seznamuje s budovou, jejím technickým vybavením i s technologickým zařízením, které je v budově umístěno.  Architektura, určení a financování Celkový pohled na budovu je na titulní stránce tohoto čísla časopisu Automa. Ryze účelovou dvoupatrovou budovu navrhla Ing. arch. Irena Schusterová. Rozdělila ji do čtyř částí – výrobní, školicí a obchodní centrum umístila do přízemí, vývoj a administrativní část do prvního patra. Spojila je komunikačním prostorem, jehož fasáda tvoří vizuální dominantu celého objektu. Inspirována dvojrozměrným logem firmy s charakteristickým motivem periodického signálu, dala mu třetí rozměr a nechala ho vizuálně prostoupit celou šíří budovy ze severní na jižní fasádu. Přímo na něj navázala i linii oken, krytých žaluzie­mi, které obepínají obvod celého prvního patra. Na ploše 60 × 20 m tak vznikl velmi kompaktní a vizuál­ně čistý objekt, pevně zakotvený do Polabí – a to doslovně. Stojí na 56 pilotech 7,5 m hlubokých a je napojen na dvanáct vrtů hlubokých 125 m, kterými cirkuluje voda. Objekt je tak se zemí spjat i energeticky. Celou stavbu a její infrastrukturu financovala firma Teco z vlastních zdrojů kombinovaných s úvěrem, tedy bez jakýchkoliv dotací.  Stavařský sprint Budova byla postavena „na zelené louce“ v rekordně krátké době osmi měsíců v průběhu roku 2017. Do země bylo kopnuto předposledního února, kolaudace se konala začátkem listopadu, přestěhování celé firmy trvalo tři týdny s přerušením výroby na pouhý jeden týden. Tolik časový rámec logistické operace, jejímž cílem bylo vykročit do dalšího čtvrtstoletí firmy Teco v nové budově vybavené novými technologickými zařízeními a řízené programovatelnými automaty Tecomat Foxtrot, které zde sama vyrábí.  Energetický koncept Řešení energetiky budovy je jejím dalším relativně unikátním specifikem. Při projektování byl kladen silný důrazem na efektivní nakládání s energiemi. Teco je nejenom provozovatelem budovy, ale také jejím investorem. To umožnilo hledat skutečné optimum mezi investičními a následnými provozními náklady. Například do kalkulace vyšších nákladů na zemní vrty byly započítány i snížené náklady na archeologický průzkum. V lokalitě zalidněné již ve starověku by v případě mělkých zemních kolektorů byl výrazně dražší a trval by déle. Kromě zateplení pláště budovy bylo zvoleno nízkoteplotní podlahové vytápění a stropní chlazení. Tedy koncept, který umožnil vyhnout se jakékoliv klimatizační jednotce v budově a odborníky je hodnocen jako nejvýhodnější i z pohledu komfortu obývání a ze zdravotních důvodů (odpadá nepříjemné proudění vzduchu a víření prachu). Obr. 1. Pod podlahou každé místnosti jsou uloženy meandry podlahového vytápěníV zimě je z hloubkových vrtů čerpána voda o teplotě 10 °C. V deskovém výměníku předává teplo do topného okruhu. Zde je dvojicí tepelných čerpadel od firmy PZP teplota vody zvyšována asi o 13 °C (na výsledných 23 °C) a teplá voda je ukládána do akumulační nádrže. Odtud je rozváděna do podlahového vytápění jednotlivých místností (obr. 1) a ovládána regulačními ventily podle aktuálně naprogramované žádané teploty. Podle potřeby se tepelná čerpadla přepnou do režimu pro vyšší teplotu a dohřejí vodu v akumulační nádrži pro užitkovou vodu, jejíž teplota se pohybuje okolo 50 °C. V létě je opět čerpána voda z vrtů o teplotě 10 °C. Je vedena přes regulační ventil do stropního chlazení jednotlivých místností (obr. 2) nebo do jednotek fan-coil tam, kde stropní chlazení není instalováno. Tím, že studená voda zchladí vnitřní prostory, sama se ohřeje a odchází do vrtů hlubokých 125 m, kde se ochladí. Při té příležitosti teplotně „zregeneruje“ vrty tak, aby v následující zimní topné sezoně bylo zase z čeho brát základní teplo. Úsporně je v celé budově řešeno i řízení větrání s centrální rekuperační jednotkou firmy Atrea. Ta do větraného prostoru vrací zpátky teplo v zimě a v létě naopak chlad. Měření a regulaci takto navržené otopné a chladicí soustavy komplexně řídí Tecomat Foxtrot z vlastní produkce. Detail části energetického centra je na obr. 3. Podlahové topení a stropní chlazení spolu s tepelnými čerpadly a rekuperační jednotkou – vše spojeno s energií země na vlastním pozemku – řadí novou budovu Teco mezi energeticky nejefektivnější průmyslové stavby v Čechách. Obr. 2. Nad stropními průhledy jsou umístěny trubky stropního chlazení pro horké letní období Hospodaření s dešťovou vodou Pod budovou se nachází pět nádrží s celkovým objemem 100 m3. Do nich se sbírá dešťová voda, která je celoročně využívána ke splachování toalet a v létě je řízeně vedena do zavlažovacího systému zahradní úpravy kolem budovy. Z vodovodního řadu se za vodné nakupuje pouze nezbytná voda do kohoutků a do sprch. Stočné se platí pouze za tu dešťovou vodu, která skutečně proteče kanalizací – což je jen další ze stovek měřených veličin, které má na starosti řídicí systém Tecomat Foxtrot.  Elektřina a elektroinstalace Celá budova Teco spotřebovává jen elektřinu. K topení ani ke chlazení nepoužívá žádný spalovací proces. Veškerá elektřina přichází přes 150kW transformovnu. Tedy i ta, která se účastní vytápění, chlazení a ventilace tím, že pohání tepelná a oběhová čerpadla a ventilátory. Podílí se rovněž na osvětlení, kde jsou výhradně použity světelné zdroje LED – a to i na sloupech veřejného osvětlení v areálu. Napájí výpočetní techniku a nově pořízená technologická zařízení pro osazování a pájení elektronických součástek, mechanické opracování a laserový popis plastových dílů. Obr. 3. Topné a chladicí okruhy před zaizolováním; do místnosti energocentra se podařilo dále umístit dvě tepelná čerpadla, dvě velké akumulační nádrže, kompresor na stlačený vzduch, centrální rekuperační jednotku a dvě široká pole rozváděče řídicího systému a silnoproudých okruhůTaké elektroinstalace je kompletně svěřena systému Tecomat Foxtrot. Veškeré zásuvky, vypínače, žaluzie a termostaty jsou k řídicímu systému připojeny instalační sběrnicí CIB – více než dvacítkou větví. Ovládací reléové moduly jsou spolu s jističi a chrániči umístěny v podružných rozváděčích v každé ze čtyř částí budovy. Výrazně se tak zkrátilo vedení silové kabeláže. Tecomat Foxtrot zároveň komunikuje s přístupovým systémem a zabezpečovací ústřednou. Ta je zároveň připojena k pultu centrální ochrany. Nechybí ani kamerový systém ochrany vnějšího prostoru.  Technologická zařízení Obr. 4. Osazovací automat pro plošnou montážZatímco vlastní stavbu a její infrastrukturu financovala firma Teco z vlastních zdrojů kombinovaných s úvěrem (tedy bez jakýchkoliv dotací), pro vybavení technologickými zařízeními využila nabídku Komerční banky na zprostředkování dotace z evropských peněz. Z toho byla pořízena sada strojů pro strojní nanášení pájecí pasty, osazovací automat (obr. 4), stroj pro pájení v parách (obr. 5)Obr. 5. Obsluha stroje pro pájení v parách, pro selektivní pájení (obr. 6) a laserový popisovač plastových krabiček finálního výrobku. Uvedené stroje jsou v centru výrobní haly, která se nachází v pravém přízemním křídle budovy. Přestože na trhu existují firmy specializované na zmíněné osazovací operace, které jsou vybaveny i většími a výkonnějšími stroji, je vlastní strojní vybavení pro firmu Teco výhodnější. Umožňuje operativně organizovat výrobu poměrně širokého sortimentu základních i rozšiřujících modulů programovatelných automatů Tecomat (TC700 i Foxtrot) tak, jak průběžně přicházejí objednávky od různých zákazníků a pro různé projekty. Lze tak řešit rychlejší a flexibilnější změny v menších dávkách. První půlrok náběhu nových technologií potvrdil správnost i očekávanou návratnost tohoto investičního záměru. Obr. 6. Obsluha selektivního pájení SmartflowProjekt řízení technického vybavení a řešení elektroinstalace Zpracování projektu bylo svěřeno pardubické firmě Tecont, která má dlouholeté zkušenosti z velkých zakázek v řízení soustav zásobování teplem a v oboru techniky budov. Partnerem Teco je již od svého vzniku. Vypracovala kompletní projekt veškerého měření, řízení a regulace (MaR), včetně elektroinstalace v budově. Vyřešila i vizualizaci technologických procesů v systému SCADA System Reliance spolu s ukládáním měřených hodnot a dlouhodobou archivací dat. Provedením elektroinstalace, MaR a montáže řídicího systému Foxtrot byla pověřena firma Elektrikabrno, která je dlouholetým integrátorem systému Foxtrot. Šéf firmy Radek Červený k tomu uvádí: „Fakt, že stavba byla rozplánována na pouhých osm měsíců a že samozřejmě docházelo k různým skluzům, způsoboval při realizaci komplikace, několikrát i téměř patové situace, ale díky společnému zájmu a i osobním vazbám se dařilo věci průběžně řešit a nakonec vyřešit ke spokojenosti všech. Celkové řízení objektu projekčně zpracovala firma Tecont. I když byl projekt zpracován trošku jiným rukopisem, než jsme zvyklí, celkový návrh a detailnost prováděcí dokumentace se mi líbily. Projektant podle očekávání do řešení zahrnul veškerá technická zařízení v budově a jejich ovládání s klidem svěřil nadřazenému systému Foxtrot. Nechci vyjmenovávat, co všechno zde Foxtrot řídí, ale zaujala mě i jedna maličkost. Ve výrobě vzniká při pájení odpadní teplo, které by bez užitku odešlo do kanalizace. Zde byl i tento detail projekčně dotažen do konce a odpadní teplo se využívá k dohřevu teplé užitkové vody v energocentru. U zmíněného energocentra v nové provozní budově Teco bych se na chvíli zastavil. Jde v podstatě o jedinou místnost vyčleněnou pro umístění strojních částí všech technických zařízení v budově. V původním projektu mělo energocentrum plánované menší rozměry, které se v průběhu stavby zvětšily, aby se veškerá technika do této místnosti vůbec vešla. Nakonec se ukázalo, že i zvětšené prostory jsou pro technická zařízení stále hodně stísněné, ale již nebylo zbytí a umístění každého prvku do této místnosti se již muselo důsledně promýšlet a koordinovat u všech profesí. Ani tak nebylo lehké se změtí potrubí, armatur a vzduchotechnických kanálů projít s kabelovým žlabem tak, aby připojovaná zařízení byla v rozumné vzdálenosti a aby vše ještě navíc lahodilo oku. Stísněnost energocentra nás navíc zaskočila těsně před kolaudací, kdy se do tak malého prostoru nahrnulo mnoho lidí různých profesí najednou – každý se svojí prioritou na dokončení zrovna té své části, což občas způsobilo až komické situace. Závěrem hodnotím celou akci z pohledu firmy Elektrikabrno jako vydařenou a nesmírně si vážím osobního přístupu všech lidí, kteří se této akce zúčastnili. Koordinaci technických prací si vzal investor, tedy firma Teco, na starost sám. Stavba měla spoustu specifik a výzev, které bylo třeba řešit operativně během výstavby, ale díky nadstandardnímu přístupu všech lidí a firem hodnotím tuto stavbu s odstupem času jako velmi povedenou.“  Závěr Nová budova firmy Teco dobře slouží svým zaměstnancům i hostům. Zároveň se stala nejkomplexnější referenční průmyslovou stavbou řízenou Foxtrotem, kam zájemci mohou po dohodě kdykoliv přijít a vidět systémovou instalaci v plném provozu.  Ing. Jaromír Klaban, Teco a. s.   Budova Teco – Stavba roku 2017 Novostavba firmy Teco získala hlavní cenu v soutěži Stavba roku Zlínského kraje 2017. Firma Navláčil ze Zlína přihlásila svoji realizaci novostavby do kategorie Staveb realizovaných mimo území Zlínského kraje. Architektonický návrh Ing. arch. Ireny Schusterové, přihlášené údaje a prezentace představitelům poroty přímo na místě v Kolíně byly natolik přesvědčivé, že přihlašovatel Navláčil stavební firma, s. r. o., titul Stavba roku Zlínského kraje 2017 získal v konkurenci celkem devíti staveb v této kategorii. Vítězové byli vyhlášeni 17. května 2018 na slavnostním večeru v otrokovické Besedě. Cenu osobně převzali Martin Navláčil za přihlašovatele a dodavatele stavby a Ing. Jiří Kovářík za investora. Ocenění náleží i dodavateli projektu, poděbradské firmě STAMAT, a autorce návrhu Ing. arch. Ireně Schusterové.    

Regulace procesu zmrazování masa: snadná implementace pokročilých metod řízení

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

Univerzální simulační model obecného výrobního úseku

Jednou z časově i odborně náročných fází realizace simulační studie je tvorba simulačního modelu. Přes snahu tento proces automatizovat [1] a tím i urychlit byla doposud vyvinuta řešení, která většinou nelze využít obecně bez ohledu na předmět simulace (typ výrobního systému nahrazovaného modelem). Tyto automatizační mechanismy se spíše zaměřují na samotnou práci v simulačním prostředí (software), kde je snahou nahradit opakované rutinní činnosti algoritmem, který vykoná (část) sestavení simulačního modelu automaticky. Alternativní přístup prezentuje tento příspěvek, který pojednává o simulačním modelu umožňujícím na základě vhodné parametrizace rekonstruovat v simulačním prostředí materiálový tok, jehož charakteristiky mohou mít libovolný tvar a hodnoty. Universal simulation model of a general production section: One of the phases within realization of a simulation project is the creation of simulation model itself. Despite the effort to automate [1] and thus accelerate this process, so far, solutions have been developed, which usually cannot be generally applied regardless of the subject of simulation (type of the production system which is to be imitated by the model). These automation mechanisms are more focused on the use of the particular simulation software while trying to replace routine repetitive activities by an algorithm which accomplishes (part of) the creation of the simulation model automatically. An alternative approach is presented in this article, which deals with a simulation model that allows to reconstruct material flow (simulated by the use of a suitable software) of arbitrary form and readings of its characteristics based on appropriate parameterization.1. ÚvodČasto řešená úloha, a to nejen v automobilovém průmyslu, který patří mezi průkopníky ve využití simulace materiálového toku a v inovacích přístupů k němu (za účelem optimalizace testovaných výrobních a logistických procesů), je posouzení nutné kapacity pro mezioperační zásoby oddělující technologické úseky (typicky svařovnu, lakovnu a montáž) a také ověření náběhových a výběhových scénářů, kdy je v průběhu času plynule měněn výrobní program (vzájemný podíl typů výrobků, které vyžadují odlišné technologické postupy, řídí se jinou logikou materiálového toku, směnovým režimem výroby atd.) [2]. Obvykle je nutné posoudit desítky až stovky scénářů, které se liší v zásadních parametrech – vyjádřitelných numericky, jako jsou plán výroby, směnový režim v jednotlivých výrobních úsecích či technologické časy (coby funkce typu výrobku pro každou operaci), nebo v parametrech logických, jako jsou pravidla řízení materiálového toku a další.Vytvářet detailní simulační model, který zohlední veškeré tyto parametry, je možné, avšak často nevyhovující vzhledem k časovému rámci vyhrazenému pro provedení simulačních experimentů a zpracování jejich výsledků [3]. Navíc takový model často není univerzální, a tudíž ani opakovatelně využitelný v příštích projektech.Řešením tohoto problému je vytvoření simulačního modelu, jehož pouhou parametrizací (nikoliv úpravou struktury) lze dosáhnout ve značném rozsahu změn chování, které ve smyslu validace odpovídají požadovaným parametrům materiálového toku, resp. impulzů (např. odvolávek materiálu). Stejně jako první otázka při realizaci simulační studie zjišťuje, zda je vůbec metoda simulace vhodným přístupem k řešení problému, i v případě návrhu popisovaného modelu byl nejprve proveden kritický rozbor dostupných funkcí základních prvků použitého simulačního softwaru (Plant Simulation) s ohledem na dosažitelnost variability jejich chování. 2. Požadavky na univerzální simulační modelStandardní prvek source pro generování entit, jež reprezentují jednotky (diskrétního) materiálového toku v prostředí Plant Simulation, umožňuje variabilní parametrizaci, díky které jsou typy entit materiálu generovány podle pevného výrobního programu, náhodně nebo cyklicky, a to v konstantních či (pseudo)náhodných časových intervalech, popř. podle přesně stanoveného harmonogramu. Nevýhodou je relativně nesnadná parametrizace v případě komplexních scénářů, které navíc mají zahrnovat např. dodržení směnových režimů, korekci podle dosažené produkce v definovaných časových intervalech vzhledem k zohlednění náhodných prostojů atd. Na obr. 1 jsou zachyceny jednotlivé požadavky na takovou funkci (vpravo) v porovnání se standardním řešením (vlevo).Obr. 1. Přehled rozsahu parametrizace standardního prvku a požadovaných funkcíDosažení těchto požadavků bylo řešeno ve dvou krocích. Prvním byl vývoj v prostředí Microsoft Excel, jehož výsledkem je šablona, podle níž je možné nejen přehledně nastavovat všechny parametry týkající se požadovaného způsobu generování materiálového toku, ale také validovat správnost a konzistenci zadaných parametrů. Uživatel tak ještě před převodem parametrů do prostředí Plant Simulation (mezi softwarem Plant Simulation a editorem Microsoft Excel je standardní komunikační rozhraní) získá grafický náhled, díky kterému lze snadněji validovat správnost následných výstupů simulačního modelu (obr. 2).Obr. 2. Prostředí pro parametrizaci generovaného materiálového toku vyvinuté v MS Excel Druhým krokem byl návrh a implementace konceptu v prostředí Plant Simulation. Hlavním požadavkem byla modularita univerzálního modelu. Vytvořený model tedy obsahuje šest modulů (viz číselné označení na obr. 3), z nichž pouze první dva jsou nezbytnou komponentou modelu, neboť zajišťují veškeré funkce spojené s parametrizací a statistickým sledováním dosahované produkce v průběhu simulace. Obr. 3. Modulární struktura univerzálního simulačního modelu Při aktivaci modulu 3 jsou za běhu k dispozici grafické charakteristiky materiálového toku, které usnadňují validaci modelu, resp. jeho požadovaného nastavení. Příklad těchto grafických analýz včetně vysvětlení informační hodnoty grafů je na obr. 4 až obr. 6. Rovněž moduly 4 a 5 jsou využitelné zejména ve fázi verifikace modelu s danými parametry. Zaznamenávají generované impulzy, které je následně možné vhodným nástrojem analyzovat a výsledné hodnoty porovnávat s požadovaným nastavením [4], [5]. Modul 6 je určen k průběžnému záznamu veškerých událostí v simulačním modelu. Při validaci modelu byl využit ve fázi ladění. Ponechán byl pro případné budoucí rozšíření modelu o další funkce, kdy bude opět nutné model odladit. Funkce modulů 3 až 6 je založena na tzv. instrumentaci modelu, tedy na rozšíření programu logického řízení o možnost záznamu provedení příslušných příkazů. Obr. 4. Počty typů na výstupu v jednotlivých dnechObr. 5. Přehled manka oproti plánované produkci v jednotlivých obdobíchObr. 6. Přehled časového profilu instancí na výstupu3. Další usnadňující funkceVýrazným usnadněním práce se simulačním modelem je využití již zmíněného parametrizačního prostředí v MS Excel. Pokud jde o parametrizaci, umožňuje navíc model ukládat neomezený počet alternativních scénářů, z nichž každý je reprezentován nejen parametry vztahujícími se k požadované produkci entit materiálového toku (či generování impulzů), ale také dalšími parametry nastavení modelu, jako jsou zejména:využitelnost (v procentech) a střední doba trvání prostojů;způsob zohlednění deficitu nebo přebytku, jichž bylo dosaženo náhodnými prostoji vykazujícími odchylku od stanovených parametrů využitelnosti a střední doby trvání, kdy:deficity (přebytky) nejsou korigovány,deficit je kompenzován v následujícím období navýšením původního plánu produkce – se zohledněním deficitního typu a jeho zařazení do výrobního plánu nadcházejícího období či bez ohledu na ně;tvorba sekvence při stanovení několika typů ve výrobním programu;způsob navazování produkce v následujícím období s ohledem na poslední typ předchozího období.Nastavitelné je rovněž využití či deaktivace jednotlivých modulů (viz předchozí kapitola), stejně jako možnost deaktivace celého modelu jako instance vložené coby dílčí model do celkového simulačního modelu určitého výrobního systému. I to jsou parametry, jejichž hodnoty lze zvolit v alternativních scénářích.Mezi jednotlivými scénáři je možné volit s využitím volně programovatelného uživatelského rozhraní (v prostředí Plant Simulation) – viz obr. 7. Parametry lze rovněž kopírovat z jednoho simulačního modelu do jeho dalších instancí v prostředí Plant Simulation pouhým přetažením (drag and drop). Odpadá tak relativně zdlouhavý proces nastavení hodnot veškerých parametrů. Obr. 7. Centrální parametrizace instancí simulačního modelu, varianty nastavení4. Využití v simulačních projektechVytvořený simulační model lze univerzálně využít jako dostatečnou náhradu, která zastupuje detailní model materiálového toku v určitém výrobním úseku. Již bylo naznačeno, že v automobilovém průmyslu jsou těmito úseky typicky oblast svařoven, lakoven a montážních hal. Schéma na obr. 8 ukazuje, že z pohledu materiálového toku, resp. jeho řízení podle určité logiky, je přípustná náhrada celého systému v místech tzv. evidenčních bodů, ve kterých je materiál při průchodu zaznamenán (přičemž záznamy mohou být následně analyzovány). Více o evidenčních bodech pojednává [4]. Vyvinutý model rovněž může namísto elementů materiálu v prostředí simulačního softwaru generovat signály, které lze využít pro spuštění příkazů řídících materiálový tok (prostřední část schématu).Obr. 8. Princip náhrady detailního modelu výrobního úseku univerzálním modelemVe smyslu tohoto principu byly v reálném projektu (simulační studie) nahrazeny detailní simulační modely úseků svařoven a montáží instancemi vyvinutého univerzálního simulačního modelu (obr. 9). Tyto instance generují elementy materiálového toku na straně svařoven a naopak vydávají signály pro vstup příslušných elementů (představujících karoserie) do oblasti montáže. Instance popisovaného modelu, řešené jako detailní simulační model na úrovni dopravníkové techniky, jsou rovněž použity v oblasti lakovny. V tomto případě je jejich úkolem změna logiky řízení simulovaného materiálového toku lakovnou v určitých časových okamžicích. Obr. 9. Náhrada detailních simulačních modelů úseků svařoven a montáží 5. ZávěrČlánek pojednává o univerzálním simulačním modelu, který dovoluje pomocí vhodné parametrizace rekonstruovat v simulačním prostředí materiálový tok, jehož charakteristiky mohou mít libovolný tvar a hodnoty. Detailní simulační model je tak možné nahradit jednodušší formou, která poskytuje dostatečnou přesnost charakteristik materiálového toku, resp. signálů pro řídicí logiku. Vyvinutý simulační model navíc obsahuje mnoho užitečných funkcí usnadňujících jeho nastavení, jako je rozhraní pro parametrizační tabulku v MS Excel nebo možnost zadat neomezený počet alternativních scénářů, které lze následně mezi jednotlivými instancemi kopírovat a přepínat mezi nimi.Další vývoj bude směřovat k doplňujícím algoritmům pro stanovení požadované sekvence typů generovaných elementů materiálového toku a s tím souvisejícímu rozšíření grafických výstupů, které již v současné verzi modelu poskytují užitečnou zpětnou vazbu o správné funkci modelu, a to jak během simulace, tak po jejím ukončení, kdy jsou grafy doplněny údaji o hodnotách statistik generované produkce. Literatura:[1] WENZEL, Sigrid, Markus RABE a Sven SPIECKERMANN. Verifikation und Validierung für die Simulation in Produktion und Logistik: Vorgehensmodelle und Techniken. Berlin: Springer, 2007. ISBN 978-354-0352-815.[2] CLAUSING, Matthias a Stefan HEINRICH. Mensch, Maschine, Material – die Standardisierung der Ablaufsimulation in der Automobilindustrie. ProduktDatenJournal [online]. Darmstadt: Prostep Ivip Verein, 2008, (1), s. 23–25 [cit. 2018-03-15]. ISSN 1436-0403. Dostupné z: https://www.simplan.de/wp-content/uploads/2008_01_ProduktDatenJournal.pdf[3] HLOSKA, Jiří. Optimalizace materiálového toku v hromadné výrobě simulačními metodami. Brno, 2014. Dizertační práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství. Vedoucí práce Miroslav Škopán.[4] ŠTOČEK, Jiří a Vladimír KARPETA. Systémová analýza dat o průchodu zakázky evidenčními body. Automa: časopis pro automatizační techniku. Praha: FCC Public, 2010, (6), s. 8–10. ISSN 1210- 9592.[5] HLOSKA, Jiří. Analýza a rekonstrukce logistických procesů pomocí simulačního metamodelu. 1, Brno: Vysoké učení technické v Brně, 2011. In: Sborník přednášek XXXVII. mezinárodní konference dopravních, manipulačních, stavebních a zemědělských strojů: sborník přednášek: 14.–15. září 2011. Brno: VUT Brno, 2011, s. 91–94. ISBN 978-80-214-4323-5. Ing. Jiří Štoček, Ph.D.,odborný koordinátor pro virtuální plánování, ŠKODA AUTO a. s. (jiri.stocek@skoda-auto.cz), Ing. Jiří Hloska, Ph.D., specialista pro simulace, EDAG Production Solutions CZ s. r. o. (jiri.hloska@vutbr.cz) 

Bezpečné a citlivé kolaborativní roboty e-Series od Universal Robots

Návštěvníci MSV 2018 se mohli naživo seznámit s inovovanou řadu kolaborativních robotů e-Series společnosti Universal Robots (UR). Na živých ukázkách bylo možné pozorovat, jak pomocí těchto robotů s různými koncovými nástroji a doplňky snadno a bezpečně automatizovat četné operace ve výrobních a logistických provozech. Kolaborativní roboty UR3e, UR5e a UR10e najdou využití tam, kde má robot přímo spolupracovat s člověkem a kde se hodí svou nosností 3, 5 až 10 kg a dosahem, 500, 850 a 1 300 mm. Při své práci jsou nyní přesnější a citlivější, protože mají nově zabudovaný senzor síly a momentu F/T . Společnost Universal Robots úzce spolupracuje s distributory Exactec, Dreamland PLC a Amtech. Tyto společnosti vystavovaly v blízkosti stánku Universal Robots, takže zákazníci se mohli se svými  dotazy a požadavky na začlenění robotů do svých provozů obracet i na jejich odborníky. (ev)

Fórum Automa na MSV v Brně

Fórum Automa ve stánku C1 na MSV v Brně se stalo první den prostorem pro setkání odborníků na automatizaci a průmyslovou informatiku. Ve středu, 3. října, byly na programu přednášky o robotice a strojovém vidění, ve čtvrtek 4. října následoval blok s tématem automatizace a digitalizace v průmyslových provozech. Program v úterý, 2. října 10:00 Digitální továrna Compas 10:45 Kouknu a vidím aneb chytré řízení výroby 11:30 Průmysl 4.0 a ifm elektronic – kompletně a jednoduše 12:15 Průmysl 2020 13:00 Dálková komunikace s regulovanými pohony (pdf) 13:45 WAGO digitalizace (pdf) 14:30 O čem se hovoří v automatizaci procesní výroby   Program ve středu, 3. října 10:00 Prezentace produktů firmy Kawasaki 10:45 Ready2_use produkty, novinky v portfoliu KUKA 11:30 Využití programu MATLAB v robotice: počítačové vidění a Deep Learning (pdf) 13:00 Použití digitálního dvojčete robotické linky při jejím virtuálním zprovoznění 13:45 Jak na vizuální kontrolu s umělou inteligencí 14:30 Model-based design s využitím nástrojov MATLAB, Simulink a dSPACE (pdf)   Program ve čtvrtek, 4. října 10:00 Národní Centrum Průmyslu 4.0 a projekt RICAIP 10:45 FANUC: Skutečně automatická továrna 11:30 Bezdrátový přenos I/O signálů a řízení ventilových bloků v průmyslovém prostředí 13:00 Automatizace rozhodování 13:45 Výrobní buňka 4.0 – výrobní pracoviště blízké budoucnosti 14:30 Automatizace a monitoring výroby, sběr dat a on-line vizualizace (pdf)

Energetický řetěz Multiflex pro roboty

Nový energetický řetěz Multiflex je navržen pro instalaci v robotech nebo obráběcích centrech nové generace, kde dochází k pohybům v mnoha směrech. Tento řetěz doplňuje sortiment produktů energetických řetězů Silvyn Chain pro spolehlivé vedení a ochranu kabelů při dynamických pohybech.  Charakteristiky energetického řetězce Multiflex: ●            Každý článek rotuje o ±10°. ●            Ochrání kabely při pohybech všemi směry. ●            Vydrží teploty od –30 až 125 °C. ●            Je zcela uzavřený, ale snadno otevíratelný.Ke zkrácení nebo prodloužení je potřeba pouze šroubovák.  Jak snadno se s řetězem pracuje, ukazuje toto video. Energetický řetěz Multiflex dovolí strojům pohyb ve všech směrech. Další technické informace jsou uvedeny zde. LAPP KABEL s. r. o., tel.: +420 573 501 086, e-mail: info@lappgroup.com, http://www.lappgroup.cz

IO-Link novinky nejen pro potravinářský průmysl

Firma ifm electronic v rámci své kampaně pro potravináře představuje konkrétní řešení pro potravinářský průmysl. Pro toto náročné odvětví uvádí řadu přístrojů s rozhraním IO Link.  Na svém blogu closetoyou.cz zveřejnila společnost článek, zaměřený na produkty pro práci s kritickými kontrolními body, požadavky na hygienu a sanitaci. Pod heslem „nejen pro potravináře“ jsou představeny inovativní senzory polohy ventilu řady MVQ, již nyní vysoce oceňované ve vodárenských provozech. Čistě „potravinářskou“ zajímavostí jsou teplotní senzory řady TAD. Mají dva integrované měřicí články pracující na dvou různých fyzikálních principech. Díky tomu mají senzory TAD autodiagnostické funkce. Výhodou jsou také snížené náklady na kalibraci. Nemusí se totiž kalibrovat tak často a bezdůvodně. Velmi dobře hlídají hodnoty procesních veličin. Ve zmíněném blogu jsou popsány také senzory řad LMT a LMC, které dovedou měřit hladinu a zároveň rozpoznat medium proudící v potrubí. Portfolio propojovací techniky společnosti ifm electronic bylo rozšířeno o svorkové konektory M12 typu EVF, které jsou určeny do hygienického prostředí a odolávají namáhání v tahu. Díky unikátnímu provedení mají krytí IP69K. Součástí kampaně pro potravináře jsou názorné animace, videa a návrhy možného použití. Dozvíte se například, jak změřit a vizualizovat stav naplnění sila či nádrže. ifm electronic, spol. s r. o., www.ifm.com/cz , e-mail: info.cz@ifm.com

COMPAS pomáhá výrobním podnikům s digitalizací výroby

Na letošním Mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně představí společnost Compas automatizace, spol. s r. o., své inovativní řešení digitální továrny Compas i novou aktivitu – konstruování a výrobu strojů a zařízení. K novinkám letošní expozice patří také simulace robotických pracovišť pro virtuální ověření implementace robotů ke strojům a technologickým linkám v novém grafickém prostředí.Ve stánku budou představeny koncepty aplikací systému MES/MOM (Manufacturing Execution System/Manufacturing Operation Management) s názvem COMES pro řízení montáží v diskrétní výrobě, modul řízení interní logistiky COMES WMS (Warehouse Management System) a řízení údržby CMMS (Computerized Maintenance Management System) COMES Maintenance. Firma Compas automatizace pomáhá svým zákazníkům realizovat jejich cíle i ve vizi Industry 4.0, kterou dílčím způsobem naplňuje svým konceptem Digitální továrny Compas. Obr. 1. Firma Compas automatizace nabízí kromě oživování robotů nově také služby své konstrukční kancelářeTechnologie, stroje a robotikaCompas konstruuje jednoúčelové stroje a zařízení podle požadavků zákazníků. Služby zahrnují rovněž úpravy existujících strojů i linek, implementaci robotů a s tím související úpravy technologických zařízení.Dodávku zařízení zajišťuje od návrhu konstrukce přes výrobu, po montáž a uvedení do provozu. Součástí dodávky je rovněž část elektro a automatizace zařízení. Compas zajišťuje také záruční i pozáruční servis.Robotická pracovištěFirma Compas spolupracuje s předními výrobci robotů. Roboty implementuje do výrobních procesů svých zákazníků s podporou nejmodernějších simulačních nástrojů. Předchází se tak možným kolizím při zprovozňování robotizovaných linek a zařízení. Technologické funkce je možné v co největším rozsahu vyzkoušet již při vývoji, čímž se zkracují nutné výrobní odstávky na minimum.Integrované řízení výroby, logistiky a údržbyCompas pomáhá svým zákazníkům realizovat jednotlivé funkce MES a kompletní integraci systémů. Nabízí jim COMES MOM – systém pro integrované řízení výroby, logistiky a údržby. Sofistikovaná automatizacePod pojmem „sofistikovaná automatizace“ se skrývá automatizace jednotlivých výrobních operací podporovaná recepturovým řízením, která umožňuje dosáhnout velké flexibility výroby. Výrobní operace jsou řízeny na základě specifikace výrobku. Přínosy Digitální továrny CompasIntegrované řízení výrobních závodů od ekonomické úrovně přes automatizaci až po technologická zařízení přináší:značné úspory pracovníků, u nových technologií až desítky procent, nahrazení ruční práce roboty,významný nárůst produktivity práce v souvislosti s úsporou personálu díky robotizaci,kompletní digitalizaci výroby (zvýšení rychlosti, přesnosti i jakosti výroby, nahrazení papírové dokumentace),podporu obchodní integrace, systémů ERP (Enterprise Resource Planning) a EDI (Electronic Data Interchange) informacemi z výroby (v reálném čase),vertikální integraci – provázání všech výrobních funkcí do integrovaného systému,podporu vysoké efektivity výroby, minimalizaci ztrát a neproduktivních časů,podporu flexibility výroby i malých sérií až do kusové výroby,virtualizaci řídicího systému, ověření jeho funkce a urychlení uvádění do provozu,podporu personálního managementu ve výrobě (oprávnění, kvalifikace a motivační odměňování pracovníků),podporu výrobního týmu (manažerů, mistrů a operátorů) informacemi v reálném čase pro nejlepší výsledky,podporu efektivní práce údržby pokročilými funkcemi (autodiagnostika, analýza měření veličin apod.),zajištění integrovaného inženýrinku pro operativní řízení výroby (od specifikace výrobků i jejich variant přes řízení výroby výrobkem, dokumentování výroby a podporu řešení reklamací až po zajištění značení výrobků a integrované řízení interní logistiky). Osobní setkání na MSV v BrněNa letošním Mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně bude společnost Compas automatizace vystavovat v pavilonu G1, ve stánku č. 107. Výstavní stánek se hodí k osobnímu setkání se zákazníky a odborným konzultacím. Pracovníci firmy Compas automatizace se těší na návštěvníky a rádi jim představí letošní exponáty:„Digitální továrna“ – simulace automatizované výrobní linky s roboty,COMES MOM – flexibilní řízení výrobních nebo montážních operací v souladu s vizí Industry 4.0,COMES APS – pokročilé elektronické plánování diskrétní výroby a údržby,COMES OEE – monitoring a vyhodnocování efektivity výroby,COMES WMS – řízení materiálů a jejich toků ve výrobě včetně traceability výroby,COMES Maintenance –systém CMMS pro řízení údržby podniku.Podrobnosti jsou uvedeny na stránkách www.compas.cz, www.oee.cz a www.comes.eu. (Compas automatizace, spol. s r. o.)