Aktuální vydání

celé číslo

03

2024

Automatizační technika v energetice a teplárenství, úspory energie

Snímače teploty

celé číslo

Mobilní řídicí technika pro speciální vozidla

Firma PATOK, a. s., sídlící v Lounech, vyrábí speciální cisternové nástavby. Ty jsou známé nejen u nás, ale v celé Evropě pod značkou SINZ. Firma se zaměřuje na spojení tradiční techniky s moderní řídicí elektronikou a digitálním světem.

Tento článek se zaměří na specifické vlastnosti a funkce, které musí splňovat elektronické komponenty používané u mobilních strojů, a zvláště se bude věnovat kombinované cisternové nástavbě Separoil, která je určena k separaci ropných kalů. Použitá řídicí elektronika je od firmy ifm electronic.

 

Vydejme se nejprve do historie. Jak vlastně vzniklo spojení firem SINZ a PATOK? Kolem roku 1950 si pan Sinz, sedlák z bavorského městečka Scheidegg, postavil sací cisternu, aby si usnadnil vyvážení močůvky na pole. A protože byl technicky zdatný, začal vyrábět podobné cisterny i pro své sousedy. Nakonec vznikla rodinná firma, která se zabývala konstrukcí a výrobou různých sacích a čisticích vozidel.

V 90. letech už firmu SINZ Fahrzeugbau vlastnil syn zakladatele Helmut Andreas Sinz. Vozidla byla velmi progresivní a úspěšná na trhu. Prodávala se v Německu, Švýcarsku, Rakousku, Španělsku a také v Česku. V té době se H. A. Sinz sešel s majitelem společnosti GapWax z USA Garim Poborskym. Vzájemná spolupráce vyústila v konstrukci a výrobu unikátních tzv. supersacích vozidel, vybavených pro vysávání sypkých a prašných materiálů.

V roce 1996 se H. A. Sinz setkal s Josefem Pacltem, zakladatelem lounské firmy PATOK, která se zabývala prodejem cisternových nástaveb a likvidací odpadních kalů. Firma se stala jedním z klíčových odběratelů nástaveb SINZ.

Jenže potom došlo k tragické rodinné události, po níž H. A. Sinz ztratil motivaci v podnikání pokračovat. V roce 2017 bylo proto dohodnuto kompletní předání výroby vozidel do České republiky. Firma PATOK v Lounech postavila druhou výrobní halu a roku 2019 zahájila novou etapu vývoje a výroby sacích a čisticích vozidel. Protože vozidla vycházejí z původní osvědčené konstrukce SINZ a SINZ je na trhu zavedená značka, je kromě jména PATOK a typického emblému gotického kostela sv. Mikuláše v Lounech (loga Made in Louny) na nástavbách uvedena i značka původního výrobce, firmy SINZ.

 

Sortiment cisternových nástaveb SINZ

Sortiment firmy zahrnuje:

  • Cyclone: supervysavač s možností sát suché i mokré materiály,
  • Combi: kombinovaná sací a tlaková nástavba, vhodná např. pro čištění kanalizací a přepravu odpadních materiálů, včetně nebezpečných,
  • Recycler: kombinovaná nástavba doplněná systémem pro recyklaci vody,
  • Dewatering: kombinovaná nástavba s možností odvodňovat kaly,
  • Octopus: samostatný vysavač pro suché i mokré materiály s možností přímého vykládání,
  • Separoil: novinka – kombinovaná nástavba se separátorem ropných látek, které se bude článek dále věnovat.

Představení nástavby Separoil

Nástavbu Separoil (obr. 1) mi představil Bc. Jiří Paclt, manažer výroby vozidel z firmy PATOK: „Nástavba je určena speciálně pro údržbu lapačů ropných látek. To jsou speciální nádrže s filtrací, které se nacházejí u každé větší parkovací plochy, benzínové stanice, nákupního centra a u některých průmyslových závodů. V těchto nádržích se zadržuje voda, která může být znečištěna ropnými produkty, ať je to olej, zbytky paliv a podobně, a dalšími kaly. Tradičně se tyto lapáky udržují běžnými sacími vozy. To ale znamená, že se musí vysát celý obsah nádrže, což může být několik kubíků materiálu, a velké lapače, které jsou například u dálnic, mohou obsahovat i několik desítek kubíků vody a kalu. To znamená, že běžná sací cisterna takový lapač vysaje na několikrát a najezdí spoustu kilometrů.

Separoil dokáže přímo na místě, u lapače, oddělit ropné produkty a vyčištěnou vodu vrátit zpět do nádrže lapače. Cisterna potom odváží méně než 10 % objemu odpadu. Jeden vůz je tak schopen během jednoho dne obsloužit více lapačů a najezdit méně kilometrů.“

Jiří Paclt mi vysvětlil, že uvnitř nástavby je koalescenční separátor, který byl původně určen pro námořní dopravu. Na velkých lodích se takovýmito separátory čistí odpadní voda, než se vypustí zpět do moře.

Vývoj, konstrukce a výroba nástavby Separoil probíhají kompletně v Lounech. Moje další otázka na Jiřího Paclta proto byla, jaké měli požadavky na řídicí systém a jak jej vybírali. „Výběr byl jednoduchý: řídicí jednotky ifm electronic jsme již znali z předchozích projektů, byli jsme s nimi spokojeni a věděli jsme, že naše požadavky splní, včetně ovládacího panelu s dvanáctipalcovou dotykovou obrazovkou,“ vysvětlil Jiří Paclt. „Protože tato nástavba je ve srovnání s jinými složitější a potřebujme zobrazit více provozních proměnných, je i ovládací panel větší než u jiných nástaveb.“

 

Základem jsou spolehlivé snímače

Rozhodující úlohou v této nástavbě je měření průtoku vody s ropnými produkty do separačního systému. Průtokoměr je také od firmy ifm electronic.

„Nejen řídicí a ovládací jednotka, ale i většina snímačů na nástavbě jsou od firmy ifm,“ uvedl Jiří Paclt. „Jsou to snímače tlaku a hladiny, indukční a kapacitní snímače polohy a několik I/O jednotek. Také snímače je třeba vybírat s ohledem na těžké pracovní podmínky – teploty, vibrace, vlhkost a popřípadě i agresivní chemikálie.“

Zajímavým technickým řešením jsou snímače hladiny. „Potřebovali jsme najít snímače, které budou spolehlivě měřit hladinu ropných látek, vody a kalu, a to v prostředí, kde ve vyskytují rázy a vibrace a hladina v nádrži je za provozu neklidná. Zkoušeli jsme ultra­zvukové snímače, ale ty nebyly spolehlivé. Firma ifm má naštěstí široký sortiment snímačů, takže se nám podařilo vybrat vhodné snímače a odladit je tak, aby spolehlivě měřily i za nepříznivých podmínek,“ doplnil Jiří Paclt. Hladinu vody měří tyčový hladinoměr, hladiny kalu a ropných látek plovákové náklonoměry s Hallovou sondou. U snímačů hladiny je velkou výhodou rozhraní IO Link, které umožňuje snímače rychle a efektivně nakonfigurovat podle měřeného média.

 

Sledování provozu nástavby

Unikátní vlastností řídicího systému je možnost stahovat záznamy o separaci ropných látek a ukládat je na flash disk v portu USB. „To byl trochu technický oříšek, ale s ifm se nám jej podařilo vyřešit,“ podotkl Jiří Paclt. „Jsou to důležité doklady o tom, že vypouštěná voda neobsahuje nadlimitní množství ropných látek.“ Snímač, který měří obsah ropných látek ve vodě, je jeden z mála snímačů, které nejsou od ifm electronic. Je součástí separátoru, který se na nástavbu montuje jako celek, a výrobce jej i kalibruje. Separátor je umístěn v přední části nástavby (obr. 4).

Specifika řídicích systémů pro mobilní stroje

O specifických požadavcích na řídicí systémy pro mobilní stroje jsem hovořil s Ing. Adamem Sorokačem, PhD., z firmy ifm electronic. „Mobilný stroj pracuje vo vonkajšom prostredí. Preto je potrebné, aby riadiace systémy dokázali pracovať v rozšírenom rozsahu pracovných teplôt, vo vlhkom prostredí a odolávali otrasom a vibráciám. Okrem toho mobilný stroj môže pracovať na vzdialenom pracovisku, kde nie je k dispozícii servisný technik ani sklad náhradných dielov. Preto je nutná aj vysoká spoľahlivosť. Bežná komerčná elektronika nie je do takýchto podmienok určená,“ objasnil Adam Sorokač.

 

Moderní mobilní stroje a digitalizace

U mobilních strojů dlouho panoval odpor k digitálním sběrnicím. Později se začala používat sběrnice CAN, která pochází z automobilového průmyslu. V současné době už jsou digitální sběrnice i v této oblasti doma a prosazují se i jiné než CAN: IO-Link nebo průmyslový Ethernet.

„Digitální sběrnice mají své nesporné výhody, ale mnoho výrobců nemá kapacity pro vývoj vlastních elektronických zařízení a softwaru, takže jejich potenciál nemohou využít. V oblasti mobilních strojů a nástaveb dochází v současné době k boomu digitální komunikace a firmy, které ji dokážou využít, získávají nesporné výhody,“ řekl Jiří Paclt. „Digitální sběrnice nám umožňují, abychom našim zákazníkům nabídli například různé možnosti diagnostiky na dálku.“

Tu lze obecně provádět dvěma způsoby: prostřednictvím připojení diagnostického kabelu na řídicí jednotku, jako v tomto případě, nebo prostřednictvím bezdrátové komunikace (tuto variantu, využívající mobilní sítě, ve firmě Patok právě vyvíjejí). Oba přístupy je možné zkombinovat a bezdrátově odesílat jen varovná hlášení, na jejichž základě se technik připojí kabelem, aby mohl provádět detailní diagnostiku, aktualizovat aplikace nebo nastavovat parametry zařízení. „Zákazníci se o taková řešení zajímají a rádi by je měli na svých strojích, protože jim umožňují rychle a účinně řešit situace, které by jinak znamenaly dlouhou odstávku a čekání na servisní zásah.“

Firma Patok však chce svým zákazníkům poskytovat více než jen diagnostiku poruch. Chce jim umožnit kompletní správu provozu všech strojů, včetně sledování a plánování jejich provozu. Na otázku, zda o takové řešení mají zákazníci zájem, odpověděl Jiří Paclt, že ne všichni. Zvláště u menších firem se totiž stále setkává s velmi konzervativním přístupem, kdy zákazníci dokonce chtějí co nejvíce omezit množství elektronických komponent na nástavbě, protože si je nedovedou sami opravit. Ovšem výhody elektronických řídicích systémů, včetně možnosti diagnostiky poruch a servisu na dálku, jsou tak přesvědčivé, že tento přístup už není tak častý a postupně mizí.

Firma Patok vyvíjí vlastní cloudovou aplikaci, která umožní nejen diagnostiku jednotlivých strojů, ale i sledování jejich provozu a jeho plánování, a dokonce bude mít i konektor do účetního systému, aby vlastník stroje mohl na základě skutečně odpracovaného výkonu přímo vystavovat svým zákazníkům faktury. Řidič vozidla tak už nebude muset ručně vyplňovat žádnou knihu jízd, vše bude zaznamenáváno automaticky.

Perspektivy tohoto řešení komentuje Adam Sorokač: „U týchto strojov je ešte veľmi skoro hovoriť o autonómnej prevádzke, ako už je dnes stále bežnejšie napr. u poľnohospodárskych strojov. U vozidiel Se­paroil a podobných vozidiel na zber a zvoz tekutých aj pevných odpadov sa ešte dlho bez ľudskej obsluhy nezaobídeme. Ale môžeme do ich prevádzky vniesť oveľa väčšiu mieru automatizácie.“

Jiří Paclt uvedl ještě jeden důležitý argument pro automatizaci: v těchto oborech je značná fluktuace pracovníků. Automatizace umožňuje, aby se noví pracovníci co nejrychleji zapracovali i pro práci se složitými nástavbami. Čím jednodušší je ovládání stroje, tím lépe. „Ak máte jeden veľký dotykový displej, ktorý vás sprevádza obsluhou stroja, a niekoľko presvetlených tlačidiel, je to oveľa jednoduchšie ako skriňa plná páčkových prepínačov a farebných kontroliek,“ doplnil Adam Sorokač. „Užívateľ nemusí prechádzať daný postup krok za krokom a neustále kontrolovať, či všetko prebehlo v poriadku. Riadiaca jednotka v spolupráci so snímačmi a akčnými členmi sa o to postará sama.“

 

Modulární architektura zvyšuje flexibilitu

V tomto případě je nainstalován ovládací panel s řídicí jednotkou, k němuž jsou připojeny decentralizované jednotky IO a teprve k nim jsou připojeny jednotlivé snímače a akční členy. To šetří kabeláž a zvyšuje možnost modulárního přizpůsobení konkrétním požadavkům. V decentralizovaném systému je možné dokonce uzavřít regulační smyčky a vykonávat funkce logického řízení přímo v decentrálních jednotkách a do centrální řídicí jednotky přenášet jen vybrané informace. Jednotky IO tak mohou mít určitý stupeň autonomie. Tím se omezuje potřebná šířka pásma komunikace po sběrnici a také zvyšuje odolnost systému proti poruchám.

Autonomie může jít i níže, na úroveň snímačů a akčních členů. To se týká zejména snímačů obrazu nebo 3D snímačů polohy, kde jsou signály jednotlivých senzorů zpracovávány přímo ve vyhodnocovací jednotce, která je součástí snímače.

Vždy je třeba myslet na odolnost řídicí techniky, včetně snímačů a akčních členů, která pracuje v prostředí s velkými vibracemi a rázy, ve velkém rozsahu teplot a za působení dalších nepříznivých vlivů. To potvrdil i Jiří Paclt: „Je běžné, že se nástavby myjí tlakovou vodou. Tomu musí být přizpůsobeno krytí řídicích prvků.“ Potvrzuje také výhodnost modulární architektury řídicího systému nástavby. „Vytvořili jsme si program do centrální řídicí jednotky, s níž komunikujeme po Ethernetu, tak, aby byl v maximální míře univerzální pro všechny naše produkty. To má výhodu při případném servisu, kdy lze řídicí jednotku vyměnit kus za kus, velmi rychle a bez nutnosti složitého programování, ať jde o jakoukoliv nástavbu. Adam Sorokač k tomu dodal, jak jsou pro tuto koncepci připravené řídicí jednotky pro mobilní stroje: „Priemyselné kontroléry majú veľa konektorov, ale kompaktné riadiace jednotky mobilných strojov majú len jeden veľký konektor, v ktorom je združené napájanie aj prenos signálov. Vstupy a výstupy sú väčšinou konfigurovateľné, takže programátor má možnosť nastaviť, či ide o binárny, alebo analógový vstup, či je to prúdová slučka, alebo napäťový výstup.“

„Mobilné stroje majú jednu špecialitu, ktorá pri priemyselných zariadeniach nie je bežná: výstupy s pulzne šírkovou moduláciou, PWM, potrebné pri riadení hydraulických systémov,“ dodal ke specifickým funkcím řídicích systémů pro mobilní stroje Adam Sorokač.

„Ještě bych zdůraznil jednu vlastnost, kterou mají speciálně řídicí jednotky ifm: dostatečný řídicí výkon pro vizualizaci, aby byla plynulá a responzivní. S tím mají některé konkurenční jednotky trochu problém,“ doplnil Jiří Paclt.

 

Separoil na veletrhu IFAT

Když jsem se byl na Separoil v Lounech podívat, stroj se právě chystal na veletrh IFAT do Mnichova. Jiří Paclt mi později prozradil, že tam o něj i o ostatní novinky byl velký zájem. Přivezli si velké množství nových kontaktů na potenciální zákazníky. Přispělo k tomu i to, že v podstatě jediný konkurent vyrábějící nástavbu s podobnou funkcí na veletrhu nebyl. Z toho je zřejmé, že firmy, které včas nezachytí oživení po covidovém útlumu nebo se chtějí obejít bez přímého kontaktu se zákazníky na veletrzích, nezvolily správnou cestu.

Dlouhodobá úspěšná spolupráce firem PATOK a ifm electronic je dokladem promyšlené a ucelené nabídky firmy ifm electronic pro mobilní stroje, ať jde o ovládací panely, řídicí jednotky, moduly IO, komunikační brány, nebo snímače, jejich kvality i úrovně technické podpory, kterou firma poskytuje svým zákazníkům.

 

Petr Bartošík

 

Separoil ve zkratce

Separoil je kombinovaná nástavba vybavená separátorem ropných produktů od vody. Separátor umožňuje během jednoho dne obsloužit velké množství lapačů ropných látek a odvést odpad s minimem vody.

Technické parametry:

  • separace: zpracuje až 160 m3 zaolejovaných vod denně,
  • sání: 2 400 m3/h,
  • tlaková voda: volitelně až 20 MPa a 270 l/min,
  • dosah ramene: 4 m, otáčení o 180°, zdvih 40°, sklonění 30°,
  • kapacita kalové komory: až 9,7 m3,
  • kapacita vodní komory: až 7,2 m3,
  • naviják čerpací hadice: až dva navijáky pro celkem 60 m hadice k čerpání zaolejovaných vod,
  • pohyblivá přepážka cisterny: posuvný píst s nafukovacím těsněním, který se posouvá pomocí tlaku vzduchu a je zajištěn pneumatickými zarážkami se snímačem zasunutí,
  • ovládání: barevný dotykový displej, robustní tlačítka s podsvícením a přehledným popisem,
  • software: přehledné uživatelské rozhraní s integrovanou diagnostikou, záložním virtuálním ovládáním a uživatelským nastavením,
  • dálkové ovládání: ovládání všech funkcí nástavby, proporcionální joysticky a displej zobrazující provozní parametry,
  • úložné prostory: hlavní prostory vpravo i vlevo jsou uzamykatelné s dveřmi, další otevřené vany jsou nad hlavními úložnými prostory,
  • naviják tlakové hadice: je oddělen od ramene, a tak neomezuje jeho pohyb, je vybaven automatickým rozkladačem hadice a díky šnekové převodovce má velkou tažnou sílu,
  • měření odvinutí hadice: spolehlivý systém měření délky odvinuté hadice s funkcí automatického zastavení v zadané vzdálenosti.
  • Certifikace ADR FL pro převoz nebezpečných odpadů.

 

Obr. 1. Nástavba Separoil pro separaci ropných kalů (foto: PATOK)

Obr. 2. Zadní část nástavby s otevřenou skříní ovládacího panelu (foto: PATOK)

Obr. 3. Pohled na nástavbu Separoil shora

Obr. 4. Separátor ropných látek se nachází v přední části nástavby

Obr. 5. Ovládací panel nástavby Separoil

Obr. 6. Řídicí jednotka ifm ecomat v rozváděči hydrauliky