Control Engineering Česko, květen 2012

ISSN1896-5784 Mobilní pracovníci v průmyslu 12 Používání protokolu HART se systémy pro správu výrobních prostředků 20 Komunikace HART se osvědčuje v rámci velkého projektu a přispívá k jeho úspěšnému rozjezdu 24 Vypůjčování od spotřební elektroniky 30 ZPĚT K ZÁKLADŮM Ochrana teploměrných jímek 48 www.controlengcesko.com Číslo 4 (49) Ročník VII. ISSN1896-5784 Pokročilé metody řízení procesů u elektráren 36 Číslo 4 (49) Ročník VII. ISSN1896-5784ISSN1896-5784 Mezinárodní zdroj informací o řízení, přístrojovém vybavení a automatizaci KVĚTEN 2012

www.udrzbapodniku.cz Přední technický časopis věnovaný otázkám řízení a údržby průmyslových závodů

www.controlengcesko.com  CONTROL ENGINEERING ČESKO KVĚTEN 2012 1 Vážení čtenáři, držíte v rukou květnové vydání časopisu Control Engineering Čes- ko. Hlásíme se Vám v době, kdy se za okny pere jaro s létem, a ač se mnohdy jejich nadvlády střídají z minuty na minutu, věříme, že pronikavé sluneční paprsky definitivně zahnaly možnou jarní únavu a že i u Vás vládne ničím nerušená pohoda, tak potřebná v dnešních hektických časech. Pomyslnou třešničkou tohoto vydání je poutavá reportáž o letoš- ním dubnovém veletrhu Hannover Messe – dočtete se, co konkrétně Daniela Haupta, našeho externího spolupracovníka a odborníka v oboru automatizace, zaujalo a jakými dojmy se z Německa vrátil „nabitý“. Svého úkolu se zmocnil na výbornou, nás, kteří jsme na veletrhu osobně nebyli, určitě osloví prezentované produkty a inovační tech- nologie, které posouvají obor zase o kus dál. Dovolte mi zastavit se u tématu „posouvání oboru o kus dále“ a odbočit do roviny nekonečných úvah... Každý veletrh či výstava, která se věnuje automatizaci, v člověku vyvolává řadu otázek, které provokují, zneklidňují a zákonitě také vyvolávají další otáz- ky. Jejich pomyslnou řadu lze jen obtížně zastavit, otáčejí se v kruzích, zaobírají plně mysli a věřím, že mnohým občas ani nedají spát. Jedná se o hranice lidského a tech- nického potenciálu, o možnosti jejich vzájemného ovlivňování a posouvání. Ve vývoji současné automatizace je mj. velmi patrný trend k propojování automatizace a infor- mačních technologií, vedle toho se odborníci téměř jednohlasně shodují na směřování k inovacím, miniaturizaci a zjednodušování tak složité automatizace samotné. A nabízí se tady otázka: Kde je ona pomyslná linie, hranice, přes kterou, lidově řeče- no, už nepojede vlak? A existuje vůbec? Kam až doputuje vývoj v robotice, softwarových řešeních, energetice a jinde? Jak se na věc budeme dívat řekněme za dvacet let? Škaro- hlídi a skeptikové možná namítnou, že v naší malé středoevropské zemi se toho určitě až tak moc nezmění, ale tušíme, že opak bude v této oblasti pravdou. Než se ale tak postupně stane, nezbývá nám nic jiného, než se zájmem sledovat nejaktuálnější automatizační dění, tu a tam potrápit myšlenkové pochody obdobnými úvahami a závěry. Bezbolestné přemýšlení, klidné čtení a přínosné úvahy Vám přeje Z REDAKCEEcontrol engineering Milan Katrušák Šéfredaktor mk@controlengcesko.com REDAKCE Vydavatel a šéfredaktor Milan Katrušák Editor Lukáš Smelík Sekretariát redakce Lenka Chabrečková Redaktoři Daniel Haupt, Barbora Byrtusová, Jana Poncarová Odborná spolupráce Petr Moczek, Zdeněk Mrózek, Martina Bojdová, Dušan Říha Petr Klus, Jaroslav Vlach, Pavla Rožníčková REKLAMA Account Manager Miroslava Pyszková Tel.: +420 777 793 392 E-mail: mp@controlengcesko.com Grafické zpracování Jiří Rataj TISK Printo REDAKČNÍ RADA Předseda Branislav Lacko Ústav automatizace a informatiky Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Členové Marek Babiuch katedra automatizační techniky a řízení VŠB – Technická univerzita Ostrava Adam Brož výrobně-technický ředitel Budějovický Budvar, n. p. Miroslav Kárný vedoucí Oddělení adaptivních systémů Ústav teorie informace a automatizace Akademie věd ČR Michal Křena produktový manažer Schneider Electric CZ, s. r. o. Naděžda Pavelková produktová a marketingová manažerka ABB, s. r. o. Pavel Poucha jednatel Papouch, s. r. o. Ludvík Strakoš technický ředitel Evraz Vítkovice Steel, a. s. Zdeněk Švihálek aplikační manažer B+R automatizace, spol. s r. o. VYDAVATEL Trade Media International s. r. o. Mánesova 536/27 737 01 Český Těšín Tel.: +420 558 711 016 www.trade-media.cz www.controlengcesko.com Periodicita: 10× ročně Povoleno: MK ČR E 18990 Identifikační číslo vydavatele: 278 40 042 Redakce si vyhrazuje právo krátit texty nebo měnit jejich nadpisy. Nevyžádané texty nevracíme. Redakce neodpovídá za obsah reklamních materiálů. Časopis je vydáván v licenci CFE Media.

2  KVĚTEN 2012 CONTROL ENGINEERING ČESKO  www.controlengcesko.com Hlavní témata 12 Mobilní pracovníci v průmyslu Technologie dovolily průmyslovým pracovníkům zvýšit produktivitu přechodem na mobilní techniku. Již není cesty zpět. 20 Používání protokolu HART se systémy pro správu výrobních prostředků Protokol HART je nejrozšířenější platformou pro inteligentní zařízení. Je správnou volbou i pro váš závod? Pro konečné uživatele uvádíme určitá hlediska ke zvážení. 24 Komunikace HART se osvědčuje v rámci velkého projektu a přispívá k jeho úspěšnému rozjezdu Titul „Firma roku 2011 využívající HART“ („HART Plant of the Year 2011“) získala úpravna společnosti Shell ve Scotfordu poté, co zařízení s protokolem HART začala využívat k usnadnění testování smyček, ke spouštění, k ladění ventilů, bezpečnostních systémů a pro vzdálenou diagnostiku zařízení. 30 Vypůjčování od spotřební elektroniky Uživatelé v průmyslu si již mohou vychutnat vzhled a způsob obsluhy, jež jsou podobné spotřební elektronice, nicméně i konstruktéři zařízení těží z procesorů a komponent vypůjčených z chytrých telefonů, což zvyšuje funkčnost a energetickou účinnost. 36 Pokročilé metody řízení procesů u elektráren Optimalizace celkového cyklu páry a řízení hořáků pomocí prediktivní metody na bázi modelu procesu. ČÍSLO 4 (49) ROČNÍK VII. Mezinárodní zdroj informací o řízení, přístrojovém vybavení a automatizaci KVĚTEN 2012 Téma z obálky: Mobilní pracovníci v průmyslu, str. 12 Hlavní téma: Používání protokolu HART se systémy pro správu výrobních prostředků, str. 20

www.controlengcesko.com  CONTROL ENGINEERING ČESKO KVĚTEN 2012 3 Rubriky 1 Z REDAKCE 8 IT&TECHNIKA Diagramy případů užití a sekvenční diagramy jazyka UML 40 UDÁLOST Hannover: Město zaslíbené oboru automatizace 42 PRODUKT EXCLUSIVE Magelis GTO: výkon podtržený designem 48 ZPĚT K ZÁKLADŮM Ochrana teploměrných jímek Novinky 4 Společnost ABB Česká republika vykázala velmi dobré finanční výsledky a 15% nárůst tržeb za rok 2011 4 Český Siemens se podílí na celoevropském výzkumném projektu snižování spotřeby energií v budovách 4 Metso se bude podílet na produkci zelené energie v jihovýchodním Finsku 6 Vývojové práce v prostředí Automation Studio a EPLAN Electric P8 6 Dassault Systèmes kupuje Gemcom Software International a uvádí novou značku GEOVIA 6 Kurz ultrazvukové diagnostiky Produkty 44 Panasonic Electric Works Czech s. r. o. Displej TFT (QVGA) s uhlopříčkou 5,7" 44 Eaton Elektrotechnika s. r. o. Vzduchové jističe IZMX 45 Rockwell Automation s. r. o. Řídicí prvky GuardLogix 46 REM-Technik s. r. o. Efektivní vizualizace s Eco displeji od VIPA 46 Cognex Cognex Explorer™ 47 PHOENIX CONTACT, s. r. o. Bezdrátový adaptér HART od Phoenix Contact aneb Bezdrátový přenos dat v procesní technologii Přeložené texty jsou v  tomto časopise umístěny se souhlasem redakce časopisu „Control Engineering USA“ vydavatelství CFE  Media. Všechna práva vyhrazena. Žádná část tohoto časopisu nemůže být žádným způsobem a  v  žádné formě rozmnožována a dále šířena bez písemného souhlasu CFE Media. Control Engineering je registrovanou ochrannou známkou, jejímž majitelem je vydavatelství CFE Media. Hlavní téma: Komunikace HART se osvědčuje v rámci velkého projektu a přispívá k jeho úspěšnému rozjezdu, str. 24 Událost: Hannover: Město zaslíbené oboru automatizace, str. 40

4  KVĚTEN 2012 CONTROL ENGINEERING ČESKO  www.controlengcesko.com NOVINKYNoborové Český Siemens se podílí na celoevropském výzkumném projektu snižování spotřeby energií v budovách M oderní a vůči životnímu prostředí šetrné tech- nologie se v nově stavěných i rekonstruovaných budovách postupně stávají běžnou praxí. Důvo- dem je skutečnost, že budovy celosvětově spotřebují 41 % primární energie. Snížení a optimalizace spotřeby energií je cílem celoevropského projektu Clear-Up, který je částečně financován z fondů EU a na němž se podílejí přední evropská výzkumná pracoviště a významné prů- myslové firmy. V České republice se do projektu zapojila Katedra technických zařízení budov Stavební fakulty ČVUT v  Praze, která za  přispění společnosti Siemens a dalších soukromých firem vybudovala testovací labo- ratoř TestBed. Odborní pracovníci školy v laboratoři, která byla slav- nostně uvedena do provozu začátkem března letošního roku, provádějí testování nových technologií pro zvýšení komfortu vnitřního prostředí a snížení energetické nároč- nosti budov. Společnost Siemens do laboratoře dodala řídicí systém Desigo. Jedním z  hlavních cílů projektu je efektivní přímé propojení jednotlivých funkčních celků a algoritmů jejich řízení. Příkladem je vzájemně ovlivňovaná regulace osvětlení, teploty a zastínění oken s ohledem na přítom- nost osob, aktuální vnitřní a venkovní podmínky a poža- davky na  spotřebu energií při vytápění, resp.  chlazení v delším časovém horizontu. www.siemens.cz Metso se bude podílet na produkci zelené energie v jihovýchodním Finsku S polečnost Metso zvýší objem spolehlivých dodá- vek elektrické energie v  elektrárnách Inkeroinen a Anjalankoski vlastněných společností Kemijoki Oy ve Finsku tím, že bude modernizovat automatizaci jejích čtyřech vodních turbín. Dodávky se uskuteční na jaře a na podzim roku 2012. Díky svým charakteristikám řízení je obnovitelná a  čistá hydroelektrická energie vynikající zálohou pro spolehlivé dodávky energie a může rovněž pomoci při zvládání náhlých poruch. Spolehlivost turbíny a její auto- matizace hrají důležitou roli při generování elektrické energie. Systémy logiky tří turbín v elektrárně Inkeroinen a systém logiky v elektrárně Anjalankoski budou nahra- zeny automatizačním systémem Metso DNA, který se bude využívat pro správu, řízení, ochranu a optimalizaci vodních turbín. Společnost Metso pro systém zajistí aktualizace a  všestranné služby daleko do  budoucna, jakožto podporu životního cyklu této investice. Řešení procesní automatizace a  regulace průtoku v segmentu automatizace splňují rostoucí nároky odvět- ví zákazníků společnosti Metso na zvyšování účinnosti výrobních procesů s tím, jak suroviny a zdroje energie začínají být stále vzácnější a jejich cena se zvyšuje. Naše globální síť servisních odborníků přináší našim zákaz- níkům obchodní řešení pro zvýšení jejich produktivity, snížení rizika a optimalizaci nákladů. www.metso.com Společnost ABB Česká republika vykázala velmi dobré finanční výsledky a 15% nárůst tržeb za rok 2011 S polečnost ABB Česká republika oznámila své audi- tované konsolidované finanční výsledky za rok 2011, připravené v souladu s českým účetním systémem. Společnost vykázala v roce 2011 15% růst tržeb v rekordní výši 11,1  miliardy Kč. Počet zaměstnanců rovněž vzrostl na 3058, a to především díky rozšíření brněnského závodu na vzduchem izolované rozváděče a výrobky nízkého napětí. „Společnost ABB je významnou součástí českého prů- myslu a já jsem hrdý na úspěchy a pozitivní finanční výsled- ky, kterých naše pobočka dosahuje,“ uvedl Hannu Kasi, generální ředitel ABB Česká republika, a  dodal: „V  roce 2012 očekáváme mírný růst na základě příznivých prognóz budoucího vývoje na některých vývozních trzích.“ Firma si letos připomíná již 20 let působení na českém trhu a  dlouhodobě vykazuje velmi dobré hospodářské výsledky. O  jejím úspěchu na  českém trhu svědčí řada akvizic a  prestižních zakázek. K  jedné z  největších patří například kompletní dodávka elektro zařízení pro nový blok K7 elektrárny Alpiq Generation Kladno ve výši cca 470 mil. CZK. Mezi významné akvizice pak v roce 2010 převod výro- by polovodičů společnosti Polovodiče a. s., člena skupiny ČKD. ABB investuje do tohoto výrobního závodu přibližně 12,5 milionu USD, přičemž většina z nich směřuje do reno- vace a nových technologií s cílem v následujících 3 letech ztrojnásobit objem výroby. Významnou roli v úspěchu společnosti na českém trhu hraje také výrobní závod na rozvodny s regionálním zaměře- ním v Trutnově. Tato silná divize za uplynulých 6 let ztrojná- sobila objem prodaných výrobků i tržby. V určitých oborech je ABB jedničkou na českém trhu. Platí to např. o elektroin- stalačním materiálu, který lze nalézt téměř v každém domě a  budově v  České republice od  běžných domácností až po Pražský hrad, letiště Ruzyně či metro. Brněnský závod ABB je největším na světě na výrobu přístrojových transfor- mátorů pro vysoké napětí na světě. Přes 90 % tamní pro- dukce míří na export, což svědčí o vysoké kvalitě výrobků ABB z České republiky. Zdroj: MPR marketing

Jako rychlostí zvuku: pro více než 550 000 ihned dostupných komponentů zaručujeme dodávku během 24 hodin. www.rscomponents.cz

6  KVĚTEN 2012 CONTROL ENGINEERING ČESKO  www.controlengcesko.com Vývojové práce v prostředí Automation Studio a EPLAN Electric P8 P ři vývojových pracích byly mechanické, elektrické a softwarové elementy tradičně striktně odděleny a vyvíjeny samostatně. V současné době ale tyto in- ženýrské disciplíny navzájem prorůstají do integrovaného mechatronického přístupu. Tím se otevírá cesta pro efek- tivnější paralelní vývojové práce a zjednodušuje koordina- ce mezi strojními inženýry, elektroinženýry a softwarový- mi inženýry. To je důvod, proč společnost B&R integruje do svého vývojového prostředí Automation Studio expert- ní nástroje z různých oborů techniky. V prostředí Auto- mation Studio najdou uživatelé všechny funkce potřebné k vývoji automatizovaného systému – k návrhu řídicích aplikací, aplikací HMI, aplikací řízení polohy a pohybu, bezpečnostních funkcí atd. Expertní nástroje jsou do pro- středí Automation Studio integrovány prostřednictvím otevřeného, transparentního rozhraní a poskytují různé specializované funkce – jako např. EPLAN Electric P8 pro elektroinženýring. Kontinuální interakce mezi EPLAN Electric P8 a pro- středím Automation Studio umožňují vykonávat paralel- ní vývojové práce. Pro vývojáře nemůže být práce s těmi- to dvěma nástroji jednodušší. Dříve se např. konfigurace hardwaru musela ve vývojovém prostředí automatizační- ho systému znovu ručně zadávat, ačkoliv už byla jednou kompletně vytvořena nástrojem ECAD. Díky interakcím mezi prostředími Automation Studio a EPLAN Electric P8 mohou vývojáři konfiguraci hardwaru a mapovací tabul- ku I/O v prostředí Automation Studio vytvořit stisknutím jednoho tlačítka. Odpovídající procesní proměnné jsou au- tomaticky navázány na proměnné v prostředí Automation Studio. Funkce inteligentního porovnání umožňuje udržet jasný přehled, které komponenty byly nakonfigurovány v prostředí Automation Studio a které komponenty B&R jsou součástí návrhu elektrokonstrukce. Uživatelé mohou obě části projektu synchronizovat pomocí několika kliknu- tí myší. B&R podporuje všechna makra z prostředí EPLAN potřebné pro přizpůsobení různých hardwarových kompo- nent. Oblastí strojního inženýrství, elektroinženýrství a soft- warového inženýrství se ve snaze o co největší efektivitu stále těsněji propojují. Důsledkem je naléhavá potřeba změnit konvenční přístup k vývojovým nástrojům. Zatím- co v minulosti se používaly jednotlivé nástroje samostatně, bez možnosti vzájemné komunikace, jen s jednoduchými funkcemi pro export a import, nástroje nové generace do- kážou být ve vzájemné interakci prostřednictvím otevře- ných rozhraní a s využitím inteligentních synchronizačních mechanismů. Pro výrobce strojů je to klíčový krok k ovlád- nutí interdisciplinárního vývoje a k významným úsporám času i peněz. V oblasti elektroprojektování a projektování automatizace ukázaly společnosti B&R a EPLAN, jak mo- hou dva nástroje harmonicky spolupracovat – umožnil to dobře promyšlený koncept a těsná spolupráce mezi oběma společnostmi. www.eplan.cz Kurz ultrazvukové diagnostiky S polečnost TSI Systems oznamuje, že v letošním roce poprvé proběhne evropský kurz ultrazvukové dia- gnostiky ve stupni I na území Česka. Pro konání kurzu bylo zvoleno atraktivní prostředí Pivovaru Velké Po- povice, který poskytl školicí prostory i zázemí pro praktic- ká cvičení. Kurz včetně závěrečné zkoušky trvá od pondělí 11. 6. do pátku 15. 6. 2012. Kurz vede zkušený lektor Peter Boon z UE Systems Eu- rope. Účastníci kurzu obdrží rozsáhlé učební podklady a pro praktická cvičení budou k dispozici vhodné přístroje. Podrobnější informace hledejte na www.tsisystem.cz. novinky Dassault Systèmes kupuje Gemcom Software International a uvádí novou značku GEOVIA S polečnost Dassault Systèmes oznámila záměr zakoupit společnost Gemcom Software International (Gem- com), která se zabývá geologickou modelací a simulací, za zhruba 360 milionů USD. Gemcom, soukromá firma sídlící v kanadském Vancouveru, je světovým lídrem v oblasti softwa- rových řešení pro těžební průmysl. „Cílem akvizice společnosti Gemcom a jejího propojení se schopnostmi naší platformy 3D Experience je možnost modelovat a simulovat vlastnosti naší planety. Budeme tak schopni nejen lépe předvídat, ale také zefektivnit odvětví přírodních zdrojů a dalších sektorů a zajistit vyšší bezpečnost. Abychom podpořili tento ambiciózní cíl, vytvořili jsme novou značku GEOVIA,“ uvedl Bernard Charlès, generální ředitel společnosti Dassault Systèmes. Současný těžební průmysl, kde je software společnosti Gemcom hojně využíván, rychle roste. Na  celém světě je nyní v provozu více než 5500 dolů a zhruba 15000 těžebních projektů. Trh související s  těžebním softwarem zažívá silný růst, jenž se bude podle analytiků v  dlouhodobém výhledu pohybovat v dvouciferných číslech. „Potenciál pro využití nového softwarového řešení v našem portfoliu vidíme také v České republice. Věřím, že naše nabídka bude zajímavá i pro společnosti působící na českém trhu,“ uvedl Tomáš Ivančík z české kanceláře Dassault Systèmes. Po  dokončení akvizice setrvá všech 360  zaměstnanců a vedoucích pracovníků společnosti Gemcom na svých pozi- cích a bude i nadále poskytovat služby těžebnímu průmyslu. Původní vedení bude mít nově na starosti řízení organizace GEOVIA a bude dále podporovat úsilí společnosti Dassault Systèmes o modelaci světa přírody. Stávající pobočky spo- lečnosti Gemcom navíc rozšíří zeměpisné pokrytí Dassault Systèmes v  Austrálii, Africe, Kanadě, Jižní Americe, Kaza- chstánu, Mongolsku, Indonésii a Rusku. www.grayling.cz

placená inzerce E-commerce – elektronický obchod firmy DISTRELEC řešený zákazníkovi přímo na míru Společenost DISTRELEC, distributor elektroniky a počí- tačového příslušenství, vám nyní nabízí řešení přímo na míru. Jedná se o elektronický obchod e-commerce. Právě jako málohodnotné součástky, které musejí být většinou pořízeny s poměrně vysokými finančními nákla- dy – nyní každý obchodní případ, který je proveden elek- tronickou formou, šetří čas i peníze! DISTRELEC podporuje elektronické transakce od navá- zání na trh s navázáním na Váš systém zbožního hospodář- ství nebo s normalizovanými daty v katalogu pro Váš E-Pro- curementsystém.Podporoványbudou:katalogovéformáty (BMEcat, XML, ASCII,...), klasifikace (eclass, UN/SPSC,...) a transakční formáty (EDIfact, SAP ORDERS,...). Společně s obsáhlou nabídkou vysoce kvalitních pro- duktů od  1000 renomovaných výrobců vám společnost DISTRELEC poskytuje pestrou škálu výrobků z  různých oborů, např. z elektroniky, elektrotechniky, měřicí techniky, automatizace, tlakovzdušných zařízení a dále také ze seg- mentu nářadí a příslušenství. Nabídka jednotlivých výrobních oblastí je kontinuál- ně rozšiřována a  osvědčený sortiment je základem pro nástavbu, kterou tvoří nové skupiny výrobků. Standardní dodací lhůta je 24 hodin, cena za dopravu zásilky činí 5 EUR plus DPH. Mimo DISTRELEC on-line obchod (www.distrelec.cz) a různé formy e-commerce se celkový program nachází rovněž v tištěném katalogu pro elektroniku a počítačová příslušenství. Distrelec Gesellschaft m.b.H Tel.: 800 14 25 25 Fax: 800 14 25 26 e-mail: info-cz@distrelec.com www.distrelec.cz

8  KVĚTEN 2012 CONTROL ENGINEERING ČESKO  www.controlengcesko.com J azyk UML (Unified Modeling Language) je jazykem softwarového inženýrství. Vzhledem ke stále rostoucímu objemu softwarového obsahu automatizace je nutné, aby tomuto jazyku automatizační tech- nici rozuměli. Každý software má tři charakte- ristiky: strukturu (data nebo zprávy), chování a interakce systému a interní logiku. Jazyk UML definuje standardní jazyk pro každý z těchto prvků. V článku v minulém čísle jsme popisovali dvě části jazyka UML, které se týkají informa- cí o struktuře: modely tříd a modely objektů. Strukturální modely lze používat pro generová- ní databází, knihoven funkčních bloků, zpráv, definic strukturovaného textu STRUC dle normy IEC 61131-3, tříd C# nebo tříd C++. Chování systému je definováno pomocí diagramů případů užití a sekvenčních diagramů. Pro definování interní logiky se v jazyce UML využívají stavové modely. Stavové modely UML jsou rozšířenou verzí modelů konečných stavů, což jsou diagramy obsahující stavy a události. Stavové modely defi- nují interní chování objektů. Stavové modely UML byly rozšířeny, aby zahrnovaly vnořené stavy, hodnoty proměnných a podmínky. Každá událost ve stavovém modelu definuje akce, které se mají vykonat při uskutečnění události. U řídi- cích systémů zde může být také logika, která se opakovaně vykonává v případě stavu. Diagramy případů užití (Use Case Dia- grams – UCD) definují chování systému pro- střednictvím interakcí aktérů a procesů. V zása- dě definují potřebná rozhraní k procesům nebo objektům. Diagramy UCD obsahují jeden nebo více případů a znázorňují, jak externí systémy reagují v každém případě užití. Externím sys- témem může být osoba, organizace nebo jiný systém a v terminologii jazyka UML se nazý- vají „aktéři“. Aktér vykonává jednu nebo více rolí v diagramu interakcí, například když osoba hraje roli operátora nebo supervizora nebo když PLC hraje roli bezpečnostního systému. Případy užití jsou představovány elipsami a v jednom z nešťastných provedení kolaborativních norem (jako je jazyk UML) jsou aktéři znázorněni jako čárové postavičky, díky nimž diagramy UCD vypadají jako nepovedené komiksy. Každý pří- pad užití představuje jeden scénář. Scénáře představují buď normální situaci bez chyb, nebo abnormální situaci, kde může dojít k jedné nebo více chybám. Diagramy UCD by se neměly používat ke zná- zorňování sekvence kroků. Sekvenční diagramy by měly sloužit ke znázorňování časové sekvence komunikace mezi dvěma nebo více procesy či objekty. Sekvenční diagram je typem sekvenční- ho grafu zpráv, ačkoli komunikací nemusejí být zprávy, ale například volání procedur, vyvolávání objektových metod, volání webových služeb nebo jakákoli jiná metoda meziprocesové komunikace. Sekvenční diagram se používá pro popisování očekávaného nebo žádoucího toku informací pro jeden konkrétní případ užití. Například jedním případem užití může být případ užití bez chyb, který popisuje normální komunikaci, zatímco jiný případ užití může popisovat sekvenci komu- nikace, když dojde k chybě. Sekvenční diagramy slouží pro definování rozhraní k procesům nebo objektům. Každá komunikace definuje možné rozhraní, které lze implementovat jako rozhraní funkčního bloku, definice funkce strukturovaným textem dle normy IEC 61131-3, definice síťové zprávy nebo definice objektové metody. Kombinace stavových modelů, diagramů UCD a sekvenčních diagramů definuje interní logi- ku a chování systému a říká, jak bude systém reagovat na normální a abnormální podmínky. Když se stavové diagramy, diagramy UCD a sek- venční diagramy zkombinují s diagramy tříd jazy- ka UML, poskytují kompletní definici systému, které mohou snadno rozumět i neprogramátoři a kterou lze rychle konvertovat do spustitelného kódu. UML je jazykem softwarového inženýrství, kterému by všichni řídící technici měli rozumět a měli by jej začít využívat ve svých specifikacích a návrzích. ce Dennis Brandl je prezident společnosti BR&L Consulting se sídlem v Cary v Severní Karolíně. Webovástránkaspolečnostijewww.brlconsulting. com. Tato společnost je zaměřena na informační technologie ve výrobě. Dennise Brandla můžete kontaktovat na e-mailové adrese dbrandl@ brlconsulting.com. Když se stavové diagramy, diagramy případů užití a sekvenční diagramy zkombinují s diagramy tříd jazyka UML (Unified Modeling Language), definují systém, mohou je snadno pochopit i neprogramátoři a dají se rychle zkonvertovat do spustitelného kódu. Kd ž t é di di ří dů žití k č í di k bi jí Diagramy případů užití a sekvenční diagramy jazyka UML TECHNOLOGIETIT & technika Dennis Brandl BR&L Consulting

Snímače vzdálenosti, které pracují na podobném principu jako svino- vací metr, jsou často označovány různými názvy - nejčastěji však jako „lankové snímače“. Používají se již více jak 60 let a mají široké spekt- rum využití. Vysoce flexibilní ocelové lanko je navi- nuto kolem bubínku a jeho lineární pohyb je převáděn na pohyb otáčivý. Potřeb- nou sílu ke zpětnému navinutí lanka na bubínek poskytuje předpjatá pružina. Otáčivý pohyb je pak pomocí vyhodno- covacího prvku, který je pevně spojen s hřídelí bubnu, převeden na výstupní signál úměrný měřené vzdálenosti. Jako základní vyhodnocovací prvek je možné použít potenciometr, který nabízí široký rozsah napájecích napětí. Ten lze snadno rozšířit o stále široce používa- né analogové výstupní signály 4–20 mA, nebo 0–10 V přidáním proudové nebo napěťové elektroniky. Jako alternativu lze použít inkrementální, nebo absolutní enkodér. Lankové snímače jsou velmi vhodné pro aplikace, kde jsou sledovány výsuvné pohyby a v případě potřeby je také možné pomocí dodávaných kla- dek nasměrovat lanko například i za roh. Vhodnost použití lankových snímačů pro různé aplikace také vyplývá z kombinace jednotlivých klíčových funkcí. Zatímco cena a teleskopická funkce jsou rozho- dující při měření pozice rentgenového systému (obr. 3), dlouhý měřící rozsah a možnost výstupu dvou elektrických signálů je zásadní pokud jde o měření výšky zdvihu nákladu u vysokozdvižné- ho vozíku (obr. 2). Kromě toho existuje celá řada dalších aplikací, jejichž užití je možné díky pře- chodu ze spínacích systémů na průběž- ně měřicí lankové snímače. To vede téměř vždy k úspoře materiálu, času a nakonec ke zvýšení účinnosti konečného výrobku. Když je například sledována výška zdvi- hu vidlí vysokozdvižného vozíku, je rych- lost pojezdu plynule upravena na úroveň zatížení, což přispívá ke zlepšení pro- pustnosti výrobního procesu. Lankové snímače zaujímají v sorti- mentu společnosti Micro-Epsilon domi- nantní postavení. Jedná se o mechanic- ký princip měření, kde hlavní roli hraje cena, jednoduché řešení a spolehlivost. Václav Zárybnický, MICRO-EPSILON Czech Republic, spol. s r.o. Měření vzdálenosti pomocí lankových snímačů placená inzerce SENZORY MICRO-EPSILON Czech Republic 391 65 Bechyně · Tel. +420 381 213 011 info@micro-epsilon.cz LANKOVÉ www.micro-epsilon.cz INFORMUJTE SE NYNÍ! pro měření vzdálenosti a polohy Jednoduché a přesné Různé modely s měřicími rozsahy od 50 mm do 50 m Rovněž zákaznické série OEM Pro náročné průmyslové podmínky Různé výstupy: enkodér, potenciometr, proud, napětí Jednoduchá montáž a ovládání Obr. 2: Při vykládce kamionu měří lankové senzory výšku vidlí, čímž nepřímo umožňují rychlejší logistiku. Obr. 3: Lankové senzory detekují aktuální polohu v různých pozicích digitálního rentgenového systému. Obr. 4: Náhled do struktury lankového snímače. Měřicí lanko je přesně navinuto na bubínku. Obr. 1: Lankové snímače se používají také v aplikacích mobilních strojů. Zde slouží k měření vysunutí podpěr. p d n l r v O k s n l

10  KVĚTEN 2012 CONTROL ENGINEERING ČESKO  www.controlengcesko.com Bezkontaktní teploměry Raytek pro měření vysokých teplot Zvláštnosti měření vysokých teplot Bezdotykové měření vysokých teplot vychází ze stejných fyzikálních principů jako měření teplot nízkých. V technické praxi se rozumí vysoký- mi teplotami hodnoty do 3000 °C. V porov- nání s nízkými teplotami se měří na kratších vlnových délkách, proto je měření méně citlivé na správné nastavení emisivity. Vysokoteplotní pyrometry mají rychlou odezvu v řádu jednotek ms. Konstrukce vysokoteplotních bezkontakt- ních teploměrů využívá dvě techniky. První realizuje absolutní měření, označované jako jednopásmové nebo jednobarevné (1C). Druhá technika realizuje poměrové měření, nazývané dvoupásmové nebo dvoubarevné (2C). Jedno- pásmové měření selhává v případech, kdy dojde ke snížení vyzářené infračervené energie vlivem útlumu v prostředí mezi měřeným objektem a objektivem pyrometru. K absorpci může dojít na nečistotách v atmosféře jako je prach, kouř, vodní páry nebo obstrukcí zorného pole mecha- nickými překážkami. V takových případech je lepší aplikovat měření poměrové, kdy se výsledná teplota vypočítává z poměru energií na dvou různých blízkých vlnových délkách. Tento princip funguje spolehlivě s vysokou přes- ností a reprodukovatelností měření až do 95 % zatlumení vyzářené energie. Poměrové pyrome- try se v praxi nasazují například v ocelárnách a slévárnách se silně znečištěnou atmosférou nebo při měření teploty přes cívku induktoru, kdy dochází k dílčímu zaclonění. Poměrové měření se používá při teplotách vyšších než přibližně 500 °C. Systémové pyrometry Raytek Pro teplotní rozsah od 600 do 3000 °C je nabíd- ka přístrojů velmi bohatá. K dispozici je něko- lik standardních provedení a speciálních verzí a široká škála příslušenství pro ochranu pří- strojů před nepříznivými vlivy prostředí včetně vysoké teploty okolí. Od pyrometrů pro měření vysokých teplot se kromě příslušného teplotního rozsahu očekává dobrá přesnost a reprodukova- telnost měření v těžkých průmyslových podmín- kách, výkonná optika pro měření malých nebo vzdálených cílů, přesné zaměření na cíl, rychlá odezva a možnosti digitální komunikace. Teploměry Compact MI3HT Tyto modely konstrukčně vychází z dříve popsa- né řady MI3. Měřicí hlavice jsou však robustněj- ší, mají výkonnější optiku a jsou osazeny jedno- bodovým zaměřovacím laserem. Jde o cenově nejdostupnější přístroje pro měření vysokých teplot. Aktuálně jsou v nabídce čtyři typy hlavic. Liší se teplotním rozsahem měření a optickou charakteristikou. Všechny výhody tohoto prove- dení, jako je zejména plně digitální komunikace mezi hlavicemi a řídicí elektronickou jednotkou, možnost připojení několika hlavic k jediné jed- notce a možnost přímého připojení do komuni- kační sítě, zůstávají zachovány. Měřicí teplotní rozsah přístrojů MI3HT je 250 až 1800 °C s optickým rozlišením 100:1 a přes- ností ± 1 %. Napájí se stejnosměrným napětím 24 V. Krytí je IP65. Teploměry Thermalert TX Teploměry Thermalert TX pokrývají téměř celé pásmo teplotních rozsahů bezkontaktního měření. Jako jediné mají dvouvodičové zapojení s proudovou smyčkou 4 až 20 mA a jsou k dis- pozici v mnoha variantách s různými průběhy optické charakteristiky a různou spektrální citlivostí. Modely pro měření středních a vyso- kých teplot jsou ve variantě TXC s ručním nastavováním emisivity i TXS s možností digi- tální komunikace přes sériové rozhraní počítače pomocí převodníku HART/RS232. V nabídce jsou i speciální provedení pro měření teploty skla a skloviny a modely v provedení s jiskrovou bezpečností s certifikátem ATEX. Měřicí teplotní rozsah přístrojů Thermalert TX je 200 až 2000 °C s optickým rozlišením 60:1 a přesností ± 1 %. Napájí se stejnosměr- ným napětím 12 až 24 V. Krytí je IP65. Teploměry Marathon MR Přístroje Marathon MR jsou osvědčené výkon- né poměrové pyrometry v masivním kovovém pouzdru s vysokým krytím, dobrou mechanic- kou odolností a dobrou odolností proti elek- tromagnetickému rušení. Na zadní straně je po odšroubování proskleného krytu přístupná klávesnice s několika tlačítky pro ruční nastave- ní parametrů měření. Displej zobrazuje v režimu nastavování hodnoty navolených parametrů, v režimu měření pak hodnotu teploty. Měření je uživatelsky nastavitelné do režimů 1C nebo 2C. Plné nastavení je možné pomocí programu DataTemp MultiDrop. Přístroj má kromě prou- dového výstupu i sériové průmyslové rozhraní RS485 pro přímou komunikaci s PC nebo řídi- placená inzerce Teploměr Marathon MM Teploměr Marathon FR Teploměr Marathon MR Teploměr Compact MI3HT 

www.controlengcesko.com  CONTROL ENGINEERING ČESKO KVĚTEN 2012 11 cím systémem technologie. K dispozici je také kontakt relé pro signalizaci nedosažení nebo překročení nastavených mezních teplot. Při digitální komunikaci je k dispozici informace o úrovni zatlumení infračerveného záření vlivem absorpce prostředí. Pyrometry Marathon MR se snadno zaměřují průhledovým hledáčkem nebo vestavěným laserem. Měřicí rozsah přístrojů Marathon MR je 600 až 3000 °C s optickým rozlišením až 130:1 a přesností ± 1 %. Napájí se stejnosměrným napětím 24 V. Krytí je IP65. Teploměry Marathon řady FA, FR a FG Přístroje Marathon této řady mají oddělenou elektronickou jednotku, ke které je měřicí hlavi- ce připojena optickým kabelem. Kabel může být dlouhý až 22 m. Toto provedení je pro měření vysokých teplot velmi výhodné, protože hlavice neobsahuje žádné elektronické prvky a může bez jakéhokoliv chlazení pracovat v prostředích s okolní teplotou až 315 °C i v prostředích se sil- nými elektromagnetickými poli. Modely FA jsou pro absolutní měření, modely FR pro měření poměrové. Provedení FG s teplotním rozsahem od 250 do 1650 °C je optimalizováno pro měře- ní teploty skla a skloviny. Přístrojové rozhraní a programová podpora je stejná jako u modelů Marathon MR. Měřicí rozsah přístrojů Marathon MR je 250 až 3000 °C s optickým rozlišením 100 : 1 a přes- ností ± 1 %. Napájí se stejnosměrným napětím 24 V. Krytí je IP65. Teploměry Marathon MM Marathon MM jsou nejvýkonnější přístroje pro jednobarevné měření středních a vysokých tep- lot. Kompaktní masivní hlavice z nerezové oceli je osazena DIN konektorem pro připojení digi- tálního sériového rozhraní RS485 a proudového výstupu, kontaktů relé signalizace a vstupu pro externí spoušť. Na zadní straně pyrometru je integrovaná fóliová klávesnice s displejem pro ruční nastavení parametrů. Přístroje umožňu- jí měřit i velmi malé cíle od velikosti 1,2 mm a existují i varianty s nastavitelným ohniskem. Zaostřuje se pomocí vestavěného servopohonu. Všechny typy mají zaměřovací laser a navíc optické zaměřování průhledovým hledáčkem nebo vestavěnou CCD kamerou. V kritických aplikacích je tak k dispozici obrazová informace o měřené scéně. Měřicí rozsah přístrojů Marathon MM je 300 až 3000 °C s optickým rozlišením až 300:1 a přesností ± 1 %. Napájí se stejnosměrným napětím 24 V. Krytí je IP65. Aplikace pro měření vysokých teplot Typické aplikace bezkontaktních teploměrů pro měření středních a vysokých teplot jsou při výrobě a tepelných úpravách kovů. Nejčastěji se nasazují v ocelárnách a válcovnách, ve slé- várnách, v kovárnách a při indukčním ohřevu. Z nekovových materiálů jsou četná nasazení při výrobě a zpracování skla, výrobě minerální a skelné vaty, při výpalu cementu, vápna nebo magnezitu. Měření teploty na krystalizátoru při kontinu- álním lití při výrobě oceli je náročná aplikace zejména z pohledu provozních podmínek teplo- měru. Na obrázku je vidět měřený sochor prů- hledem přes hlavici pyrometru. Je zřetelný nit- kový zaměřovací kříž s kruhem uprostřed, který vymezuje měřicí stopu, ze které se integruje infračervené záření z povrchu měřeného objektu na senzor pyrometru. Měření může komplikovat výskyt okují, které se tvoří na měřeném povrchu. Při aplikacích ve slévárnách je pyrometr vystaven obdobně drsným podmínkám prostře- dí s vysokou okolní teplotou, prašností a vib- racemi. Pro dlouhodobou spolehlivou funkci je nutné přístroj pečlivě chránit před těmito vlivy. Na obrázku je pyrometr Marathon MR umístěn v termoplášti s možností vodního chlazení. Pak je spolehlivě ochráněn až do více než 300 °C okolní teploty. Nezbytné je chránit také objektiv přístroje tlakovým vzduchem proti usazování nečistot. Pro tento typ měření jsou vhodnější přístroje s poměrovým režimem měření. Tekoucí proud kovu má proměnlivý průřez a nepravidel- ný pohyb, atmosféra okolí je silně znečištěná kouřem a prachem. Pyrometry Thermalert a Marathon se pou- žívají při měření teploty skleněných baněk při výrobě automobilových žárovek. Tato aplikace je náročná v tom, že se měří teplota velmi malé plochy skla mezi plameny hořáku. Měřený cíl je přitom neustále v pohybu a jen na krátký okamžik se zastaví k provedení technologické operace. Poměrně časté je použití bezkontaktního měření teploty v technologii výroby stavebních hmot. Jedinou možností, jak reprodukovatelně měřit teplotu materiálu nebo vyzdívky na výstu- pu rotační cementářské nebo vápenické pece, je použití poměrového pyrometru. Před vysokou sálavou teplotou je nutné pyrometr chránit termopláštěm. Na obrázku je typická instalace při měření teploty slinku. Teploty uvnitř pece mohou dosahovat až 1600 °C. TSI System s.r.o. www.tsisystem.cz placená inzerce Měření ve slévárně Měření cementářské pece Měření skla Měření na kontilití

12  KVĚTEN 2012 CONTROL ENGINEERING ČESKO  www.controlengcesko.com Z vyšování mobility pracovníků je v orga- nizacích jedním z nejvýraznějších tren- dů. Ať už se tento proces označuje jako BYOD (Bring Your Own Device – při- nes si vlastní zařízení), „několikanásobná zaří- zení“ nebo jednoduše „internet věcí“, pracovníci všech oborů – řídicí technici, přístrojoví technici, manažeři závodů, údržbáři, opraváři, konstruk- téři a nejrůznější další pracovníci závodů – se stávají mobilními pracovníky. Ti všichni využívají ke své práci bezdrátová zařízení. Je pro to mnoho důvodů. Od výrobců motorů až po potravinářské firmy, od výrobců laků až po distributory nápojů, od ropných vrtných plošin až po servisní firmy stále více společností vypřahá své pracovníky z opratí pevných kabelových spojení, které jim bránily vykonávat více práce s menším úsilím. Ke zvyšování rozsahu využívání mobility v provozech a výrobních operacích přispívá mnoho faktorů. Skutečností však zůstává, že průmysl nemá na vybranou. Procházíme jedním z největších posunů dostupnosti pracovní síly v nedávné historii. Pracovníci generace „baby- -boomu“ odcházejí a novější generace tento prostor nedokážou zaplnit. Podívejme se napří- klad na ropný průmysl. Organizace Booz Allen Hamilton asi před rokem zjistila, že naftařské inženýrství studuje na 17 amerických univerzi- tách jen 1700 studentů, zatímco v roce 1993 to bylo přes 11000 studentů na 34 univerzitách. Toto dramatické omezení zdrojů pracovní síly vyžaduje využívat více automatizace v závodech všude, kde je to jen možné, získávat větší globál- ní přístup k odborným informacím a pružnější přístup organizací a využívat skutečně mobilní pracovní síly. Rozšiřování záběru Pracovníci musejí být vybaveni nejnovějšími technologiemi a zařízeními, aby mohli komu- Mobilní pracovníci v průmyslu Technologie dovolily průmyslovým pracovníkům zvýšit produktivitu přechodem na mobilní techniku. Již není cesty zpět. Softwarová sada Apps for Engineers společnosti CFE Media je „aplikace aplikací“ poskytující katalog zhruba 60 mobilních technických softwarových aplikací užitečných pro řídící techniky, pracovníky údržby závodu a konzultační a poradenské techniky. Více informací naleznete na straně 10 tohoto vydání. téma z obálky

www.controlengcesko.com  CONTROL ENGINEERING ČESKO KVĚTEN 2012 13 nikovat s řídicími prvky automatizace a stroji v případě potřeby i na dálku. To znamená, že podkladová síťová infrastruktura musí těmto nárokům vyhovovat. Až donedávna nebyly bez- drátové sítě tak robustní, jak by si mnoho výrobních závodů přálo. Naštěstí se to rychle mění díky „průmyslově odolným“ sítím, jež dis- ponují vlastnostmi, které výrobní provozy potře- bují. Tato infrastruktura musí odolávat velké míře průmyslového rušení, zmírňovat konflikty a sama se léčit, aby dokázala udržet kontinuitu operací. Díky tomu mohou pracovníci nosit mobilní zařízení, která spolehlivěji komunikují se zaří- zeními z hlediska snímání i reagování. Stále můžete v závodech samozřejmě vidět velká čer- vená tlačítka, ale rozhraní HMI (člověk-stroj) již nejsou vždy napevno připojena ke stroji. Systémy nyní dovolují, aby pracovník monito- roval a komunikoval s několika stroji a prováděl reaktivní zásahy, pokud bude potřeba. Napří- klad systémy e-Kanban, založené na bezdrátové rádiové identifikaci RFID, se využívají u výrobců motorů pro doplňování dílů u výrobních linek a mobilní počítačová zařízení jsou připevněna k vysokozdvižným vozíkům, které komunikují se skladovými a ERP systémy a se systémy pro sledování rozpracovaných dílů a materiálu na základní výrobní úrovni. A nyní na seznam schopností mobilních zařízení přibývá řízení strojů. Mobilní pracovníci s bezdrátovými zařízení- mi jsou přínosem u firem, jako je společnost Thermo King vyrábějící systémy řízení teploty při přepravě pro přívěsy, návěsy nákladních vozidel a další aplikace. Tato firma vybavila výrobní linky bezdrátovými, bateriově napáje- nými volacími tlačítky pro doplnění dílů. Stejná bezdrátová infrastruktura, kterou pracovníci využívají pro datovou komunikaci s přenosnými a ručními mobilními počítači, se používá pro při- jímání žádostí o díly k doplnění přepravek v pra- covních úsecích. Protože toto řešení nevyžaduje pevné kabelové připojení, snadno se zavádí a navíc umožňuje flexibilní změny na jiná uspo- řádání výrobní linky. Výrobní linky lze snadno překonfigurovat pouhým přemontováním bez- drátového volacího tlačítka systému Kanban. Není nutné žádné překládání kabeláže, protože volací tlačítko je napájeno baterií. Ze stejného důvodu využívají bezdrátové systémy, senzory, akční členy a další automatizační technologie Těchto devět tipů vám pomůže s výběrem, integrací a vybavováním průmyslových mobilních pracovníků bezdrátovou technikou, včetně norem, samouzdravovacích metod a správné kombinace hardwaru a softwaru. 1) Řešení na bázi norem: Zajistěte, aby dodavatelé poskytovali řešení na bázi otevřených standardů. To je zvlášť důležité, když vybíráte systémy bezdrá- tové mobility. 2) Samouzdravovací bezdrátová technika: Systémoví integrátoři mohou poskytovat dobrá bezdrátová řešení pro detekci a potlačování rušení, která dokážou automaticky měnit kanály pro udržení kontinuity, což snižuje pro- vozní náklady. 3) Hardware versus software: Při analýze rušení je lepší využívat bezdrátové systémy se specializovanou implementací hardwaru a softwaru, než je starší implementace softwaru. 4) Zabezpečení má prvořadý význam. Hledejte systémy, které umí zobrazit a mapovat jakákoli zařízení ovlivňující zabezpečení, jež nabízejí schopnost přizpůsobovat upozornění podle lokality, například podle určitého patra budovy. 5) Zapojte pracovníky: Zaměstnanci reagují mnohem pozitivněji, když jsou zapojeni do projektů jakožto součást procesu zpětné vazby. 6) Rozvíjejte standardy: V souvislosti s tím, jak vývoj v průmyslu uzrává, budou společnosti vytvářet partnerství, aby daly dohromady své nejlepší odborné znalosti a zkušenosti. Některé produkty ponesou společnou značku, aby naplnily potřeby IT techniků a řídících a automatizačních techniků. 7) iPady na základní výrobní úrovni: Novější generace pracovníků jsou stále mobilnější, stále více jsou technickými nadšenci a očekávají, že mobilní nástroje a zařízení jim pomohou při jejich práci. 8) Řešení s detekcí zlovolného přístupu: Systémy detekce a prevence průniků byly navrženy, aby řešily otázky zabezpečení, například aby zkoumaly, jakým způsobem mohou místa zlovolného přístupu otevřít bezpečnostní díry v podnikové nebo řídicí síti. 9) Dopad videa: Jednoduchá zařízení, jako jsou bezdrátové videokamery nebo analogové bezšňůrové telefony, mohou neúmyslně způsobit úplné zablo- kování vaší sítě. Integrovaný dozor nad spektrem a správa spektra dokážou velmi účinně identifikovat tyto typy bezpečnostních hrozeb. Peter Granger je senior manažer společnosti Cisco Systems. www.cisco.com Devět tipů pro chytřejší bezdrátovou průmyslovou pracovní sílu Mobilní aplikace vzdáleného rozhraní HMI C-more společnosti Koyo umožňuje uživatelům monitorovat a řídit operace z panelu aplikace C-more stejným způsobem, jako by to prováděli na skutečném dotykovém panelu. Snímek poskytla společnost AutomationDirect.

Mobilní aplikace PowerEdge společnosti Eaton umožňuje přístup k firemním elektrickým katalogům, videím a školením prostřednictvím zařízení Apple iPhone nebo iPad. Snímek poskytla společnost Eaton. i ropné společnosti. Přinášejí flexibilitu a obrov- ské úspory co do manuální práce, když není potřeba pokládat napájecí, ethernetové a další síťové linky po rozsáhlé ploše závodu. Když závod implementuje bezdrátovou infra- strukturu, která je dostatečně odolná, aby zvlá- dala práci v prostředí s pohybem vozidel, jako jsou vysokozdvižné a další vozíky, které mohou vydávat elektromagnetické rušení, způsobovat blokování coby překážka z kovu a zapříčiňovat síťové rušení, pak lze nasadit systémy sledování rozpracovaných dílů další aplikace pro doda- vatelský řetězec. To mobilním pracovníkům umožňuje mít u sebe zařízení, někdy napevno připevněná k vozidlu, pro komunikaci se soft- warem systému plánování podnikových zdrojů (Enterprise Resource Planning – ERP) a systé- mu pro operativní řízení výroby (Manufacturing Execution System – MES). Firmy, jako je John Deere a Continental Tires of the Americas, zavádějí mobilitu na výrobní úrovni a zajišťují tak, že se ve správnou chvíli použijí správné díly a materiály a že problémy s dodavatelským Mobilita s odolností pro použití v průmyslu je dnes již realitou u výrobních a IT pracovníků. „Přijměte ji, veďte ji, zajistěte její zabezpečení, jinak bude diktovat, jak se vaše podniky budou měnit,“ doporučovali odborníci na nedávné průmyslové konferenci. Mobilní průmysloví pracovníci se mohou připojovat k automatizačním nebo podnikovým systémům pomocí předem schválených zařízení a apli- kací. Pracovník si může přinést vlastní zařízení a získávat pracovní aplikace, některé možná i poskytnuté jeho pracovištěm. Tyto postu- py však zásady některých organizací sankcionují. Trendy, možnosti a tipy v oblasti mobilních aplikací zkoumala konference zaměřená na řešení mobility, kterou 8. února 2012 pořádala organizace ARC Advisory Group. a Greg Gorbach, viceprezident společnosti ARC, k tomu dodává:  Zařízení a aplikace pro mobilitu se vyskytují v oblasti přepravy, v chytrých mobilních telefonech, tabletech, mobilních rádiových vysílačkách a dalších zařízeních společně s jejich vyztuženými průmyslovými protějšky. Využívají bezdrátové lokální sítě LAN, externí bezdrátové širokopásmové sítě, mobilní prostředky, GPS a bezdrátové sítě.  Zaměstnanci mají rychlejší přístup a komunikaci s výrobními prostředky, aplikacemi a zákazníky, doufejme, že zabezpečeným způsobem.  Informace se prohlížejí nebo vyměňují pomocí specifických apli- kací na určitých operačních systémech nebo v „zapouzdřených“ webových aplikacích nevázaných na konkrétní operační systém. Nástroje pro vývoj a integraci mohou využití rozšířit a přizpůsobit. Je nutno zvážit použití firewallů.  Skupiny poskytovatelů mobility zahrnují průmyslový hardware a software, komunikační infrastrukturu a mobilní zařízení.  Když plánujete zavádění mobility, zvažujte potřeby uživatelů a místa, kde může mít mobilita rychle velký obchodní dopad, přemýšlejte, jaké typy zařízení použít a zda infrastruktura závodu potřebuje expandovat, aby se přizpůsobila připojeným bezdráto- vým zařízením – mobilním nebo jiným. Ve studii provedené společností ARC Group na téma implemen- tací bezdrátové techniky bylo pro respondenty hlavním problémem zabezpečení, dále následovaly náklady a obchodní odůvodnění, inte- grace se stávajícími sítěmi, otázka, zda jsou potřeba modernizace, či nikoli, a druhy řešení či jejich dostupnost. Tyto otázky jsou řešeny. „Bezdrátová mobilita mění důvod a způsob, jak provádíme naši obchodní činnost, jak věci vyrábíme a jak probíhají pracovní proce- sy, a výrobcům přináší vyšší efektivitu a rychlejší schopnost reakce,“ uvádí Gorbach. Implementace mohou přispět k inovování a rozšíření podnikání, zlepšit soulad s předpisy i bezpečnost a zkvalitnit schop- nost práce v reálném čase. Výrobce skelných vláken a jeho priority v oblasti mobility Co dělá společnost Owens Corning pro to, aby se připravila na mobilnější pracovní sílu? Jim Beilstein, ředitel pro výrobní techno- logie a globální IT operace společnosti Owens Corning, vysvětluje, jak mohou mobilní technologie přispět k tomu, aby mnoho z 15000 zaměstnanců společnosti působící ve 28 zemích bylo produktivnější- mi výrobci izolace ze skelného vlákna PINK, střešních krytin, asfalto- vých pásů a výztuží ze skelných vláken. „Podniková mobilita je pro nás prioritou. Zabezpečení, shoda s předpisy a nalezení správných mobilních aplikací pro pracovní sílu patří mezi naše klíčové oblasti zájmu,“ tvrdí Beilstein. „Postupujeme velmi rozvážně, abychom zajistili, že budeme mít komunitu, jež bude využívat nástroje, které jim dáme k dispozici.“ Jeho záměrem je inte- grovat do pracovního prostředí využívání tabletů a chytrých telefonů. Firemní kontrakty na využívání mobilních zařízení postupně končí a nahrazují je chytré telefony vlastněné zaměstnanci, jejichž uživate- lé jsou dnes téměř stejnoměrně rozděleni na majitele telefonů Apple iPhone (iOS) a vlastníky chytrých telefonů s operačním systémem Mobilita v průmyslu: Informace tam, kde jsou potřeba 14  KVĚTEN 2012 CONTROL ENGINEERING ČESKO  www.controlengcesko.com téma z obálky

Mobilní aplikace Opto iPAC společnosti Opto 22 rozšiřuje průmyslovou síť a optimalizuje autorizovaný přístup k základní výrobní úrovni za účelem prohlížení, odlaďování a nastavování síťových řídicích systémů pomocí chytrého telefonu nebo tabletu. Snímek poskytla společnost Opto 22. Mobilní pracovníci reagují na alarmy a prohlížejí datové protokoly Zařízení Apple iPad a aplikace jsou vše, co Peter Souvanna potřebuje ke vzdálenému přístupu a provozování operátorských rozhraní na bázi pracovních stanic u výrobce Toyo Tanso USA v Portlandu, stát Oregon. Tato firma vyrábí izostaticky tvářené grafitové produkty používané při výrobě polovodičů, v lékařství, letectví a v dalších oborech. Peter Souvanna, manažer informačních tech- nologií společnosti Toyo Tanso USA, provozuje na svém zařízení Apple iPad aplikaci Wyse Pock- etCloud pro iOS od společnosti Wyse Technology, která dokáže zabezpečeně provozovat pracovní stanice na bázi Microsoft Windows, na nichž běží software Opto 22 PAC Display HMI (PAC – Pro- cess Automation Controller, programovatelný řídicí automat). HMI software zase komunikuje s automaty PAC a I/O Opto 22 Snap, které řídí automatizační systémy závodu. Z kterékoli loka- lity se zabezpečeným připojením Wi-Fi nebo 3G může Peter Souvanna přistupovat k pra- covní stanici a používat operátorské rozhraní, na němž může monitorovat systém závodu, reagovat na alarmy, prohlížet protokolovaná data a podobně. „Vzdálená obsluha operátorského rozhraní byla původně plánována jako opatření pro nouzové situace,“ vysvětluje Souvanna. V takové situaci, kdy je nutná evakuace, například při úniku plynu, mohou pracovníci pomocí zařízení iPad vzdáleně přistupovat k aplikaci a provozovat vyhrazenou nouzovou pracovní stanici zvnějšku postižené budovy nebo ze vzdálené lokality. Avšak kom- binace iPadu a aplikace Wyse PocketCloud se osvědčila jako rychlá a snadná a její použití se brzy rozšířilo na každodenní. Souvanna tvrdí, že aplikace se rychle otevírá, a protože má svůj iPad obvykle po ruce, může se rychle připojit k pracovní stanici a obsluhovat řídicí prvky na obrazovce v aplikaci PAC Display. Jakožto manažer informačních technologií tes- tuje Souvanna průběžně nejrůznější technologie s ohledem na případné využití. Zpočátku byl k myšlence používat iPad a aplikaci Wyse Pock- etCloud skeptický, ovšem snadnost jejího použití jej přesvědčila. „Prostě to funguje,“ nechává se slyšet Souvanna. Společnost Wyse Technology, autor aplikace PocketCloud, nabízí i verzi této aplikace pro systém Android a Souvanna plánuje testovat tablety na bázi systému Android pro ste- jné využití. David Hill pracuje pro technický marketing společnosti Opto 22. www.opto22.com ww.ttu.com Android. Usiluje také o zabezpečený bezdrátový přístup k některým sítím, a to s určitým tunelováním pro přístup návštěvníků. K vyvíjeným nebo zvažovaným aplikacím patří přístup pracovníků lidských zdrojů prostřednictvím zařízení Apple iPad pro stanovování cílů v rámci hodnocení výkonu zaměstnanců, analytické nástroje pro obchod a management či spolupráce s klíčovými dodavateli. K výrobním zájmům patří využití tabletů pro sledování klíčových výkonnostních ukazatelů (KPI), zasílání výstrah operátorům a dalším zainteresovaným stranám, včetně managementu. Pilotní projekt mobilní pracovní síly v Číně s využitím tabletových zařízení zahrnuje denní výrobní KPI a ukazatele efektivity, které výrobním týmům pomáhají optimalizovat chod závodu. Výrobní tech- nologie a IT byly ve společnosti Owens Corning nějakým způsobem propojeny již 10 let, což pomohlo při přechodu na mobilitu a při migraci na průmyslově standardnější, nespecializované technologie na základní výrobní úrovni. Jim Beilstein, původně vystudovaný chemický inženýr, se usmí- vá a říká: „Členům našeho týmu IT kladu zajímavé otázky ohledně rychlosti a hodnoty technického zavádění IT do výroby.“ K dalším tématům patří otevřenost, zabezpečení, standardy, rozsah záběru IT a vazby mezi systémy. „V závodě společnosti Owens Corning na výrobu kompozitních materiálů v čínském Yuhangu byly klíčovými hledisky prioritizace cílů, návratnost investice, architektura a služby mobilní aplikace stejně jako její integrace s podnikem, rozvoj spolupráce s více doda- vateli a údržba. Dalšími otázkami byly infrastruktura, zabezpečení, správa mobilních zařízení, prostředí s více zařízeními a strategie. Více než třetina zaměstnanců se rozhodla pro variantu využívání svých vlastních chytrých telefonů. Na těchto pilotních instalacích se doladí strategie pro širší zavedení. Větší míra bezdrátové propoje- nosti pracovníků nakonec sníží nutnost cestování díky videokonfe- rencím na mobilních zařízeních, urychlí rozhodování, sníží náklady a zajistí rychlejší řešení problémů. Zabezpečený protokol Wi-Fi ustoupí využívání sítí 3G a 4G a aplikace budou nezávislejší na plat- formě,“ doplňuje Beilstein. Mobilní IT služby a propojení „Mobilní implementace prodávají zaměstnanci poskytovatele IT služeb,“ upozorňuje Kent Sanders, hlavní architekt společnosti CSC. Jeho společnost mimo jiné nabízí mobilní aplikace pro řízení vztahů se zákazníky (Customer Relationship Management – CRM) a sou- visející analytické nástroje. Sanders připomíná, že se velmi zajímal o to, jak může 92000 zaměstnanců firmy v 90 zemích světa využívat mobilitu interně a externě a pomáhat klientům s podobnými imple- mentacemi. Mobilita může umožnit realizaci procesů, vylepšovat je, začlenit analytiku a řešení na různých úrovních a přinášet správné informace správným lidem ve správný čas. „Náš přístup znamená začít s obchodními cíli na mysli, získat poznatky v rámci pilotních projektů, provést implementaci a roz- šiřovat zavádění podle potřeby,“ konstatuje Sanders. Postupování po malých krocích přináší užitečné informace pro získání interní podpory během zavádění. „Získáváme zkušenosti s využíváním vlastních zařízení zaměstnanci – 95 % mobilních zařízení zakoupe- ných jednotlivými osobami se využívá také pro práci, ať už s požeh- náním firmy či bez něj,“ uvádí Sanders. „Firmy mají příležitost řídit aktivitu pracovníků pomocí škálování a usnadňovat a zjednodušovat ji s cílem zvýšit produktivitu zaměstnanců. Využívejte mobilní zaří- zení, navažte je na obchodní cíle a buďte produktivnější. Mobilní aplikace rovněž mohou usnadňovat zákazníkům nákup produktů. Mobilní analytické nástroje a vykazování zase usnadňují práci,“ domnívá se Sanders. Další informace naleznete v internetové verzi tohoto článku na adre- se http://controleng.com. Pouze v angličtině. www.controlengcesko.com  CONTROL ENGINEERING ČESKO KVĚTEN 2012 15

16  KVĚTEN 2012 CONTROL ENGINEERING ČESKO  www.controlengcesko.com Sada Apps for Engineers společnosti CFE Media obsahuje nejrůznější kalkulátory, katalogy, prohlížeče souborů, měřicí nástroje a další aplikace. Sada Apps for Engineers by měla být k dispozici na serverech App Store a Android Marketplace v květnu 2012. Snímek poskytla společnost CFE Media. řetězcem bude možné napravovat v reálném čase. Pracovníci skutečně „vidí“ konfiguraci základní výrobní úrovně na svých zařízeních a mohou ji používat jako mapu v reálném čase. Vidět, co se děje Schopnost lépe „vidět“, co probíhá, je dalším přínosem vybavení pracovníků bezdrátovými technologiemi. Při interakcích mezi firmami, například mezi společnostmi Boeing a GE Avi- ation na téma motorů letadla 787 Dreamliner, spolu mohou technici hovořit pomocí zařízení pro přenos videa a hlasu. Zařízení, které využívá společnost GE Aviation, vypadá jako tradiční zrcadlovka (SLR), přičemž jde o bezdrátové zaří- zení pro IP telefonii a videokomunikaci, které dokonce umožňuje použití tzv. elektronické tužky (značky na obrazovce kreslené mobilní- mi pracovníky a vzdálenými techniky) a vstup dalších zařízení (např. boroskopů pro inspekci dutin), aby technici „viděli“, co je uvnitř motoru nebo dílu, a získávali tak data v reálném čase. Tito mobilní pracovníci se mohou například pohybovat po závodě a zasílat video v reál- ném čase vývojářům v zasedacích místnostech pomocí metod videokonferencí. Z hlediska automatizace a řízení se bezdrá- tová technika postupně stává normou. Výrobní odvětví (diskrétní, procesní a hybridní) se začí- nají opírat o informace v reálném čase získané z bezdrátových sítí senzorů nainstalovaných na klíčových místech závodu nebo terénního pracoviště. Těmito daty mohou být měření tlaku vzduchu, elektrického proudu, hmotnostního zatížení, koroze, výšky hladiny paliva, teploty, průtoku v potrubí a podobně. Tyto datové body mají zásadní význam pro účinné a efektivní provozování bezpečného závodu. Mnoho z nej- robustnějších systémů bezdrátových senzorů využívá technologii samoorganizující se sítě typu mesh, která je ověřená a vyzkoušená a je základem pro normy WirelessHART a ISA100. Více mobility, více datového řízení V průběhu roku 2012 budou bezdrátové techno- logie nadále přispívat ke zvyšování produktivity pracovníků. Budeme vídat více ručních zařízení ve formě tabletu, některá v odolném provedení, jiná v tradičním. Bude se využívat více zařízení připojených k více sítím a ta budou produkovat více dat. Zainteresované strany budou chtít mít větší kontrolu, větší přístup a větší zabezpečení a s tím přijde i větší složitost, pokud se tyto požadavky neimplementují správným způso- bem. Největším problémem pro řídící techniky a IT oddělení organizací bude výsledná záplava dat – nikoli už jen statických dat (uložených například v datových skladech), ale spíše dat v pohybu. To, jak budou organizace implementovat datovou mobilitu, prokáže hodnotu kabelových a bezdrátových sítí při práci s informacemi v reálném čase a jejich dopad na řídicí prvky. V inteligentní síti je možno dávat dohromady různá vlákna informací a získávat tak poža- dované znalosti. A vracíme se tak k úvodnímu tématu – tyto znalosti pomohou organizacím vyrovnat se s úbytkem kvalifikovaných a zku- šených pracovníků. ce Peter Granger je senior manažer společnosti Cisco Systems. www.cisco.com téma z obálky

www.controlengcesko.com  CONTROL ENGINEERING ČESKO KVĚTEN 2012 17 Návrh řízení válcovací tratě metodou Model-Based Design P rogramovatelnélogickéautomaty(PLC) představují jeden z nejčastěji využíva- ných prostředků pro řízení průmys- lových systémů a procesů. Nasazené aplikace počínají jednoduchými obvody s jedním vstupem a jedním výstupem a končí systémy s mnoha provazbenými řídicími smyčkami a slo- žitou kontrolní logikou. U jednoduchých úloh, jako je řízení samostatným PID regulátorem, je možné implementovat PID algoritmus a nastavit jeho zesílení přímo za běhu zařízení. Složitější situace nastává u rozvětvených řídicích archi- tektur. Zde je zapotřebí určit hodnoty mnoha parametrů a zajistit, aby všechny části řídicího algoritmu fungovaly společně dle zadaných poža- davků. Ladění komplexního řídicího systému s reálným prototypem nebo skutečným procesem není pouze časově náročné, ale přináší též značné riziko poškození zařízení. Řešením je návrh a verifikace komplexních strategií řízení pomocí simulačních modelů. Ze stejných modelů lze následně automaticky vyge- nerovat strukturovaný text dle normy IEC 61131 určený pro PLC. Metoda nazvaná Model-Based Design je postavena na nástrojích MATLAB® a Simulink® firmy MathWorks® . MATLAB je interaktivní prostředí pro tech- nické výpočty, vývoj algoritmů, analýzu dat a vizualizaci. Simulink je nadstavba MATLABu, která poskytuje grafické prostředí pro modelo- vání a simulaci dynamických systémů. Modely se vytvářejí pomocí blokových schémat, která reprezentují matematický popis soustavy. Simu- link umožňuje simulovat a analyzovat široké spektrum úloh, včetně návrhu řídicích systémů a modelování fyzikálních soustav. Následující článek demonstruje postup návr- hu metodou Model-Based Design na příkladu průmyslové válcovací tratě pro výrobu ocelových plechů. Systém válcovací tratě: cíle řízení Výstupem z válcovací tratě je ocelový plech kon- stantní tloušťky získaný ztenčením výchozího polotovaru. Typická trať sestává z několika vál- covacích stolic, v nichž dochází k postupnému ztenčování ocelové tabule. Polotovar v každé stolici prochází dvojicí válců (duo) přitlačova- ných k sobě potřebnou silou. Mezi válcovacími stolicemi jsou umístěny kompenzační prvky, které udržují konstantní napětí v materiálu a zabraňují vzniku trhlin nebo prově- šení plechu (obr. 1). Při simulaci válcovací tratě byla nejprve modelována jediná válcovací stolice, včetně návrhu vhodného řízení. Obecněj- ší konfigurace byla následně získána propojením několika válcovacích stolic za sebou. Řídicí systém válcovací tratě musel splňovat následující požadavky: • tloušťka plechu na výstupu válcovací tratě: 8 mm ±0,1 mm; • požadovaná propustnost na výstupu válcovací tratě: 1 m/s ±0,1 m/s; • konstantní napětí v materiálu 1,75×105 N/m2 po 100 sekundách pro každou stolici; • detekce poruch senzorů a akčních prvků, následná automatická korekce nebo bezpečné zastavení provozu. Model soustavy Návrh systému započal tvorbou dynamické- ho modelu válcovací soustavy, který sloužil k následnému vývoji a testování řídicích algo- ritmů. Modelování sestávalo ze dvou kroků; nejprve byly modelovány jednotlivé válcovací stolice a následně kompenzační prvky mezi nimi. Součástí válcovací stolice je hydraulický akční prvek, který přitlačuje válce k sobě a vyvolá- vá kompresi materiá- lu. Rotační pohyb válců je ovládán připojeným elektromotorem, jenž pomáhá regulaci rych- losti průchodu tvářeného materiálu. K modelování mechanických, elektric- kých a hydraulických prvků soustavy byly vyu- žity nadstavby Simulinku pro fyzikální modelová- ní (SimMechanics, Sim- aplikace v praxi Obr. 1: Schéma válcovacího procesu Obr. 2: Model válcovací stolice v Simulinku

18  KVĚTEN 2012 CONTROL ENGINEERING ČESKO  www.controlengcesko.com scape a SimHydraulics), které obsahují hotové modely základních fyzikálních komponent, jako jsou mechanická tělesa, hydromotory, potrubí, elektromotory apod. Nebylo tedy třeba manuálně odvozovat matematický popis soustavy. Obdobně byl vytvořen i model kompenzačního prvku, který sestával z propojení tří mechanic- kých těles reprezentujících napínací element a ocelový plech před elementem a za ním. Násled- ně byl propojen model válcovací stolice a kom- penzačního prvku do jediné sestavy (obr. 2). Návrh řídicího systému V dalším kroku byl využit model soustavy k návr- hu regulace. Typická architektura rozvětveného řídicího systému vícestupňového válcovacího procesu je znázorněna na obrázku 3. Řídicí sys- tém sestává z následujících částí: R1 – řízení otvírání hydraulického ventilu, který ovládá přítlačnou sílu mezi válci a určuje tloušťku plechu; R2 – řízení napětí DC motoru, který rotuje válci a určuje rychlost pohybu plechu; R3 – nastavuje referenci pro úhlovou rychlost válců a tím nepřímo dosahuje požadovaného napětí v materiálu; když je napětí v materiálu vyšší než požadovaná hodnota, pak je nastavena vyšší požadovaná rychlost otáčení dodávající větší množství materiálu, což způsobí snížení napjatosti, a naopak; R4 – řízení proudu motoru napínacího ele- mentu, který udržuje přesnou hodnotu napětí v materiálu. Můžeme si všimnout, že všechny regulač- ní smyčky jsou provazbené. Např. hydraulický akční člen řízený regulátorem R1 ovlivňuje nejen tloušťku materiálu, ale také rychlost jeho prů- chodu. Regulátory R2 a R3 pracují v součinnosti, aby udržely požadovanou napjatost materiálu i rychlost průchodu. Návrh řízení byl nejprve proveden pro jednu válcovací stolici. Nelineární model soustavy byl automaticky linearizován pomocí nástroje Simulink Control Design. Na jeho základě byla v grafickém prostředí nastavena zesílení PID regulátoru. Ladicí algoritmy automaticky vypo- četly hodnoty jednotlivých složek podle požado- vané odezvy. Konečné doladění bylo provedeno s původním nelineárním modelem pomocí opti- malizačních funkcí nástroje Simulink Design Optimization, takže systém vykazoval správné chování i za přítomnosti nelinearit. Kompletní návrh byl prověřen řadou simulací s nelineárním modelem. Model soustavy tak sloužil ke dvěma účelům: linearizovaný model byl využit k nasta- vení regulátorů a plný nelineární model sloužil k verifikaci navrženého řízení při simulaci regu- lace v uzavřených smyčkách. Modelování a simulace kompletního systému Vytvořené subsystémy válcovací stolice a kom- penzačního prvku s navrženou regulací byly využity jako komponenty třístupňové válcova- cí tratě sloučené do jediného modelu. Celkový model obsahuje kromě těchto prvků i doplňující subsystémy, které slouží k modelování dalších aspektů procesu, jako je zachování konstantního množství hmoty nebo dopravní zpoždění mezi jednotlivými stolicemi. Časové průběhy proměn- ných veličin pro všechny tři stolice jsou znázor- něny na obrázku 4. V každé stolici bylo dosaženo stanovaného ztenčení materiálu, aby výsledný ocelový plech odpovídal zadaným požadavkům. Změny v napjatosti materiálu mezi jednotlivými stolicemi byly také efektivně potlačeny. Návrh diagnostického systému Kromě zpětnovazební regulace musí procesní řídicí systém obsahovat i operátorskou a dia- gnostickou logiku pro detekci poruch a zajiš- tění plynulého provozu. Jejím úkolem je např. monitorování stavu senzorů a akčních členů v systému. V článku se zaměříme na systém obnovy po poruše, který detekuje poruchy v hyd- raulických ventilech a reaguje na ně korekčními opatřeními. Řídicí logika byla navržena tak, aby rozkládala celkové požadované ztenčení materi- álu mezi jednotlivé válcovací stolice. Když dojde k selhání hydraulické komprese jedné ze stolic, logika prověří, zda mohou zbývající stolice tento výpadek kompenzovat. Pokud tomu tak je, dojde k přepočítání požadovaných hodnot ztenčení pro zbývající stolice tak, aby bylo opět dosaženo požadované výsledné tloušťky plechu. Pokud ne, dojde k bezpečnému zastavení provozu celé tratě. Logika byla navržena v grafickém nástroji Stateflow, který slouží pro modelování stavo- vých diagramů. Je třeba dodat, že prezentovaná logika představuje zjednodušení logického sys- tému, který bylo nutné vytvořit pro reálné řízení procesu. Zjednodušení předpokládá, že porou- aplikace v praxi Obr. 3: Architektura rozvětveného řídicího systému válcovací tratě

www.controlengcesko.com  CONTROL ENGINEERING ČESKO KVĚTEN 2012 19 chaná válcovací stolice nezpůsobuje žádné ztenčení materiálu a dovoluje jeho plynulý průchod. V reálném přípa- dě by bylo zapotřebí mnohem složitější a komplikovanější logiky. Funkce logického systému byla tes- tována pomocí uměle zanesené poru- chy do modelu soustavy v Simulinku. Simulační výsledky reakcí soustavy na poruchu nejprve jedné a poté i druhé válcovací stolice jsou graficky znázor- něny na obrázku 5. Při poruše první válcovací stolice vyhodnotil diagnostic- ký systém, že zbývající dvě mohou záva- du kompenzovat, a došlo ke stanovení nových požadavků na ztenčení materi- álu v jednotlivých stolicích. Po poruše druhé stolice již není možné poruchu kompenzovat, protože samotná válco- vací stolice nedokáže ztenčit polotovar v plném rozsahu. Dochází tedy k bez- pečnému odstavení provozu. Implementace na PLC Řídicí systém navržený v Simulinku a Stateflow byl automaticky přeložen do podoby strukturovaného textu dle IEC 61131 pomocí nástroje Simulink PLC Coder. Tento formát může být importován do integrovaného vývojo- vého prostředí (IDE) daného PLC hard- warem. Generovaný text obsa- huje množství komentářů, díky nimž lze snadno dohledat části modelu příslušné konkrétním řádkům. Automatické generování kódu eliminuje chyby, které mohou vzniknout při ručním přepisu do vhodného formátu. Také pomáhá zaručit, že výsled- ný strukturovaný text nasazený na PLC produkuje numerické výsledky, jež úzce korespon- dují s výsledky pozorovanými během simulací. Simulink PLC Coder také vytváří doplňkové testovací soubory, které umož- ňují porovnat výsledky struk- turovaného textu spuštěného v IDE s originálními výsledky ze simulací. Závěr Metoda Model-Based Design nabízí přímočarý vývoj systémů od modelo- vání fyzických komponent přes návrh řízení až po automatickou implemen- taci algoritmů na cílovou platformu. Kromě kroků uvedených v příkladu je možné návrh dále rozšířit o komplexní verifikaci implementovaných systémů pomocí hardware-in-the-loop simulace. Model fyzické části soustavy přeložíme do zdrojového kódu v jazyce C, který nasadíme na vhodný real-time simulá- tor. K simulátoru připojíme řídicí PLC hardware s implementovanými algo- ritmy a pomocí simulací v reálném čase prověříme jejich chování. Můžeme tak odzkoušet řadu situací, včetně reak- cí na poruchové stavy, které bychom s reálnou soustavou nebyli schopni provést jak z finančních, tak z bezpeč- nostních důvodů. Distributor produktů společnosti MathWorks v České republice a na Slovensku: HUMUSOFT s. r. o. http://www.humusoft.cz Obr. 4: Simulační výsledky – průběh veličin válcovacího procesu Obr. 5: Reakce systému na vznik poruch (kompenzace/odstavení) aplikace v praxi

20  KVĚTEN 2012 CONTROL ENGINEERING ČESKO  www.controlengcesko.com hlavní téma I mplementace systému správy výrobních prostředků, který pokrývá provozní pří- strojovou techniku v prostředí procesního závodu, vyžaduje určitý typ platformy pro inteligentní zařízení. Protože většina moderních provozních zařízení nabízí funkčnost komuni- kace HART nad rámec analogové regulované veličiny, závody možná budou muset zvažovat, zda při přechodu na systém správy přístrojové techniky využít tradiční I/O nebo I/O s integro- vanou funkčností HART. Tento článek zkoumá určité klíčové otázky pro konečné uživatele usilující o optimalizaci fungování jejich přístrojové techniky po dobu životního cyklu. Jsou informace HART dostateč- né pro komplexní program správy výrobních pro- středků? Je nutné použít I/O s nativní podporou HART, nebo existují praktické způsoby, jak je využít v prostředí starších I/O? Měli by uživatelé počítat s provedením podstatných změn hardwa- ru, aby získali dobře fungující systém? Základní předpoklady Stále více výrobců se přiklání k systémům správy přístrojové techniky (Instrument Asset Management System – IAMS), aby zvýšili efek- tivitu svých procesů, snížili nároky na údržbu a zvýšili celkovou produktivitu. Závody mohou dosahovat výrazného snížení provozních nákla- dů a míry výrobních prostojů díky implementaci efektivní strategie výrobních prostředků. Proto- že velké procento tržeb z výroby je rozpočtováno na údržbu, tyto úspory významně přispívají ke zlepšení hospodářských výsledků firem. Jakmile se zařízení závodu uvede do provozu, začíná jeho degradace. Proces, lidské zásahy a čas se spikly a postupně naru- šují fungování procesního zaří- zení a souvisejících provozních zařízení. Aby bylo možné toto zhoršování dostat pod kontrolu a zpomalit, skupiny údržby závo- dů jsou odpovědné za provozní dohled a včasné opravy zařízení. Výzvou pro ně je udržovat insta- lované výrobní prostředky v pro- vozu a zároveň omezovat objem zdrojů a personálu potřebných pro funkci údržby. Pro dočasnou lokální interakci s inteligentní provozní přístrojovou technikou lze použít lokální operátorské roz- hraní nebo ruční komunikátor. Zapotřebí jsou určité prostřed- ky pro komunikaci s provozními přístroji na kontinuální celopod- nikové bázi, které by zachyco- valy informace pro preventivní údržbu a prováděly by příslušné kroky vzdáleného servisu. To je základní funkcí systému IAMS. Pochopení technologie V posledních letech se prokáza- lo, že provozní zařízení a vyba- vení podporující digitální tech- Protokol HART je nejrozšířenější platformou pro inteligentní zařízení. Je správnou volbou i pro váš závod? Pro konečné uživatele uvádíme určitá hlediska ke zvážení. Používání protokolu HART se systémy pro správu výrobních prostředků John Yingst Honeywell Process Solutions Digitální signál HART nesoucí procesní data primární, sekundární, terciární a informace o diagnostice Modul rozhraní HART získává data z inteligentních přístrojů HART (primární master HART) Signál 4–20 mA proporcionální ke 2. proměnné Signál 4–20 mA proporcionální ke 3. proměnné Signál 4–20 mA proporcionální ke 4. proměnné Alarm odpovídající zvolené proměnné Alarm selhání vysílače HART Komunikátor HART lze připojit kamkoli ve smyčce 4-20 mA (sekundární master HART)

www.controlengcesko.com  CONTROL ENGINEERING ČESKO KVĚTEN 2012 21 hlavní téma nologie poskytují výhody pro provoz typického procesního závodu. Digitální zařízení nabízejí velký objem dat o provozním prostředí. Tato data mohou využívat aplikace, které zabraňují ztrátám nebo přerušením, zvyšují jakost a sni- žují náklady na údržbu. Jedním z důvodů růstu a popularity digi- tálních technologií zařízení je široké přijetí komunikačního protokolu HART, který posky- tuje otevřený standard pro digitálně rozšířenou komunikaci 4–20 mA s inteligentními provoz- ními přístroji. Většina moderních řešení dis- tribuovaných řídicích systémů (DCS) zahrnuje integrované I/O moduly HART, které se připo- jují k inteligentním zařízením. Tato I/O jsou v podstatě hybridní, protože jejich část pracuje s tradičním signálem 4–20 mA a vypadá docela podobně jako staré I/O bez funkčnosti HART, zatímco jejich druhá část pracuje s digitálně kódovaným signálem HART. Integrace systému správy výrobních prostřed- ků v jakémkoli systému DCS v zásadě vyžaduje nějaký prostředek k propojení softwaru správy výrobních prostředků s I/O HART a k zaříze- ním. I když je základní protokol u všech řídi- cích systémů v podstatě stejný, mechanismus této integrace je obvykle speciální pro každého výrobce, který si volí pro něj nejvhodnější imple- mentační přístup. Existuje hodně velký prostor pro nějakou „tajnou přísadu“, která by zajistila lepší využití omezeného přenosového pásma dostupného u protokolu HART. Navzdory absenci otevřeného standardu pro integraci I/O HART existují určité funkce, které koneční uživatelé automatizace očekávají u všech platforem DCS. Například I/O by měly umět využívat informace o rozsahu přístroje z jeho HART části, aby automaticky „řekly“ ana- logové části, v jakém rozsahu má dimenzovat výstup 4–20 mA. Navíc standardní informace HART, jako jsou technické jednotky, digitální regulované veličiny a informace o alarmech, by měly být přístupné systému DCS pro účely říze- ní a měly by být dostupné z každého provozního přístroje bez jakékoli znalosti specifických vlast- ností zařízení. Protokol HART má univerzální příkazy pro získání těchto informací. Ostatní jedinečné informace v inteligentním přístroji, používané pro konfiguraci, kalibra- ci, odstraňování chyb, údržbu a diagnostiku, jsou popsány v jeho souborech popisu zaříze- ní (Device Description – DD). Technologie DD byla zdokonalena tak, aby zahrnovala užitečné grafické a organizační konstrukty. Toto vylep- šení se označuje jako EDDL (Electronic Device Description Language – jazyk popisu elektro- nického zařízení). Soubory DD jsou binární- mi soubory obsahujícími elektronický popis parametrů a funkcí, které hostitelská aplikace potřebuje pro komunikaci se zařízením. Doda- vatelé přístrojové techniky vytvářejí kódované soubory DD pomocí speciálních programova- cích nástrojů a nástroje „tokenize r“. Software nebo nástroje využívající informace ze souborů DD se obecně považují za systém správy výrob- ních prostředků, o který se starají především údržboví technici přístrojové techniky. Mnoho dodavatelů automatizace nyní využívá technologii FDT/DTM (Field Device Tool/Devi- ce Type Manager), takže mohou prezentovat smysluplnější informace o zařízení. Správci DTM jsou softwarové komponenty obsahující data, funkce a logické prvky specifické pro dané zařízení. Mohou sahat od jednoduchého grafického uživatelského rozhraní pro nasta- vování parametrů zařízení až po vysoce sofisti- kované aplikace provádějící složité výpočty pro účely diagnostiky a údržby nebo implementující složitou firemní logiku pro kalibraci zařízení. Správce DTM rovněž obsahuje rozhraní umož- ňující komunikaci s připojeným systémem nebo nástrojem. MI3HT Vysokoteplotní hlavice s laserovým zaměřováním Bezkontaktní teploměry Compact Nejmenší pyrometry pro měření teploty od -40°C do1800°C Optické rozlišení až100:1 Rychlá odezva do10 ms Nastavitelné měřicí parametry Analogová a digitální rozhraní Vícekanálové aplikace Program DataTemp Multidrop Odolné průmyslové provedení MI3 TSI System s.r.o. Mariánské nám. 1 61700 Brno ČR tel.+420 545129 462 fax 545129 467 info@tsisystem.cz www.tsisystem.cz

22  KVĚTEN 2012 CONTROL ENGINEERING ČESKO  www.controlengcesko.com hlavní téma Dodavatelé zaříze- ní dokážou zabudovat inteligenci do správce DTM způsobem, jehož je velmi obtížné dosáh- nout u souborů DD, jako je řada grafických konstruktů, které nelze pomocí technologie DD vyjádřit. Navíc jsou správci DTM specifičtí pro dané zařízení a revi- zi, takže má informace o konkrétní verzi každé- ho zařízení v řídicí síti. Je zajímavé, že auto- matizační průmysl při- kládá tak velký význam systémům IAMS, když tím, co je pro konečného uživatele skutečně hod- notné, je obsah správce DTM. Systém IAMS je jednoduše zastřešujícím prvkem umožňujícím komunikaci se zařízení- mi, je způsobem organizace informací a dráhou, po které může jít technik nebo operátor. Otázky ke zvážení I když technologie FDT/DTM nabízí určité velmi atraktivní přínosy, existují jistá praktická úskalí a varování, o nichž by měli koneční uživatelé vědět. První a nejdůležitější otázkou je skuteč- nost, že správce DTM musí být nainstalován na každém klientovi (rámci), kde je vyžadován. Takže konečný uživatel, jenž má 10 klientů rozmístěných po celém závodě a balíky DTM od 10 různých dodavatelů, musí provést nejmé- ně 100 instalací – možná i více, pokud má daný dodavatel několik balíků DTM. Přidejte k tomu existenci několika revizí dostupných pro dané balíky DTM a výsledkem může být velký pro- blém pro údržbu. Budoucí revize specifikace FDM (rev. 2.0) má umožňovat nahrání správců DTM na server a jejich využívání klienty, ale prozatím platí stávající způsob použití správců DTM. Pro porovnání, u většiny systémů využí- vajících soubory DD jde o použití typu „přečíst a zapomenout“. Protože správci DTM jsou programy pro ope- rační systém Microsoft Windows, jsou závis- lé na verzích systému Windows a podporují infrastrukturu, jako je DOT NET, programovací nástroje a specifickou úroveň revize rámce. Správci DTM, kteří fungují v jednom prostředí, nemusejí být vyzkoušeni v jiném. Proto musí být konečný uživatel opatrný a ověřit si všech- ny specifikace poskytnuté dodavatelem správ- ce DTM. Máte-li pochybnosti, nejprve správce otestujte. Navíc se správci DTM někdy chovají jinak v monolitických neboli samostatných rámcích, jako je PactWare, než jak se chovají v prostředí DCS. U samostatného rámce může být cesta k zařízení relativně krátká a jednoduchá, a to bez omezení šířky přenosového pásma. Správce DCS musí pečlivě řídit omezenou dostupnou šířku přenosového pásma, zejména zařízení HART. Správce DTM neví, v jakém prostředí se nachází, a proto nemá jak zjistit, jak čekat v řadě. Výsledkem může být špatný zdánlivý výkon v prostředí systému DCS. Dodavatelé zařízení už v této věci začínají být chytřejší, ale konečný uživatel se stále musí mít na pozoru před občasným neřádem. Někteří správci DTM jsou navíc křehcí a mohou zkolabovat, a dokonce s sebou stáh- nout i klienta. Obecně nejde o katastrofu, ale může to obtěžovat. Technologie DD nemusí být dokonalá, ale v této fázi vývoje se ukazuje jako zralejší a snadněji zvladatelná. V posledních několika letech probíhají práce na sjednocení technologií DD a FDT/DTM a na vytvoření jednotného řešení pro integra- ci provozních zařízení (Field Device Integrati- on – FDI). Byla založena společnost FDI Coope- ration v reakci na volání konečných uživatelů po snadnější integraci automatizačních a řídi- cích zařízení napříč průmyslovými sítěmi. I když je zřejmé, že tento krok bude znamenat mnoho práce na všech frontách dodavatelského řetězce inteligentních zařízení, teprve se ukáže, nakolik transparentní budou nadcházející změny pro konečné uživatele. Soubory DD a správci DTM budou existovat i nadále a zpětná kompatibilita je přislíbena, což je uklidňující. Možnosti pro konečné uživatele Procesní výrobci usilující o implementaci kom- plexního řešení správy přístrojové techniky na bázi technologie HART musejí přijmout něko- lik důležitých rozhodnutí. Například – mohou závody využívat řešení s inteligentními provoz- ními zařízeními připojenými k řídicímu systé- mu, který plně nepodporuje I/O HART? Ve většině případů se firmy se staršími plat- formami DCS, které chtějí využívat IAMS, muse- jí spolehnout na externí multiplexery HART, jež by přenášely digitální zprávy HART do sítě IAMS. Multiplexer digitální zprávu HART „očeše“ a předá ji do softwarové sady IAMS. Hardwa- rový modul multiplexeru směruje analogové a digitální signály HART do dvou samostatných komunikačních cest. Standardní analogový signál 4–20 mA je směrován do standardního analogového vstupního modulu bez funkčnosti HART, zatímco digitální signál prochází přes n i D j n j k p v s p z o h J m k s t u n D j p k Pro jednoduchost provozu je nejlepší I/O s nativní podporou protokolu HART. Většina současných platforem DCS nabízí nějakou jejich verzi.

www.controlengcesko.com  CONTROL ENGINEERING ČESKO KVĚTEN 2012 23 www.bibus.cz Snímače tlaku Snímače teploty Snímače hladiny Snímače průtoku Již 20 let nabízíme zákazníkům na českém trhu technickou podporu, návrhy řešení a dodávky komponent. hlavní téma hardware multiplexeru a je přenášen po síti RS-485 do systému správy přístrojové techniky. Zkušenosti ukazují, že multiplexery HART mohou nabídnout mimořádně flexibilní a spo- lehlivé systémy pro práci s několika nebo i tisíci zařízeními HART na jediné síti. Často je použití multiplexeru jedinou možností, jak omladit staré řídicí systémy, ledaže by se závod rozho- dl používat ruční zařízení nebo modernizovat na systém DCS, což často nepřichází v úvahu. U některých provozů to však nestojí za investici. Preferované řešení integrace, často imple- mentované současnou generací technologie DCS, využívá I/O HART moduly podporující digitální data HART zařízení společně s analogo- vými daty 4–20 mA. U této technologie jsou data digitálních zařízení z HART I/O zpracovávána zároveň s analogovými daty regulované veličiny a tento proces je úzce integrován do prostředí řídicího systému. To umožňuje použití dalších regulovaných veličin (např. PV, SV, TV a FV), informací o rozsahu, informací o identifikaci zařízení a stavu zařízení (obecný a specifický podle zařízení) jako součást strategie řízení. Při použití I/O podporujících HART lze dia- gnostiku zařízení úzce integrovat do subsys- tému alarmů / událostí DCS a aplikací sprá- vy výrobních prostředků. Nejsou vyžadovány samostatné systémy pro monitorování přístrojů ani softwarové balíky. Alarmy přístrojů jsou spravovány buď v rámci softwarového balí- ku používaného pro konfiguraci, odstraňování chyb a diagnostiku, nebo raději přímo v řídicím systému, kde lze alarmy vydělit pro údržbové techniky. Někteří dodavatelé automatizace vypracovali robustní řešení správy výrobních prostředků určená pro komunikaci se zařízeními HART připojenými k I/O, jež podporují HART, a také k zařízením HART připojeným k hardwaro- vým multiplexerům, vzdáleným I/O systémům a modemům HART. Tato řešení poskytují pří- strojovým technikům, mechanikům a údrž- bovým pracovníkům závodu optimalizované prostředí, které zjednodušuje úkoly a umožňuje vzdálenou správu zařízení, přičemž přístroje, které mají závadu nebo vyžadují diagnosti- ku, jsou automaticky identifikovány a klasi- fikovány. Když jsou tato řešení integrována s I/O HART bezpečnostního systému, využívají například živá data z připojených zařízení ke zří- zení databázových záznamů a k přiřazení šab- lon, takže údržboví pracovníci mohou porovnat konfiguraci jednoho zařízení s jiným zařízením nebo historickou konfiguraci téhož zařízení nebo jiného zařízení. Řešení správy zařízení mohou využívat meto- du označovanou jako „mux monitoring“ (moni- torování zařízení HART připojených k mul- tiplexeru), která přináší neintegrovaná data HART do dispečinku. Mux monitoring umož- ňuje personálu závodu monitorovat zařízení na hardwarovém multiplexeru/sítích vzdále- ných I/O a přinášet upozornění z těchto zaří- zení do subsystému alarmů a událostí systému DCS. Tento přístup zjednodušuje migraci ze starších dispečinků na novější platformy DCS při zachování instalovaných provozních zaříze- ní a hodnoty inteligentní přístrojové techniky. Zjednodušené funkce exportu/importu velmi usnadňují a zjednodušují migraci stávajících databází. Výhled do budoucna Firmy na celém světě zahájily formální pro- gramy zaměřené na využití diagnostických dat v jejich inteligentních přístrojích podporujících HART. Zprávy provozních zařízení HART obsa- hují cenné informace o zdraví zařízení. Získává- ní těchto dat s každou zprávou poskytuje perso- nálu závodu důvěru v integritu měření procesu a okamžité upozorňování na jakýkoli problém. Navzdory průběžné- mu vylepšování inte- ligentní přístrojové techniky, což přináší například soubory DD a DTM, nelze hodno- tu inteligentních zaří- zení realizovat bez náležitě funkčního systému správy přístro- jové techniky. Pokud jde o údržbu, řešení správy výrobních pro- středků podporující HART umožňuje moni- torování celého závodu z jediného místa, při- čemž diagnostika závad se často provádí vzdá- leně. Mnoho přístrojů HART poskytuje doplň- kové stavové informace, které lze použít pro pre- diktivní údržbu a výmě- nu zařízení podle potře- by. Výsledkem je méně přerušení provozu z důvodu údržby, menší míra narušení procesu a vysoká dostupnost systému. ce John Yingst je vedoucí produktový manažer společnosti Honeywell Process Solutions.

24  KVĚTEN 2012 CONTROL ENGINEERING ČESKO  www.controlengcesko.com P oznámka vydavatele (Plant Enginee- ring): S tím, jak roste kanadská pro- dukce ropy z ropných písků, mnoho energetických firem buduje nové nebo rozšiřuje stávající závody pro naplnění poptáv- ky po produktech z těchto zdrojů. V roce 2011 společnost Shell zprovoznila rozšíření o kapacitě 100000 barelů denně pro svou stávající úpravnu ve Scotfordu poblíž města Fort Saskatchewan v kanadské provincii Alberta s dosavadní kapa- citou 155000 barelů denně. V lokalitě Shell Scotford také běží rafinerie a chemický závod. Aby mohl tým přístrojových techniků zajistit pod- poru bezpečného a úspěšného spuštění rozšíření úpravny ve Scotfordu, musel pracovat rychle, efektivně a s minimem chyb. Tým zjistil, že tech- nologie HART poskytuje cestu k optimalizaci testování a předběžného konfigurování zaří- zení, takže když je nainstalovali, vše již bylo připraveno pro hladké spuštění. Andy Bahniuk, přístrojový technolog spo- lečnosti Shell, se celého procesu účastnil. V tomto článku uvádíme jeho pohled na reali- zaci, která úpravně ve Scotfordu přinesla oce- nění „Firma roku 2011 využívající HART“ („HART Plant of the Year 2011“) udělované organizací HART Communication Foundation jako uznání inovativního využití technologie HART v apli- kacích procesů průmyslových závodů běžících v reálném čase. Velká výzva Na konci roku 2010 byl tým pro rozšíření úprav- ny společnosti Shell ve Scotfordu postaven před dilema. Jak bezpečně naprogramovat a zpro- voznit přes 1500 zařízení s protokolem HART od 26 dodavatelů (včetně členských firem organi- zace HART Communication Foundation, společ- ností Rosemount, E+H, Fisher, Krohne, K-Tek, Magnetrol, Metso a Ohmart Vega) – a to včas? Jak si získáme důvěru provozního personálu a vyššího vedení během kontrol smyček a popisů řídicích procesů pro záruku bezpečného a úspěš- ného spuštění a trvalého hladkého provozu závo- du? Jak můžeme nadále zajišťovat každodenní odstraňování problémů u přístrojové techniky a nejen preventivní, ale i prediktivní průběžnou údržbu? Odpověď byla snadná díky schopnostem komunikace HART a flexibilnímu systému sprá- vy výrobních prostředků. Všechny informace HART již byly připraveny v centrálním dispečin- ku a shromážděny buď sítí multiplexerů MTL nebo naším distribuovaným řídicím systémem (DCS) prostřednictvím I/O HART. Většina pří- strojů HART je připojena k bezpečnostnímu pří- strojovému systému SIS (Safety Instrumented System) nebo k sestavám dodaným třetími stra- nami. Jiné, kriticky významnější přístroje, se používají pro regulační řízení s klasickým řízením 4–20 mA s funkčností HART. Stávající závody v lokalitě Shell Scotford zaznamenaly úspěšné použití technologie HART, ale z jejích schopností využívaly jen část. V zájmu plného využití schopností zařízení podporují- cích technologii HART získal projektový tým pro rozšíření úpravny souhlas s rozšířením použití technologie HART v tomto projektu nad rámec konfigurace ručních zařízení. Díky tomuto roz- hodnutí se zpřístupnily cenné informace o zaří- zení pracovníkům v provozu, údržbě a přístrojo- vým technikům. Měřicí a řídicí zařízení měla být dodávána předem nakonfigurovaná. Když však zařízení přišla nenakonfigurovaná, vyvstal před týmem přístrojových a řídících techniků úkol stáhnout data 1500 přístrojů s rozsahy, technickými jed- notkami, hodnotami NAMUR a teplotními alarmy pouzder vysílačů. Začali vytvářet databázi, která by tyto hodnoty zobrazila v tabulkové formě, a zřídili systematický proces nepřetržitého sta- hování dat z vysílačů, což umožnilo tyto kriticky významné hodnoty nahrát včas. Tento proces ušetřil čas a umožnil nám pokračovat v dalších krocích zprovozňování: testování fungování smy- ček a popisů řízení. Komunikace HART se osvědčuje v rámci velkého projektu a přispívá k jeho úspěšnému rozjezdu Titul „Firma roku 2011 využívající HART“ („HART Plant of the Year 2011“) získala úpravna společnosti Shell ve Scotfordu poté, co zařízení s protokolem HART začala využívat k usnadnění testování smyček, ke spouštění, k ladění ventilů, bezpečnostních systémů a pro vzdálenou diagnostiku zařízení. Andy Bahniuk Scotford hlavní téma

www.controlengcesko.com  CONTROL ENGINEERING ČESKO KVĚTEN 2012 25 Kritické testování Testování fungování smyček a simulace regulo- vané veličiny byly prováděny pomocí komunikace HART a standardních metod HART na zařízeních. Veškeré testování bylo centralizováno z jednoho místa a prováděno pod dohledem provozních a technických týmů. V některých případech, kdy zařízení nemohlo být testováno bez přítomnosti procesu, jako jsou vírové nebo ultrazvukové průtokoměry, poskytovaly dokonalou náhradu metody testování se zařízením. To zajistilo plnou důvěru operátorů i techniků, že všechna provoz- ní zařízení fungují správně. Tento postup potvr- dil, že všechny kriticky významné parametry byly nahrány úspěšně a uloženy o 30 % rychleji, než je normálně požadovaná doba. Odstraňuje také vliv lidské chyby související s touto prací. Během testování popisů řízení a bezpečnost- ních případů příčin a následků tak byly použity metody testování ve smyčce k simulaci různých procesních hodnot a procházení různými proces- ními scénáři. Toto testování ušetřilo značný čas před konečnou fází zprovozňování a spouštění. Některé z kriticky významných a složitých bez- pečnostních popisů zahrnovaly více než 15 vstu- pů a také více výstupů. Pomocí komunikace a simulace s technologií HART nám všechny tyto vstupy z dispečinku umožnily s důvěrou prová- dět testování a dokončit práce. Celková úspora času v této fázi činila více než 50 %. Hodnota a všestrannost technologie HART během činností zprovozňování a spouštění se ukázala ještě významnější při snahách o dosaže- ní podmínek ustáleného stavu procesu. Komu- nikace HART byla použita pro ladění chytrých polohovačů Fisher DVC pro optimální řízení procesu a reakční dobu ventilů. Rovněž nám umožnila použít metodu DVC6000 pro jemné doladění polohovače v souladu s řídicím prvkem a provádět kalibrace ventilů za poloviční čas. Chytré polohovače ventilů rovněž poskytují možnost čtení digitální zpětné vazby hodnoty pozice ventilů bez nutnosti přídavného hardwa- ru. S informacemi, které získáváme z polohovače na regulačním ventilu, dokážeme předat digitální hodnotu zpětné vazby pomocí čtvrté proměnné HART (QV) prostřednictvím brány FDM. Tato hodnota se používá v grafickém znázornění pro zobrazení skutečné zpětné vazby polohy ventilu. Tím se odstranila potřeba doplnění externího hardwaru k polohovači ventilů, což ušetřilo zhru- ba 2000 dolarů na jeden ventil. Na severu bývá zima Během našich dlouhých a mrazivých kanad- ských zim mohou teploty klesnout až na -45 °C. Pro ochranu přístrojů před zamrznutím byly naše vysílače namontovány v izolovaných kry- Během modernizace technici zjistili, že nová zařízení, která chtěli instalovat, nebyla předem nakonfigurována, jak očekávali. Nutnost provést to interně přidala k procesu mnoho dalších kroků. Snímek poskytla společnost Shell. Shell Scotford V lokalitě Shell Scotford běží tři provozní závody:  chemický závod – ročně vyrábí 530000 tun monomeru styrenu a 604 tun etylénglykolu;  rafinerie – kapacita 100000 barelů denně;  úpravna Scotford Upgrader – celková kapacita 255000 barelů denně (včetně rozšíření o kapacitě 100000 barelů denně zprovozněného v roce 2011);  celkem v této lokalitě pracuje přes 1300 pracovníků (plus smluvní dodavatelé). Hostitelské systémy:  rafinerie – DCS společnosti Foxboro;  úpravna – DCS a správce provozních zařízení společnosti Honeywell.

26  KVĚTEN 2012 CONTROL ENGINEERING ČESKO  www.controlengcesko.com hlavní téma tech s ohřívači. V těchto zimních měsících je kriticky významné monitorovat stav tohoto ohří- vače, aby byl zajištěn bezpečný provoz našeho závodu. S technologií HART dokážeme monito- rovat hodnotu teploty vysílače a tento parame- tr předávat prostřednictvím našeho systému správy výrobních prostředků pro upozorňování údržby, pokud začne mrznout. Tuto hodnotu teploty předáváme také do grafického znázornění u operátorů pro živé monitorování a dohled. Díky tomu se nám podařilo zvýšit efektivitu provádění roční preventivní údržby na skříních ohřívačů, což nám ušetřilo více než 200000 dolarů ročně. A ještě důležitější je, že tím máme zajištěn bez- problémový provoz během zimy. Existence centrálního místa pro konfiguraci zařízení a sběr dat do datového archivu je velmi cenná během životního cyklu zařízení HART. Jednoduchou rekalibraci, kontrolu parametrů a diagnostiku zařízení lze provádět přímo z cen- trálního dispečinku. V případě výměny zařízení jsou všechny parametry uloženy v centrálním umístění a lze je snadno nahrát do nového zaříze- ní. Vzhledem k výdajům na povolení a testování plynu a s ohledem na nutnost nosit ruční zaří- zení ke každému jednotlivému vysílači se úspora pohybuje v řádu 100000 dolarů ročně. Bezpečnost a spolehlivost Ve společnosti Shell je bezpečný a spolehlivý provoz zásadní hodnotou. Od samého počátku společnost Shell podnikala důležité kroky, aby zajistila soustředění na bezpečnost, a během celého procesu bylo prioritou plynulé spuštění. V počáteční fázi procesu se společnost Shell rozhodla použít nastavení NAMUR pro ochranu před rušivými přerušeními nebo nebezpečným provozem způsobeným vadnými vysílači. Zaří- zení HART kompatibilní s hodnotami normy NAMUR poskytla tuto infrastrukturu. Riziko selhání přístroje bývá vyšší během spouštění. Díky nastavení shody našich zařízení s hodno- tami normy NAMUR jsme mohli zajistit, že naše spouštění bude plynulé a bez jakýchkoli vážných problémů s přístroji. Další výzvou bylo dosáhnout vysoké úrovně klasifikace SIL u některých kriticky významných spalinových ventilů pro zajištění bezpečnos- ti a spolehlivosti. Funkce zkoušky částečného zdvihu (Partial Stroke Test – PST) podporuje tes- tování ventilů bez nutnosti izolovat je od procesu. V rámci procesu PST je příslušný ventil za nor- málního provozu pootočen o zhruba 5 až 15 %. Toto testování podporuje on-line diagnostiku akčních členů a snižuje pravděpodobnost selhá- ní systému při požadavku na jeho činnost (Pro- bability of Failure on Demand – PFD). Náš systém správy výrobních prostředků HART s polohovači Metso využívajícími ovladač FDT/DTM dokáže provádět zkoušky PST a zajistit tak sofistikované a rychlé řešení. Všechny funkce, počínaje předběžným zpro- vozněním do normálního provozu, byly stejné u zařízení HART i zařízení Foundation fieldbus. Společnost Shell využívá obojí a naplno využila schopnosti obou technologií. Největším přínosem bylo to, že jsme nemuseli naše zařízení HART podrobovat žádnému samostatnému testování kompatibility. Všechna naše zařízení HART byla typu plug-and-play a byla připojena prostřednic- tvím systému pro správu výrobních prostředků. Tím jsme získali všechny výhody technologie EDDL a FDT/DTM bez jakéhokoli dodatečného testování. Využíváme schopnost otevřít virtuální okno a odemknout veškerou sílu komunikace HART pro jakýkoli typ měřicího zařízení od kte- réhokoli výrobce. Průběžná údržba Společnost Shell využívá informaci stavového bajtu HART (zasílanou s každým požadavkem na komunikaci) pro zobrazení stavu zdraví zaříze- ní na grafickém znázornění pro údržbu. Informa- ce o stavu zařízení HART poskytuje důležité sta- vové informace, jako je selhání zařízení, simulace v zařízení, nasycení veličiny zařízení. Především však má zařízení k dispozici více stavových infor- mací. Tato grafická znázornění představují pře- hlednou vizuální podobu stavu zařízení patrnou na první pohled. Monitorování diagnostiky zaří- zení v reálném čase s větším množstvím dostup- ných stavových informací umožňuje podrobně nasměrovat údržbu k odstranění chyby a výraz- ně zkracuje čas potřebný pro nápravu chyb. Nale- zení hlavních viníků tak nikdy nebylo snadnější. ce Andy Bahniuk, R.E.T., je přední přístrojový technolog společnosti Shell Canada působící v závodě úpravny Scotford. V lokalitě Shell Scotford běží tři hlavní provozní jednotky, tj. úpravna, rafinerie a chemický závod, které jako hlavní surovinu zpracovávají ropné písky. Snímek poskytla společnost Shell.

www.controlengcesko.com  CONTROL ENGINEERING ČESKO KVĚTEN 2012 27 Balluff CZ s.r.o. Pelušková 1400 198 00 Praha 9 - Kyje Česká republika Telefon +420 281 000 666 Fax +420 281 940 066 obchod@balluff.cz Snímač barev, který rozliší i ty nejmenší rozdíly v barevných odstínech T rue Color Sensor BFS 33M v porovnání s klasickými RGB snímači patří do úplně jiné třídy. Díky vysokému rozlišení, umožňuje nejen snímání barev, ale nabízí také i spolehlivé rozlišení mezi barevnými odstíny. True Color Sensor dokáže například bez problémů určit sebemenší barevné odchylky u dílů vyráběných na vstřikovacích lisech. Dále snímač umožňuje rozlišit, zda kov do výroby vstupuje lesklý nebo matný. V aplikacích, kde je potřeba kontrolovat kvalitu tisku, spolehlivě a ihned detekuje vybledlé barvy nebo výtisk, který již nesplňuje požadovanou kvalitu. Snímač svými schopnostmi otevírá nové možnosti při kontrole jakosti. Snímač má tři digitální výstupy a pro vyhodnocování využívá sériového rozhraní. Hodnoty Lab barevného prostoru jsou pak přenášeny přímo přes toto rozhraní. True Color Sensor BFS 33M Příklady použití:  Automobilový průmysl  Zpracování plastů  Obalový průmysl  Sestavování a montáž  Tiskařský průmysl  Zpracování dřeva Spolehlivě dokáže rozlišit i ty nejmenší rozdíly v barevných odstínech. Široký pracovní rozsah až 400 mm Snadné nastavení a zobrazení pomocí softwaru Robustní kovové pouzdro

28  KVĚTEN 2012 CONTROL ENGINEERING ČESKO  www.controlengcesko.com placená inzerce Zadání: Vyvinout regulátor pro udržení kvality produktu s redukcí proměnných časových zpoždění mezi vstupy a výstupy Řešení: Použít software NI LabVIEW spolu s LabVIEW Control Design and Simulation Module k imple- mentaci prediktivního řízení s mnohorozměro- vým modelem pro řízení tohoto procesu Výroba koaxiálních kabelů obnáší nanášení vrstev dielektrika, stínění a pláště na středo- vý vodič. Průměr každé z vrstev koaxiálního kabelu hraje důležitou roli v jeho výsledné kva- litě. Nejkritičtější je vrstva dielektrika, neboť ta ovlivňuje průměry všech následujících vrstev a jejich konzistenci. Také má vliv na kvalitativní parametry koaxiálního kabelu, jako jsou impe- dance, kapacitance na stopu a časové zpoždění na stopu. Udržování kvality s prediktivním řízením na bázi mnohorozměrového modelu Dielektrická vrstva je vyrobena z polymeru či pásky. V případě pásky tvoří dielektrickou vrstvu několik vrstev pásky ovinutých okolo středového vodiče. Kvůli variacím materiálu pásky a dalším rušivým vlivům v procesu je nutné automatické řízení průměru a kvality koaxiálního kabelu, aby byla zajištěna sta- bilní kvalita výrobku. Tento proces zahrnuje nejen několik vstupních proměnných pro říze- ní průměru a kvality koaxiálního kabelu, ale také kombinaci výstupních proměnných, proto musíme použít kontrolér s více vstupy a výstu- py. Výrobní linky mají nízké a rozdílné rych- losti, kvůli požadavkům produktu a omezením plynoucím z technického vybavení. Vzdálenosti mezi aktuátory a senzory jsou také rozdílné. S tím, jak se mění rychlost linky a vzdálenos- ti, se mění také časové zpoždění mezi vstupy a výstupy. Akční členy řídicího systému mají také hardwarová omezení. Prediktivní řízení s mnohorozměrovým modelem je v tomto přípa- dě skvělou volbou, neboť dokáže řídit procesy s proměnnými zpožděními za současné opti- malizace pracovních hodnot několika výstupů a omezení několika vstupů. Architektura systému Architektura tohoto systému se skládá z hard- warové a softwarové části. Hardwarová část systému zahrnuje moduly NI Compact Field- Point, měřicí kartu a moduly programova- telného logického kontroléru (PLC) pro pro- cesy práce s páskou, stíněním a pláštěm. Řídicí moduly jsou připojeny prostřednictvím sítě Ethernet k centrálnímu PC. Tento počítač slouží jako centrální zařízení pro monitorová- ní, řízení a sdílení dat. Data z procesu jsou ukládána do databáze na bázi Microsoft SQL na počítači s InSQL serverem. Jako uživatelské rozhraní (HMI) slouží apli- kace v LabVIEW; další částí softwarového sys- tému je implementace automatického řízení. LabVIEW se také chová jako OPC klient pro komunikaci s OPC serverem Kepware pro sdí- lení dat. OPC servery Kepware ukládají hod- noty z OPC klienta v LabVIEW a z řídicích „Úspěšně jsme implementovali řídicí systémy na bázi LabVIEW na mnoha podobných linkách pro výrobu koaxiálních kabelů, kde automaticky řídí kvalitu produktu a udržují bezobslužnou noční výrobu.“ Dr. Yurong Kimberly Wang Tyco Electronics Multivariable Model Predictive Control for Coax-Manufacturing Processes

placená inzerce modulů. Používáme VI s prediktivním modelem pro provádění prediktivních řídicích algoritmů. OPC server Kepware je prostřednictvím serveru Wonderware I/O OPCLink spojen se serverem Won- derware InSQL pro ukládání dat. Data analyzujeme a zobrazujeme s použitím knihovny Crystal Reports a softwaru Wonderware ActiveFactory na mnoha různých uživatelských počítačích. Implementace prediktivního řízení Hardwarové systémy National Instru- ments, jako jsou zařízení Compact FieldPoint a měřicí karty, lze snadno konfigurovat v softwaru NI Measure- ment & Automation Explorer (MAX). Schéma hardwaru jsme vytvořili v tomto softwaru. Virtuální kanály jsou nakonfigurovány jako globální sdíle- né proměnné pro připojení OPC a pro účely ukládání dat. Knihovny VI v Lab- VIEW jsou velice bohaté a vývoj softwa- ru je díky nim efektivnější. Naše aplikace v LabVIEW sestává z uživatelského rozhraní pro nastavení, monitoring, alarmy a řízení. Obsahuje také funkce pro načtení předpisu, nor- malizaci měřidel, konfiguraci systému, sledování využití materiálu, sledování kvality produktu a tisk souhrnných informací o kvalitě. Knihovny LabVIEW obsahují přibližně 400 VI a příkladů, které usnadnily vývoj naší kompliko- vané aplikace. V aplikaci jsme pro pře- pínání mezi jednotlivými obrazovkami použili ovládací prvek typu tab con- trol. Také jsme aplikovali grafy typu trend a histogram pro zobrazení hodnot v reálném čase i pro statistické ukaza- tele; pro řízení logického toku softwaru posloužila řídicí struktura typu sekven- ce a pro snadné propojení s OPC jsme použili OPC konfiguraci DataSocket. Pro analýzu frekvence a návrh filtrů jsme aplikovali LabVIEW Advanced Signal Processing Toolkit a pro ladění regulace a přerušení od operátora jsme uplatnili struktury událostí. Díky množství výkonných softwaro- vých funkcí jsme provedli modelování procesu s použitím zaznamenaných hodnot a nástrojů pro modelování v LabVIEW. Následně jsme výsled- ky těchto simulací v LabVIEW pou- žili v naší reálné aplikaci a provedli jsme další úpravy parametrů regulace. Implementovali jsme tyto řídicí systé- my na bázi mnohorozměrového mode- lu s prediktivním řízením na více než 10 výrobních linkách a dosáhli jsme výborných výsledků podle metodiky Six Sigma. Řídicí systémy nejen řídí to, aby kva- lita produktu odpovídala specifikacím, ale také automaticky zastaví výrobní linku, pokud se některý ze sledova- ných kvalitativních parametrů dosta- ne mimo specifikované meze. Dosáhli jsme bezobsluhové noční výroby a tím pádem jsme zvýšili produktivitu a zkrá- tili neproduktivní čas strojů. Navíc jsme dokázali zkrátit čas potřebný k finál- nímu testu kvality koaxiálního kabe- lu, neboť řídicí systém sleduje kvalitu produktu a vytiskne štítek s informa- cí o tom, zda výrobek testem prošel, či nikoli. Očekáváme, že nám modifi- kace řídicího systému a jeho nasaze- ní na další výrobní procesy pomůže dosáhnout ještě lepších výsledků z hle- diska Six Sigma a získat další výhody při výrobě. Výroba koaxiálních kabelů zahrnuje komplikované procesy s mnoha pro- měnnými, které mají vliv na kvalitu finálního produktu. Kvůli povaze pro- cesu s více vstupy a výstupy a proměn- ným zpožděním mezi vstupy a výstu- py jsme pro jeho řízení zvolili řízení na bázi mnohorozměrového modelu s predikcí. K implementaci modelu prediktivního řízení jsme použili Lab- VIEW Control Design and Simulation Module. LabVIEW spolu s technologi- emi OPC a Microsoft SQL používáme také pro uživatelské rozhraní, sdíle- ní dat a jejich záznam. Úspěšně jsme implementovali řídicí systémy na bázi LabVIEW na mnoha podobných lin- kách pro výrobu koaxiálních kabelů, kde automaticky řídí kvalitu produktu a udržují bezobslužnou noční výrobu. National Instruments (Czech Republic), s. r. o. Dělnická 12, 170 00 Praha 7 Česká republika Tel.: (+420) 224 235 774 Fax: (+420) 224 235 749 Bezplatný tel. v ČR: 800 142 669 Bezplatný tel. v SR: 0800 182 362 Všeobecný e-mail: ni.czech@ni.com

30  KVĚTEN 2012 CONTROL ENGINEERING ČESKO  www.controlengcesko.com hlavní téma V zpomeňte si, jak váš mobilní telefon vypadal zhruba před 15 lety. Pravdě- podobně se dal používat jen k tele- fonování – žádné zprávy, fotografie, videa ani hudba. Vzpomeňte si na služební cesty z té doby, kdy jste v nacpané tašce tahali fotoa- parát, přenosný přehrávač CD, cestovní budík, možná GPS, třeba i kazetový záznamník, pláno- vací diář, kalkulačku a další nezbytnosti. Přesuňme se zpátky do současnosti, kdy můžeme použít chytrý telefon pro všechny tyto funkce i pro mnoho jiných, včetně rychlého pří- stupu k internetu, výpočtů vzdáleností na golfo- vém hřišti a dalších úkolů pomocí nejrůznějších aplikací. Tentýž trend slučování systémů, které dříve vyžadovaly samostatné komponenty, se projevu- je také v průmyslové automatizaci. Je zajímavé, že snaha o to, aby chytré telefony prováděly mnoho funkcí s menší spotřebou energie, při- spěla k tomu, že i komponenty průmyslové auto- matizace jsou výkonnější, levnější, energeticky účinnější a spolehlivější. Překvapivé spojení Na zvyšování energetické účinnosti při nárůstu výkonu procesoru tlačí trh spotřební elektroni- ky, zejména u přenosných zařízení, jako jsou mobilní telefony. Nicméně většina zařízení prů- myslové automatizace není přenosná, alespoň v současnosti, takže životnost baterie nehraje roli. Výjimkou je bezdrátová procesní přístrojo- vá technika, avšak dnešní zařízení mohou mít baterie s životností 10 a více let. Zatímco u spotřební elektroniky má energe- tická účinnost zásadní význam, ve světě auto- matizace je energie spotřebovaná ovládacím panelem obvykle nicotná ve srovnání se spo- třebou řízeného procesu. A ačkoli ceny energie rostou, amortizované náklady na hardware stále značně převyšují náklady na energii, pokud jde o procesory a další automatizační hardware. Přesto zákazníci průmyslové automatizace těží z neustávajícího cíle výrobců vyrábět procesory, které dokážou více při nižší spotřebě energie, stejně jako z cíle, který vyžaduje natěsnat obrov- skou funkčnost do stále menších čipů. Tyto nové výkonné čipy nabízejí světu automatizace mnoho výhod, pokud jde o cenu, rychlost dodá- ní na trh, flexibilitu a spolehlivost. Větší funkčnost a nižší cena Cyklus výzkumu a vývoje u nových mikropro- cesorů používaných v mobilních zařízeních spotřební elektroniky stlačuje ceny na úroveň, kdy dodavatelé automatizace již nyní mohou nabídnout velice vyspělé, multifunkční produkty za nízkou cenu. Poptávka po zvýšené energetické účinnos- ti mobilních telefonů přinutila výrobce čipů integrovat funkce, jako je paměť, Wi-Fi, USB a rozhraní paměťové karty do jediného čipu. Provádění četných a dříve samostatných funkcí v jediném čipu je jedním z největších přínosů nového provedení komponent. V oblasti průmyslové automatizace to zna- mená, že funkčnost, která dříve vyžadovala desku plošných spojů (PCB) s 60 a více čipy, nyní může být zajištěna v rámci jediného čipu. Díky tomu mohou konstruktéři vytvářet nové aplikace v kompaktních formátech, které by byly dříve nepraktické z důvodu prostorových náro- ků desek tištěných spojů na pouzdro, napájení a propojení všech čipů a souvisejících součástí. Tento trend vidíme v oblasti PLC, kde integrace větší funkčnosti do mikroprocesorů odstranila potřebu doplňkových externích automatizač- ních komponent. K nim mimo jiné patří zařízení pro protokolování dat, ASCII nebo matematické koprocesory, karty digitální komunikace, řídicí prvky PID a další zařízení. Pamatujete na dobu, kdy jste museli kupovat samostatný ethernetový modul, a na všechny ty starosti spojené s integrací tohoto modulu s modulem CPU? Dnes již všechny PLC, až na ty nejlevnější, obsahují ethernetový port a mnoho z nich má několik ethernetových a dal- ších komunikačních portů. Mnoho z nás si vybavuje dobu, kdy zařízení pro protokolování dat bylo samostatnou jednot- Vypůjčování od spotřební elektroniky Uživatelé v průmyslu si již mohou vychutnat vzhled a způsob obsluhy, jež jsou podobné spotřební elektronice, nicméně i konstruktéři zařízení těží z procesorů a komponent vypůjčených z chytrých telefonů, což zvyšuje funkčnost a energetickou účinnost. Jason Horine AutomationDirect

www.controlengcesko.com  CONTROL ENGINEERING ČESKO KVĚTEN 2012 31 hlavní téma kou s vlastním montážním stojanem, přívodem napájení CPU, I/O a pamětí. Na trh byly uvedeny špičkové PLC, které zahrnují protokolování dat, aby se odstranila nutnost samostatných pro- tokolovacích systémů u většiny aplikací. Tuto funkci nyní často mají dokonce i levná PLC. Kromě protokolování dat mnoho PLC nabízí databázovou konektivitu prostřednictvím výše zmíněných komunikačních portů a často podpo- rují širokou řadu síťových protokolů. Vyšší spolehlivost Konsolidace funkčnosti do menšího počtu kom- ponent, především CPU pro PLC, nepřináší jen více místa v řídicí skříni. Znamená také nižší celkové náklady a spotřebu energie celkového systému stejně jako snadnější integraci a vyšší spolehlivost. Částečně zde hraje roli i to, že provedení s vyš- ším počtem funkcí integrovaných do procesoru je spolehlivější. Je to proto, že je menší část pracov- ního obvodu vystavena externím vlivům, jako je elektromagnetické rušení (EMI) generované jiný- mi zařízeními v daném místě. EMI také přirozeně produkují méně rušení sama o sobě a jsou méně citlivá na povrchové znečištění, protože mnoho spojení je zataveno v matrici čipu. Stejná logika platí i pro řídicí skříně samot- né. Například mnoho dříve periferních modulů je nyní začleněno do jednoduchých produktů, jako jsou PLC. Snížením počtu externích spojení se zvyšuje spolehlivost a odstraňuje se nutnost integrovat samostatné komponenty do funkční- ho celku. Moderní systém obvykle využívá méně zdrojů napájení a generuje mnohem méně tepla ve skříni, což dále zvyšuje dlouhodobou spoleh- livost a snižuje náklady na chlazení. Vysoce přizpůsobitelné Polovodičový průmysl neustále produkuje nové nástroje, které pomáhají konstruktérům napl- ňovat poptávku jejich zákazníků po menších rozměrech, vyšší spolehlivosti, snadnějším pro- gramování, rychlejší implementaci a další poža- davky. Jak se to odráží ve světě automatizace? Mnoho vývojářů PLC a průmyslových PC začle- ňuje do svých návrhů technologii dvoujádrových procesorů ARM Cortex-A, původně vyvinutou pro chytré telefony. Mikroprocesor ARM získal popu- laritu díky svým charakteristikám, funkcím pro periferie, nízkému odběru proudu a flexibilitě. Programovatelná hradlová pole FPGA výrazně získala díky vysoce výkonné, energeticky úspor- né technologii čipů vyvinuté pro trh spotřeb- ní elektroniky. „Tato pole FPGA lze instalovat do PLC nebo řídicího prvku průmyslového PC a mohou provádět úkony, jako je vysokorych- lostní řízení a synchronizace, které obvykle vyža- dovaly samostatné automatizační komponenty,“ vysvětluje Robert Oglesby, prezident společnosti Host Engineering. „Díky spárování jednoho nebo více polí FPGA s komerčně dostupnými díly, jako je čip ARM, mohou vývojáři vytvářet vysoce přizpůsobitelné produkty za mnohem nižších nákladů.“ Programovatelné a flexibilní Čipy FPGA jsou nejen mimořádně všestranné, ale jsou nyní dodávány také s nástroji, které urych- lují vývoj a umožňují provádění změn za chodu. Protože pole FPGA jsou přeprogramovatelná, je snadné změnit zabudovanou logiku bez nutnosti nakupovat nové obvody ASIC a navrhovat nové desky PCB. David White, vedoucí návrhář společnosti FACTS Engineering, popisuje, jak jeho firma dokázala vytvořit levnější, výkonnější polohovací modul pomocí řídicího prvku digitálního signálu (DSC) na bázi pole FPGA. „Prvek DSC byl vyvinut pro vylepšení zvuku u spotřební elektroniky,“ objasňuje David White. „I když se v automatiza- ci prvek DSC nevyužívá pro zlepšování zvuku, využívá svých schopností v aplikacích řízení motorů, u proudových měničů a v senzorových procesních aplikacích.“ Moderní prvky DSC jsou vysoce flexibilní a velmi výkonné a mohou řídit zdroje napájení, invertory a krokové motory, kde přinášejí výraz- né úspory energie a nákladů a zároveň zvyšují spolehlivost a zmenšují fyzickou velikost obvodů. „Protože je do prvků DCS integrováno tolik funkčnosti, dokázali jsme vytvořit polohovací modul za mnohem nižších nákladů,“ dodává White. „Prvek DSC zvládá to, co dříve vyžado- valo velký počet čipů. Navíc moderní vývojářské nástroje usnadňují konfiguraci, protože se pro- vádí v prostředí vývoje softwaru a není zapojená napevno.“ Úskalí pro průmyslové použití Mnoho uživatelů průmyslové automatizace se necítí dobře s neznámými technologiemi a aplika- Přínosy technologií spotřební elektroniky pro průmyslovou automatizaci 1. Velmi výkonné čipy za nízkou cenu. 2. Nižší celková spotřeba energie, protože jediný procesor může nahradit několik hardwarových součástí. 3. Vysoká míra flexibility provedení. 4. Mnoho funkcí produktu je naprogramováno do CPU nebo FPGA, a nikoli zabudováno do hardwaru. 5. Dochází k méně změnám desek PCB, protože se technické zásahy provádějí více v programovém kódu než v hardwaru. 6. Snižuje se riziko zastarání produktů. 7. Je možno provádět více aktualizací po uvedení produktu na trh pomocí pouhé změny firmwaru.

32  KVĚTEN 2012 CONTROL ENGINEERING ČESKO  www.controlengcesko.com hlavní téma cemi vzniklými na základě tohoto vývoje. Jde o to poskytnout uživatelům známý vzhled a způsob práce a současně nabídnout výkonnější funkce uživatelům, kteří potřebují pokročilé možnosti. „Musíte vědět, jak uspokojit potřeby obou typů uživatelů, což znamená, že budete respektovat tradici a zároveň začleníte novinky,“ konstatuje Oglesby. „Vaším zájmem je poskytnout uživa- telům prostředí, v němž se jim dobře pracuje, a zároveň zajistit maximální poměr cena/výkon s vysokou spolehlivostí.“ A aby toho nebylo málo, konstruktéři navrhu- jící produkty průmyslové automatizace musejí navrhovat s ohledem na dlouhou životnost, která je mnohem delší než u spotřební elektroniky. Chytrý telefon můžete považovat za zastaralý už za několik let, přičemž PLC nebo průmyslové PC se navrhují pro životnost 15 let. Jakmile zákaz- ník průmyslové automatizace systémově začlení zařízení do stroje, i drobné změny specifikací zařízení mohou být velmi problematické. Na roz- díl od spotřební elektroniky je na trhu průmys- lové automatizace ideální, když je přepracování zařízení pro zákazníka zcela transparentní. Čipy využívané u dnešních chytrých telefonů se už za několik let nemusejí vyrábět a totéž platí pro související komponenty podpůrných elektro- nických periferií. Aby se vývojáři automatizace vyhnuli tomu, že nebude možno zajistit kompo- nenty, měli by technologie spotřební elektroniky využívat tak, aby nepoužívali příliš velký počet komponent a zajistili si dlouhodobé dodávky klíčových položek. Přepracování produktů z důvodu zastaralosti dílů je nevyhnutelné při údržbě produktů s tak dlouhou životností, nicméně konstruktéři dělají, co mohou, aby toto riziko minimalizovali. Právě z tohoto důvodu se rovnou vyhýbají použití zcela nových technologií. Technologie, které jsou pří- liš nové, mohou brzy projít rozsáhlou revizí, což způsobí velmi rychlé zastarání opouštěných dílů. Návrháři proto musejí k novým technolo- giím přistupovat s opatrností. ce Jason Horine je produktový technik pro PLC společnosti AutomationDirect. Obrázek někdy skutečně řekne více než tisíce slov. Dva moduly nahoře, jeden zhruba 10 let starý (vlevo) a druhý nový (vpra- vo), ukazují obrovskou změnu provedení díky technologickému pokroku, jenž je poháněn trhem spotřební elektroniky. Aby bylo porovnání přesné, tyto dva modu- ly jsou ekvivalentní, pokud jde o formát, způ- sob instalace a funkci. U starších analogo- vých modulů byly součástky osazovány skrz otvory, to znamená, že měly dva nebo více vodičů, které byly prostrčeny skrz obvodovou desku a připájeny k zadní straně. Nověj- ší modul vpravo je téměř výhradně složen z povrchově osazovaných součástek, které jsou pájeny přímo na povrch obvodové desky. Důležitým přínosem získaným použitím nejnovějších technologií spotřební elek- troniky jsou menší rozměry komponent potřebných pro navržení obvodů modulu. Nový modul značně snižuje počet součástek a čipů, takže nyní může menší obvodová deska nabízet stejnou funkčnost, pro niž byly dříve zapotřebí téměř dvě celé obvodové desky plné velikosti. Dalším přínosem jsou nižší náklady sou- visející s menší velikostí a vyšším výkonem. Tabulka ukazuje nabídku funkcí dvou modulů a příslušné ceny. Nejenže cena poklesla, ale nový modul obsahuje funkce navíc, což zvyšuje poměr cena/výkon. Začlenění konfi- gurovatelného softwaru do nového modulu umožňuje vývojářům konfigurovat modul mnohem snadněji a rychleji než v minulosti. Zabudovaný displej LCD v novém modulu poskytuje větší diagnostické schopnosti, včetně zobrazení hrubých hodnot počitadla, napětí, proudu v mA a další informace. Srovnání technologií analogových modulů Srovnání modulů 0–20 mA 4–20 mA 0-5 V stříd. 0-10 V stříd. ± 5 V stříd. ± 10 V stříd. 12bitové rozlišení 16bitové rozlišení Konfigurování softwarem Zabudovaný displej LCD F4-08AD (495 USD) X X X X P3-08AD (332 USD) X X X X X X X

35

34  KVĚTEN 2012 CONTROL ENGINEERING ČESKO  www.controlengcesko.com placená inzerce R enomovaný výrobce strojů exeron dosáhl mety, kterou mu bude závi- dět většina konkurence: zkrátil dobu vývoje nových strojů na polovinu a působivě to prokázal při aktuálním projektu, kterým je specializovaný stroj pro obrábění elek- trickým výbojem (EDM) s automatickou mani- pulací s obrobkem. Vývoj dokázal urychlit díky rozsáhlému nasazení technologie B&R a využí- vání virtuálního modelu systému. Společnost tak mohla konstruovat a programovat současně a testování i optimalizace procesů stroje probí- haly ještě během navrhování. Běžní spotřebitelé chtějí mít nové mobilní tele- fony a televizory co nejdříve, a proto tlačí na stále kratší dodací lhůty. Podobně je tomu i v oboru výrobních prostředků – roste tlak na to, aby dodavatelé zkracovali dobu mezi objednáním a dodáním. To je velmi náročné především pro výrobce specializovaných strojů, jejichž vývojáři obvykle musejí s programováním aplikace čekat na dokončení mechanické konstrukce a umístě- ní automatizačního hardwaru. Nejnovější projekt společnosti exeron pro indickou pobočku firmy Bosch působivě proká- zal, že to již není nutné. Společnost exeron, která se specializuje na stroje EDM a HSC, zařízení pro manipulaci s materiálem a automatizaci pro strojírenství a lisovací formy, úspěšně vyvinula, sestavila a dodala zcela novou výrobní linku za pouhých devět měsíců. Tento výsledek ohro- mí o to více, když zjistíte, jak je aplikace složitá. Linka vyrábí vstřikovací písty a je vybavena systémem pro automatické uchycování obrobků a zásobníky nástrojů pro vstupující i odcházející obrobky. Základem linky je jednotka EDM, jejíž elektroda se pohybuje v trojrozměrném prostoru a pomocí tisíců výbojů za sekundu odstraňuje materiál a vytváří tvary, které by jiným způso- bem nebylo možné vyrobit. V tomto konkrétním systému vytváří trojúhelníkovou jamku pro ovládání pístu. Po každém výrobním cyklu upra- ví integrovaný nástroj správný tvar elektrody. Jádro CNC je hladce integrováno do systému pracujícího v reálném čase. „Donedávna by výroba takového složitého stroje netrvala méně než rok,“ vysvětluje Ing. Joachim Mayer, technický ředitel firmy exeron GmbH. „Za možnost dokončit tento obrovský úkol za pouhých devět měsíců vděčíme několika fak- torům. Především tomu, že jsme mohli aplikační software vyvíjet na virtuálním modelu systému a naši technici tedy mohli začít pracovat prak- ticky ihned po zadání objednávky, tj. současně s mechanickým konstruováním stroje. To nám hned ušetřilo půl roku.“ To umožnila pokročilá technologie B&R. „Už nějakou dobu jsme ve strojích EDM používali průmyslové počítače B&R v roli hardwarové plat- formy pro aplikaci CNC, panely řady Automation Panel 820 a servopohony ACOPOS,“ pokraču- je Joachim Mayer. „Naše rozhodnutí ovlivnily dva faktory. Prvním z nich je skutečnost, že společnost B&R nabízí úplné řešení z jediného zdroje. Ještě důležitější však je, že systém B&R umožňuje hladkou integraci jádra CNC napsa- ného v jazyce ANSI-C do systému pracujícího v reálném čase. A to byl pro náročné řízení CNC potřebné ve strojích EDM základní požada- vek. Když společnost B&R nabídla i jednoduché modelování servopohonů, bylo to dalším důvo- dem pro volbu technologie B&R. Dokázali jsme vytvořit virtuální model celé linky včetně všech jedenácti os, proto jsme s programováním apli- kace mohli začít krátce po zadání objednávky.“ Minimální časové a finanční náklady modelování Virtuální modely byly vytvořeny velmi rychle a za minimálních nákladů, protože simulace i vlastní stroj využívají totožný cílový hard- ware. „Velkou výhodou tohoto přístupu je fakt, že postačí namodelovat pouze pohony a další periferie. Aplikace je potom stejná pro simulaci i pro hotový systém,“ vysvětluje Ing. Paulus Kolb z oddělení vývoje softwaru ve firmě exeron. Stejně jednoduchá je i implementace aplikace do výsledného systému. Stačí otevřít konfigura- ci nástroje Automation Studio a vypnout části kódu, které simulují periferní zařízení, zapnout mapu vstupů a výstupů skutečného stroje a přenést celý software na cílový hardware. „Díky tomuto postupu můžeme navíc již během počátečního stadia vývoje – dokonce ještě před dokončením strojů a periferií – zjistit, kolik interpolačních cyklů bude třeba a jakou prostupnost bude stroj mít,“ zdůrazňuje Joa- chim Mayer. Simulace zkracuje vývoj na polovinu

www.controlengcesko.com  CONTROL ENGINEERING ČESKO KVĚTEN 2012 35 placená inzerce Vizualizaci virtuálního stroje ovládá jádro CNC Analýzu výkonu stroje zajišťuje vizualizační aplikace vyvinutá skupinou Pauluse Kolba ve velmi krátké době. Dobře k tomu posloužily integrované vizualizační funkce nástroje Auto- mation Studio Visual Components. „K zobra- zení jednotlivých součástí stroje jsme použili rastrové obrázky přímo z konstrukčního systé- mu CAD. Polohy zobrazených os ovládá přímo aplikace. Pro samotný vizualizační program stačilo napsat pouhou jednu stránku kódu.“ „Je vhodné zdůraznit, že pohyby os CNC v této vizualizaci ovládá generátor profilu CNC. Pokud by tedy v procesu generování polohy došlo k chybě, viděli bychom ji i ve vizualizaci,“ zdůrazňuje se zaujetím Joachim Mayer. Obecné řízení pohybu dobře zvládá požadavky reálného světa Technického ředitele firmy exeron těší i další funkce systému B&R, tj. koncepce obecného řízení pohybů (Generic Motion Control – GMC), která kombinuje svět robotiky, CNC, pohy- bů propojených os a jednoosého polohování do jednoho homogenního systému. „Toto řeše- ní je zvláště kouzelné tím, že nám bez většího úsilí umožňuje kombinovat náš standardní systém CNC se softwarem ve strukturovaném textu, který využívají naše řešení automatiza- ce (obvykle pracujícím na malém procesoru) na společné hardwarové platformě,“ říká Joa- chim Mayer. Není pochyb o tom, že stroj společnosti exeron pro indickou pobočku firmy Bosch je speciální. Pohled „pod kapotu“ však ukazuje zřetelně strukturovanou architekturu softwaru složeného především z modulů osvědčených z jiných strojů, který umožňuje smíšené ovlá- dání os s cyklickými hodnotami (osy CNC) a inteligentních os s vrstvou PLCopen (osy pro manipulaci s materiálem). „Tento příklad ukazuje, že princip obecného řízení pohybu je něco víc než jen pouhá marketingová fráze. Jde o metodu, která funguje a přináší významné výhody,“ dodává Joachim Mayer. Shrnutí technického ředitele je pochopitelně kladné: „Pomocí technologie B&R a nejmoder- nějších metod vývoje softwaru nyní dokážeme uvést nové stroje na trh mnohem rychleji a lev- něji. To pro nás znamená více objednávek. Je to tedy další prvek jistoty do budoucnosti, který nám přináší mnoho nových zakázek a zisku.“ B+R automatizace, spol. s r. o. Stránského 39 616 00 Brno Tel: 541 420 311 www.br-automation.com Technology by THE INNOVATORS Generic Motion Control www.br-automation.com

36  KVĚTEN 2012 CONTROL ENGINEERING ČESKO  www.controlengcesko.com Joseph McMullen Invensys Operations Management Optimalizace celkového cyklu páry a řízení hořáků pomocí prediktivní metody na bázi modelu procesu. P rediktivní řízení na bázi modelu (MPC – Model-based Predictive Cont- rol) je cennou a osvědčenou pokročilou metodou řízení procesů, která se již nějakou dobu využívá, zejména v chemickém průmyslu a při zpracování uhlovodíků. V odvětví energetiky se až donedávna využívala méně, avšak nyní MPC přináší vynikající výsledky. Síla řízení MPC je v jeho schopnosti aktuálně přizpů- sobovat model reálnému procesu a předvídat v definovaném časovém horizontu dynamické chování procesu mimořádně přesným způsobem a do značné míry eliminovat vliv poruch. Zavádění řízení MPC do praxe Protože stačí jen jedno nebo dvě selhání, aby operátoři už nikdy více řízení MPC neaktivo- vali, je důležité, aby řízení MPC bylo robustní za všech okolností, jinak je čeká osud dalšího řešení, které zůstalo zavrženo. Řízení MPC se typicky využívá pro snížení variability procesu, což způsobí provoz blíže specifikačním limitům, jak ukazuje obrázek 1. Po jeho aplikaci pak malé odchylky umožňují procesu pracovat podle potřeby blíže hornímu nebo dolnímu limitu, aby se tím proces vylepšil. Ať už je cílem vylepšit zvýšení objemu výroby, zlepšit kvalitu výrobku díky snížené variabilitě, zvýšit zisk nebo jakákoli kombinace těchto přínosů, řízení MPC může výrazně pomoci při zlepšování provozní excelen- ce a ziskovosti procesu. MPC řízení umožňuje se zároveň přiblížit k optimální hodnotě (definované kritériem optimality) řízených technologických veličin. Pokročilé metody řízení (APC – Advanced Pro- cess Control) obvykle využívají matematický model. Populární variantou je autoregresivní model s exogenními vstupy ARx (Auto-Regres- sive model with eXogenous input – ARx), který aproximuje dynamické chování procesu. Použití modelu ARx dává lepší výsledky u neměřených dynamických změn zatížení a rozdělování zátěže, což jsou typická narušení v provozním závodě. Tento model reprezentuje jak ustálený stav, tak dynamické chování procesu v přechodných sta- vech. Sledováním, jak se různé výstupy z modelu mění s různými změnami vstupů, lze modelovat související procesní reakce, což se využívá jako matematická aproximace řídicích zásahů pro různé proměnné, jako je:  doba prodlevy,  interakce několika vstupů/výstupů,  „tvar“ křivky přenosové odezvy,  zesílení v ustáleném stavu. Jedním ze způsobů, jak zajistit větší robust- nost pokročilých metod řízení, je rozšířit model ARx o model konečné impulzní odezvy (Finite Impulse Response – FIR). Model FIR zvyšuje přes- nost predikcí zvětšením počtu členů proměnných v modelu řízení. Tato kombinace, která je klíčo- vou částí programového řešení Connoisseur spo- lečnosti Invensys Operations Management pro pokročilé řízení MPC, přispívá ke zvýšení přes- nosti popisu reálných procesů. Ani jedna z částí této kombinované metody by nebyla sama o sobě dostatečná při modelování reálných procesů. Výsledkem by byly značná volatilita aproximace, velké chyby (regulační odchylky) a nedostatečné řízení. Nicméně kombinací metod ARx a FIR do jediného řídicího prvku se přesnost a dyna- mický výkon dramaticky zvyšuje. Toto robustní řízení dokáže pracovat jak s praktickými případy, tak se speciálními případy, a to díky odolnosti získané začleněním komplexní logiky do modelu MPC. Zvyšování přesnosti Robustnost modelu MPC lze zvyšovat několika způsoby. Většinu procesů obvykle tvoří několik řídicích smyček, které za příznivých okolností mohou fungovat společně a zajišťovat adekvát- ní řízení. Nicméně je možné, že různé řídicí smyčky mohou navzájem interagovat a rušit se. Pokročilé metody řízení procesů u elektráren hlavní téma Obrázek 1: Snížení variability po instalaci řízení MPC.

www.controlengcesko.com  CONTROL ENGINEERING ČESKO KVĚTEN 2012 37 Za účelem vytvoření robustnějšího modelu MPC se využívá metodika označovaná jako odvazbe- ní (decoupling). Odvazbení kompenzuje odezvy z několika řídicích smyček, aby bylo možno pracovat samostatně s izolovanými smyčkami. Odvazbení řídicích smyček umožňuje modelu MPC zohledňovat všechny regulované veličiny společně (současné on-line řízení) a umožňuje tím optimální/suboptimální řízení procesu jako celku. Po vhodném namodelování lze tyto samostat- né modely kombinovat a získat tak robustnější (odolnější vůči různým poruchám a změnám) model celkového procesu., Model MPC využí- vá metodu optimalizace založeného na lineár- ním programování (LP), pomocí které nachází provozní (optimální) bod, který maximalizuje (extremizuje) zisk definované ziskové/účelové funkce v rámci provozních omezení řídicí matice vstupně-výstupních proměnných. Protože toto je již začleněno jako součást modelu MPC, zisková funkce LP kvantifikuje všechny relevantní fak- tory procesu. Optimalizace LP ve smyslu zada- ného kritéria zajišťuje ten nejziskovější provoz na základě robustního modelu MPC. Třetí cestou ke zvýšení robustnosti modelu MPC je umožnit adaptivní řízení s cílem pro- vádět změny procesních podmínek v reálném čase. Většina procesů v průběhu času mění své chování jako následek působení poruchových veličin (teplota, čas, atd.). To znamená, že se v průběhu času mění (zhoršuje) přesnost modelu MPC oproti původnímu návrhu. Proti tomu lze bojovat například tak, že se model MPC reálného procesu přizpůsobuje procesu i jeho změnám a odpovídajícím způsobem aktualizuje koncep- ci řízení. Výsledkem je model, který zůstává robustní, i když se proces mění. To znamená, že regulační zásahy jsou založeny na aktuálních hodnotách proměnných z reálného procesu jako i na aktuálních hodnotách proměnných ze změ- něného modelu. Příklad ohřívače napájecí vody Z odvětví energetiky pocházejí dva nedávné pří- klady, kdy řízení MPC přineslo výraznou úsporu a zvýšení účinnosti. Prvním je řízení ohřívače napájecí vody, kde použití řízení MPC umožňuje zvýšení účinnosti Rankinova cyklu v elektrárně. Rankinův cyklus (obrázek 2) se využívá u kon- venčních parních tepelných elektráren na fosilní paliva pro maximalizaci účinnosti elektrárny a generování elektrické energie. Provedení ohřívačů napájecí vody vychází z informací o turbíně, kotlích a různých sub- systémech pocházejících z návrhové fáze ještě před postavením elektrárny. Místo odběru páry u turbíny určuje konečnou teplotu napájecí vody jako funkci průtoku páry turbíny. Kotel následně ohřívá napájecí vodu pro generování přehřáté páry a zabezpečuje požadovaný pro- vozní tlak a teplotu generované páry. U parních elektráren s bubnovým kotlem je proces proměny vody na páru rozdělen do několika technologic- kých celků – ekonomizéry pro předehřívání vody, výparníky pro generování páry, přehřívače pro přehřívání páry a mezipřihřívače pro mezipřihří- vání páry. Tyto celky jsou navrženy s ohledem na dosažení specifických projektovaných para- metru generované páry – teplot, průtoku páry a optimálního množství paliva a vzduchu. Nicméně ve skutečném provozu mohou změny průřezu trubek kotle nebo změny kvality pali- va (výhřevnost uhlí může značně kolísat podle jeho zdroje) způsobovat nerovnováhu rozdělení energie a neschopnost dosáhnout původně pro- jektované teploty páry. Řízení teploty na výstupu vysokotlakého ohřívače napájecí vody poskytuje důležitý doplňkový prvek řízení pro dosahování projektovaných optimálních teplot páry. Zvýšení účinnosti cyklu proměny vody na technologickou páru díky pokročilému řízení teploty generované páry a řízení teploty napájecí vody dle poža- dovaného průtoku páry komplexně nahrazuje případnou ztrátu účinnosti z důvodu chladnější hlavní téma Vysokotlaká turbína Regenerační Rankinův cyklus s přihříváním Nízkotlaká turbína GenerátorPřehřívač Buben Kondenzátor Ekonomizér Vysokotlaký ohřívač napájecí vody Nízkotlaký ohřívač napájecí vody Čerpadlo napájecí vody SpalinyPalivo a vzduch Obrázek 2: Základní Rankinův cyklus: problémy s řízením vyplývají ze skutečnosti, že všechny prvky systému jsou vzájemně provázány. Nemůžete změnit jeden, aniž byste ovlivnili jiné, a proto je tak dobrým příkladem procesu, pro nějž je přínosné řízení MPC.

38  KVĚTEN 2012 CONTROL ENGINEERING ČESKO  www.controlengcesko.com napájecí vody. Takže v tomto případě se řízení teploty napájecí vody na výstupu ohřívače stává zásadní složkou řídicího systému MPC pro regu- laci teploty páry. Dalším přínosem pokročilého řízení teploty páry je vyšší generovaný objem páry (optimální měrný objem tepla) a potenciál ke snížení emisí NOx . Úkolem kotle je ohřívat napájecí vodu pro generování přehřáté páry. Nicméně, jak bylo řečeno, někdy není původní návrh řízení ade- kvátní tomu, aby zajišťoval požadované teploty přehřáté páry z důvodu kolísání kvality paliva, konstrukčních změn kotle nebo zákonných ome- zení emisí. Záměrem použití řízení MPC u ohříva- če napájecí vody je zvýšit krátkodobou a dlouho- dobou kapacitu generování zátěže při současném snížení objemu emisí a zvýšení účinnosti. Využitím řízení MPC se zvyšuje účinnost řízení tím, že se doplní klíčový akční zásah založený na modelu k existujícímu seznamu akčních zásahů regulátorů ovlivňujících teplotu, průtok páry v kotli, emise a přebytek kyslíku. Toho lze dosáhnout tím , že kombinace metod ARx a FIR při řízení umožňuje zohlednění dalších veličin. Protože teplota napájecí vody v kotli přímo ovliv- ňuje teplotu přehřáté páry, teplotu na výstupu vysokotlakého ohřívače napájecí vody lze řídit pro dosažení a udržení projektovaných teplot páry. Zlepšení získaná použitím řízení MPC na výstu- pech ohřívače napájecí vody zvyšují celkový gene- rovaný objem páry a snižují potenciální emise. Příklad optimalizace hořáku Obvyklým problémem u uhelných hořáků použí- vaných u elektrárenských kotlů je, že uhlí je často rozloženo nerovnoměrně, což vede k neefektivní- mu provozu. Na některých místech hořáku je více uhlí než na jiných a vzniká tak nerovnováha rozdělení kyslíku. To může způsobovat problémy, protože hořák byl navržen pro rovnoměrné rozlo- žení paliva a kyslíku. Každodenní realitou je to, že rozložení uhlí závisí na tom, které drtiče uhlí jsou zrovna v provozu, nebo jednoduše na jevu tvor- by „provazců“ drceného uhlí v potrubí (roping). Hořáky mají obvykle mnoho vzduchových trysek pro přívod rovnoměrného proudu kyslíku pro spalování. Nicméně tyto vzduchové trysky jsou často kalibrovány při spouštění systému a jen málokdy se překalibrovávají s ohledem na probí- hající změny provozních podmínek. Také model řízení MPC je vytvořen a kalibro- ván při spouštění, včetně on-line adaptivní funk- ce, která umožňuje modelu překalibrovat klapky řídící vzduchové trysky s ohledem na měnící se podmínky v reálném čase. Model MPC testuje parametry a sám se aktualizuje/adaptuje auto- maticky, tj. bez zásahu operátora. Protože jde o průběžný proces, operátoři dokážou lépe pra- covat s potenciálními neshodami mezi modelem řízení MPC a procesem. Automatizace kalibrace klapek na vzduchových tryskách dovoluje sys- tému přizpůsobovat se měnícím se podmínkám a umožňuje dosahovat dalších přínosů, jako jsou nižší emise NOx a CO a související snížení spotřeby čpavku. Přínosy pro technologické procesy Prediktivní řízení na bázi modelu poskytuje zdra- vý základ pro aplikaci pokročilého řízení procesu, které lze použít pro zvýšení ziskovosti procesu pomocí zlepšení kvality, zvýšení objemu výroby a snížení spotřeby energie. Kombinace metody ARx s metodou FIR přináší flexibilní matema- tický model, který dokáže řídit problémy reálné praxe. Tato zvýšená kvalita a zisk obvykle při- nášejí návratnost investice během tří až šesti měsíců a průběžné finanční přínosy, které časem narůstají, jak ukazuje obrázek 3. Vyspělé schopnosti moderních platforem říze- ní MPC mohou být velmi přínosné pro nejrůznější odvětví, zejména elektrárny. Schopnost začlenit širší rozsah veličin přináší vyšší robustnost říze- ní a umožňuje například výrazně zlepšit řízení teploty páry. Přesnější řízení technologie meto- dou MPC rovněž přispívá k tomu, aby procesy generování energie splňovaly zákonné požadavky a vyrovnávaly se s podmínkami měnící se zátěže dosahováním nižší variability a díky souladu s více cíli a měnícími se podmínkami zátěže. Aplikování metody řízení MPC předpokládá počáteční identifikaci technologického proce- su a získání jeho dynamických charakteristik a následné generování modelu procesu. Aplikace metody MPC v energetice je možné na všechny klíčové systémy – kotel, turbína (ply- nová/spalovací/parní), generátor, kondenzátní, napájecí systém, čerpací a chemické stanice napájecí emise. ce Joseph McMullen je manažer produktového marketingu pokročilých aplikací společnosti Invensys Operations Management. Originál textu doplnil a odborně korigoval Jan Juhasz ze společnosti Invensys Systems (Slovakia), s. r. o. hlavní téma Přínosy Cena $ Provozní náklady Přínosy Cena Provozní náklady Cena 1. rok 2. rok 3. rok 4. rok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Konec životnosti náklady Obrázek 3: Časové znázornění typických finančních přínosů zavedení řízení MPC.

www.controlengcesko.com  CONTROL ENGINEERING ČESKO KVĚTEN 2012 39 Generic MotionControl Technology by THE INNOVATORS Perfection in Automation www.br-automation.com Maximální produktivita systému díky vyjímečnému výkonu a přesné synchronizaci Podpora pokročilých výrobních procesů díky integrovanému řízení CNC, robotice a řízení pohybu spolu s integrovanou bezpečnostní technologií Snadná implementace variabilního provedení stroje díky softwarové kompatibilitě všech pohonných technologií Podpora všech variant uspořádání stroje díky centralizované a decentralizované pohonné technologii Snížení celkových nákladů a jednoduchá údržba

40  KVĚTEN 2012 CONTROL ENGINEERING ČESKO  www.controlengcesko.com události P rocházet veletrhem, jakým je Hanno- ver Messe (dále v textu HM), je pro každého technicky zaměřeného člově- ka velký zážitek. Navštívit však všech 18 hal, které byly pro HM 2012 k dispozici, se jevil jako nadlidský výkon. Z toho důvodu jsme zvolili túru po červené, která symbolizovala Industriální automatizaci. Ostatní z tras mohly návštěvníka zavést do oblastí plných energetiky, výzkumů, softwarových řešení aj. Pro návštěvníky omezené časem pořadatelé připravili několik tematických okruhů po veletrhu s vyškoleným průvodcem. Bylo možné nechat se provést po šesti trasách zahrnujících robotiku, energetická řešení, stro- jírenství atd. a nechat se vtáhnout do víru pou- tavých prezentací. Na domácí půdě se velmi okázalým způsobem prezentoval elektrotech- nický gigant Siemens, který měl své zastoupení téměř ve všech halách věnovaných automatizaci. Rovnat se mu mohli snad jen pánové ze Spoje- ných arabských emirátů ukazující energetické možnosti své země, ale komentáři na toto téma bychom už zabrousili do úplně jiné oblasti, než kvůli které jsme do Hannoveru původně přijeli. Novinky i zaběhlé technologie prezentova- né pomocí moderních a zábavných metod byly k vidění doslova na každém kroku. Obyčejná autodráha se stala lákadlem hned několika vystavovatelů. Působila jako jednoduchá kulisa vystavovaných předmětů, stejně jako prezentace funkčnosti snímačů polohy či proudění vzduchu, nebo nabízela možnost soutěžit o hodnotné ceny. Z toho lze vyčíst, že přístup prezentovaných firem je v dnešní době orientován především na návštěvníka, jeho pohodlí a zábavu. K prezentaci nebo sledování procesu se výbor- ně hodí LCD monitor Eye LCD 6000QHD-LD společnosti Herglotz Consulting GmbH, který na HM 2012 ukazoval možnosti zobrazení detailů a především připojení a zobrazení několika sig- nálových vstupů na jednom monitoru. Táž firma rovněž nechala návštěv- níky nahlédnout do řídí- cích místností elektrá- ren, pro které dodává zobrazovací zařízení. České zastoupení bylo k vidění u několi- ka stánků, a to přede- vším u firem s meziná- rodní působností. Avšak ryze českých firem bylo na veletrhu HM 2012 pomálu. Jednou z nich byla plzeňská společnost Elis Plzeň a. s., která představovala své produkty zaměřené na snímá- ní průtoků kapalin. Indukční a ultrazvukové prů- tokoměry od této společnosti nacházejí uplatnění např. ve vodárnách, u hasičských sborů a díky certifikacím je lze použít i pro kontrolní účely. Za zmínku také stojí jejich zaměření na vývoj bateriových průtokoměrů a dvoupaprskových ultrazvukových průtokoměrů. Tento typ produk- tů si díky své ojedinělosti nachází své zákazníky i v řadách zahraničních společností, se kterými společnost Elis Plzeň a. s. spolupracuje. Pomineme-li německého rodáka Siemens, který na veletrhu představil téměř úplně vše ze svého portfolia, byla společnost ABB s. r. o. tahákem podobného ražení. Z pohledu automa- tizačního technika je nutné zmínit komplexnost řešení, které ABB s. r. o. prezentovala. Jedním z ukázkových komplexních produktů byl model výroby součástek a jejich skládání do přihrádek. Téměř všechny součásti byly produkty společ- nosti ABB s. r. o. Jednalo se o stacionární roboty, flexi picker i pohony dopravníků, stejně jako o čidla přítomnosti produktu a celková safety ochrana. „Komplexnost řešení sestávajících se z našich produktů je v dnešní době důležitým aspektem pro vývoj nových produktů,“ komen- tovala směřování této mezinárodní společnosti Dr. Nannette Baur, vedoucí pro marketingovou komunikaci v ABB s. r. o. Tuto myšlenku potvrdily i další firmy. Thor- sten Gröppel, projektant firmy Harting Applied Technologies GmbH & Co., popisoval zákaznicky orientovaná řešení na míru takto: „Je potřeba porozumět požadavkům zákazníka a nabídnout mu přesně vyhovující řešení i za cenu tvorby nových speciálních zařízení na míru. Naše spo- lečnost je na tento typ práce zvyklá, vytváříme totiž vlastní návrhy strojů za použití našich i cizích produktů.“ Podobně se k tomu staví i ve společnosti B+R automatizace, spol. s r. o., kde se nám průvodcem stal Ing. Robert Charvát z brněnského oddělení pro technická řešení a prodej. Obdobně jako společnost ABB s. r. o. a mnoho dalších vsadila i společnost B+R auto- matizace, spol. s r. o. na prezentaci komplexního řešení, kdy jejich pracovníci sestavili model pro- cesu na kontrolu golfových míčků. Tři různé sta- cionární roboty (z toho jeden tripod) byly řízeny industriálním PC, který dokazoval své možnosti na reálné aplikaci. Podle slov Ing. Charváta je tento počítač postaven na operačním systému reálného času společnosti B+R automatizace, spol. s r. o. a dokáže řídit až 9 CNC strojů, z čehož každý se může pohybovat až v 15 osách. Pomocí univerzálního konceptu knihoven operačního systému je možné pohodlně řešit klasické polo- Daniel Haupt Control Engineering Česko Hannover: Město zaslíbené oboru automatizace r n c r z b k v r r n p b E Stacionární roboty F-Series společnosti Mitsubishi Electric Corporation, které mají cycle time 3krát za vteřinu. Foto: Hannover Messe

www.controlengcesko.com  CONTROL ENGINEERING ČESKO KVĚTEN 2012 41 hovací úlohy stejně jako inverzní úlohu kinema- tiky a to s danou přesností. Na tomto modelu se snoubilo několik typů úloh, které produkty B+R automatizace, spol. s r. o. řešily. Šlo o řízení robotů, pohyb dopravníků a detekci přítomnosti míčků, dále třídění míčků dle rozpoznané barvy a celkový ochranný systém zajišťující bezpečnost pracovníků. B+R automatizace, spol. s r. o. také ukázalo možnosti propojení prostředí Matlab a Simulink s PLC. Pomocí příslušných knihoven lze např. v Simulinku vytvořit simulaci určitého procesu a následně vygenerovat zdrojové kódy pro konkrétní PLC společnosti B+R automatiza- ce, spol. s r. o. Jak jsem již předeslal na začátku, hračičky a modely se staly součástí většiny vystavovate- lů. Dokonce i těch, kteří do nich nezapracovali ani jeden svůj vlastní produkt. Mezi ně však nepatřila společnost Pepperl + Fuchs s. r. o., jež prezentovala své ultrazvukové snímače vzdá- lenosti na modelu traktoru s postřikem. Sní- mače fungovaly jako měřič výšky postřikové trubice od země a jejich výstup uzavíral regu- lační smyčku. Jens Sherer nám dále představil RFID systémy, ale především snímače splňu- jící požadavky potravinářského a nápojového průmyslu, jejichž povrch zabraňuje množení bakterií a usnadňuje čištění. Další společností s vyloženě „hračkářskou“ tématikou byla Nati- onal Instruments Corporation. Jejich software LabView spolu s uživatelskými kartami jsou známé ve společnostech po celém světě, ale na HM 2012 se prezentovali i ve světle blízkém obyčejnému návštěvníkovi. Mezi univerzitními studenty sklidila nejvíce pozornosti nakloněná rovina, na níž se pohybuje kulička po zadané trajektorii. Klasická regulační úloha ve dvou osách se zpětnou vazbou přes kamerový systém byla do detailu rozpitvána a řešena pomocí Lab- View, což má podle slov vystavovatelů pomoci zvýšit povědomí o tomto systému i mezi studenty a naučit je s ním pracovat. Neméně úspěšná byla prezentace firem Pilz GmbH & Co. KG a EBERLE Controls GmbH, které spojily své síly a vytvo- řily obdivovaný systém ovládání stacionárního robota pomocí pohybu rukou. EBERLE Cont- rols GmbH zajistilo řízení stacionárního robota a snímání pohybu rukou na dálku pomocí 3D skeneru. Pilz GmbH & Co. KG pověsilo nad robota strážné oko v podobě 3D safety kamery. Ta hlídala vzdálenost návštěvníků od robota a v případě překročení tzv. warning zone zpo- malila pohyb chapadla, nebo jej úplně zastavila, pokud se někdo dostal do tzv. stop zone. Každý návštěvník si zde mohl vyzkoušet jaké to je, když několikatunový stroj kopíruje jeho pohyby. Nicméně úplnou diváckou třešničkou se staly quadrocoptery a jejich představení prezentované Švýcarským federálním technologickým institu- tem v Curychu. Quadrocoptery létaly ve forma- cích, nechaly se ovládat pouze pohybem ruky nebo si mezi sebou odrážely míček. Tyto létající prostředky jsou tichou budoucností sledovacích, monitorovacích a záchranných systémů, čehož si jsou v Curyšském institutu vědomi, a proto také zavítali do Hannoveru. Jednou z důležitých akcí, která se na HM 2012 z našeho pohledu udála, byla tisková konference taiwanského energetického lídra jménem Delta Group. Delta na HM 2012 razila moto „Smarter. Greener. Together.“, což bylo cítit jak z jejich vystavovaných produktů, tak z projevu Yancei Hay (ze společnosti Delta Group) během tisko- vé konference. Tam také podrobně představil společnost, která se za 41 let působení dostala na špici s produkty, jakými jsou spínané zdroje či stejnosměrné větráky. Dále pronikla mezi konkurenci svými střídavými motory a poskyto- váním energetického řešení pro telekomunikace v Evropě i Asii. Yancei Hay potvrdil, že cílem spo- lečnosti je poskytovat inovativní a energeticky efektivní řešení ve všech oborech jejich činnosti. Společnost Delta Group má v České Republice výhradní zastoupení v podobě kolínské firmy ProfCom, s.r.o. Ta se u nás zaměřuje na servis, prodej a návrh řešení pro zákazníky, na druhé straně zajišťují také školení pracovníků. Její ředitel Pavel Pospíšil byl naším průvodcem po produktech Delty Group přímo v Hannoveru. V první řadě zmínil, že Česká Republika nejspíše dostane možnost vybudovat servisní středis- ko společnosti Delta Group s účinností v celé Evropě. Dále pokračoval výkladem případové studie v naší zemi, kterou zmiňoval i Yancei Hay na tiskové konferenci. Jedná se o dřevozpracují- cí firmu HOUFEK a.s. Mezi nejlákavější produkty společnosti Delta Group na HM 2012 určitě patřila dobíječka hybridních a bateriových elek- trických vozidel DC Quick Charger, která dokáže nabít bateriové auto za zhruba 15 min. Mezi stovky, možná tisíci ostatními zajíma- vými exponáty jich další pár vynikalo. Společ- nost Volkswagen AG ukázala návštěvníkům, jak vypadá opravdová linka pro výrobu automobi- lů. Přivezla s sebou její část a bylo s podivem, že dokázala obrovským způsobem zaujmout. Mitsubishi Electric Corporation ukázala své stacionární roboty F-Series, které mají cycle time 3krát za vteřinu. FESTO AG & Co. KG zaujalo svou prezentací HMI. Robotická ruka ovládaná pohybem ruky v senzory osazené rukavici připo- mínala záběry z Cameronova filmu Terminátor. HM 2012 určitě stál za návštěvu a věřím, že pokud si udrží kvalitu a zábavnost, tak i v příš- tích letech bude hostit desetitisíce návštěvníků. ce Daniel Haupt je externí redaktor časopisu Control Engineering Česko. události

Magelis GTO: výkon podtržený designem S chneider Electric uvedl v loňském roce na trh velmi úspěšné řady grafic- kých mikropanelů Magelis HMI STO a Magelis HMI STU. Nová generace optimalizovaných grafických panelů Magelis GTO na ně nyní navazuje a přináší řadu zajíma- vých pokročilých vlastností. Křišťálový obraz na dotyk Na první pohled zaujme Magelis GTO svým barevným dotykovým displejem – v pěti varian- tách od 3,5 do 12,1" – s podporou 65000 barev. Rozlišení je odstupňováno dle velikosti displeje od 320×240 (QVGA) až do 800×600 (SVGA) pixelů. Směle tak konkuruje operátorským panelům vyšších tříd. Díky podsvícení LED vyniká „GTO“ nízkou spotřebou (o 50 % nižší než běžné typy) a vysokou životností (50000 hodin). Mezi jeho základní funkce patří také inteligentní řízení jasu a kontrastu (16 úrovní). Uživatelé jistě ocení zajímavý typ Magelis HMIGTO3510 s novým širokoúhlým formátem 7", rozlišením 800×480 bodů (WVGA) a doplněným 8 funkč- ními klávesami. Oproti cenově srovnatelnému typu o standardním rozměru 5,7" přináší 40% zvětšení displeje. Komunikace opět na výbornou Prostřednictvím vestavěného Ethernetu TCP/IP (10BASE-T/100BASE-TX) nebo dvojice sério- vých linek (RS232C, RS485) zvládá Magelis GTO nejen komunikaci s PAC řady Modicon, ale i se systémy třetích stran. V základním provedení jsou dostupné všechny běžné ovládače jako např. Modbus TCP, Ethernet IP nebo Profinet. Na jednu sběrnici Ethernet lze přitom současně připojit dvě nebo více zařízení, každé s jiným typem protokolu. Přes dvojici USB portů (typu A nebo mini B) si může uživatel k panelu připojit PAC řady Modicon, čtečku čárových kódů, tis- kárnu, externí klávesnici nebo PC. Díky funkci Web Gate zvládá „GTO“ i vzdálený dohled nad řízenou technologií, případně její řízení pro- střednictvím běžného webového prohlížeče. Data k nezaplacení Lokální archivaci dat, např. záznam teplot nebo historii výšky hladiny v nádrži, zajišťuje prů- běžné ukládání na USB flash disk nebo SD kartu (až 32 GB). Oproti předchozím řadám má Magelis GTO navýšenu paměť pro aplikace až na 96 MB. Uživatelé si tak mohou zobrazovat grafické objekty nebo fotografie ve vysokém rozlišení. Množství proměnných v aplikaci není softwarově nijak omezeno. Kompatibilita chrání investice Stávající uživatelé panelů Magelis XBTGT ocení kompatibilitu rozměrů s novou řadou „GTO“. Výměna staršího typu za nový nevyžaduje jaký- koliv zásah do rozváděče – rozměry pro výřez do rozváděče jsou u obou totožné. Instalace a montáž se provádí 4 šroubovými příchytka- mi. Precizní těsnění zajistí krytí IP 65f v čele rozváděče. Vysoká odolnost vůči agresivnímu prostředí Pro použití v potravinářství nebo farmacii je určen Magelis GTO v nerezovém provedení s krytím IP 66k s obrazovkou o rozměrech 5,7", 10,4" nebo 12,1". Rámeček displeje je přizpůsoben proti zachycování nečistot a zároveň s vyšší odolností proti vysokotlakému čištění dle normy DIN40050-9. Náročným podmínkám vyhoví „GTO“ i díky širokému rozsahu provozních tep- Nové optimalizované grafické panely Magelis GTO přináší řadu pokročilých vlastností. produkt exclusive 42  KVĚTEN 2012 CONTROL ENGINEERING ČESKO  www.controlengcesko.com

lot – od 0 do 55 °C. Se speciální ochrannou fólií lze u běžných terminálů zvýšit krytí až na IP 67f a ochránit je tak proti agresivním chemickým lát- kám a olejům. Na vyžádání jsou dostupné potřeb- né certifikáty – například Atex, Gost nebo KCC. Intuitivní výkonný software Vijeo Designer Magelis GTO využívá programovacího prostředí Vijeo Designer. Připravené funkce a knihovny dále rozšiřují možnosti uplatnění panelu. Pro potravinářství, chemii nebo farmacii nabízí až 64 receptur uložených ve 32 skupinách a obsa- hujících až 1024 přísad. Nahrání aplikace z PC lze provést přes USB nebo Ethernet. Nová vlast- nost Vijeo Designeru umožňuje aktualizaci nebo nahrání aplikace uživatelským příkazem z dis- pleje z FTP přímo do panelu. Manažerské funk- ce, jako např. archivace, zpracování a prezen- tace dat v nadřazeném systému, pak poskytuje doplňkový nadstavbový software IDS. Široký rozsah uplatnění Nově optimalizované grafické panely Magelis GTO efektivně ovládají stroje, technologická zařízení i inteligentní přístroje typu frekvenční- ho měniče, MCC nebo RTU stanice. Přehledně zobrazují získaná technologická data místně i vzdáleně. Magelis GTO v nerezovém provedení se osvědčuje například v mlékárnách nebo při výrobě nápojů – tedy v aplikacích, kde je vyža- dována vysoká odolnost proti vlhkosti a kapa- linám. Michal Křena www.schneider-electric.cz produkt exclusive HLEDÁTEsystémového integrátora? Hledejte na správném místě: www.integratori.controlengcesko.com

44  KVĚTEN 2012 CONTROL ENGINEERING ČESKO  www.controlengcesko.com Operátorský panel má displej TFT (QVGA) s úhlopříčkou 5,7", možností zobrazovat 4096 barev a může být používán za velmi vyso- ké i za extremně nízké teploty. Dis- plej je dobře čitelný pro písmo a gra- fiku i na přímém slunci – svítivost je 700 cd/m2 . Vzhledem k univerzál- ním možnostem použití, jednoduché vestavbě a vysoké odolnosti vyhoví panely náročným požadavkům pro speciální automatizované provozy, jako jsou automyčky, nabíjecí sta- nice či automatizovaná parkoviště. Operátorský panel je vybaven portem USB pro rychlý přenos programu. Pro ukládání zvukových souborů, PLC programů i panelových obrazovek je k dispozici slot pro SD. Na té je samo- zřejmě možné mít k příslušný firmware i v různých verzích pro případ testování nových aplikací. Kompaktní rozměry a maximální příkon držený pod 8 W (záruka velmi malého zahřívání) umožňují vestavbu i do velmi těsných prostor. Pro tyto nové panely, stejně jako pro celou rodinu dotykových panelů řady GT, je pro vývoj určeno pro- gramové prostředí GT Win, které je společné pro všechny operátor- ské panely. Tím je tedy zajištěna možnost použít vývojové prostředí (včetně předpřipravených kniho- ven a nadefinovaných objektů), se kterým má řada vývojářů bohaté zkušenosti. Technické parametry: Displej TFT (QVGA) s uhlopříč- kou 5,7" a možností zobrazovat 4096 barev ● Provozní teplota okolí: -20 °C to +60 °C ● Hodnoty lze definovat prostřednictvím klávesnice ● K dispozici knihovna SymKEYS – realistická 3D knihovna akčních členů automa- tizace ● Předdefinované objekty grafů a variant řízení ● Zdroj reálného času – vlastní baterie ● Až 16 jazykových mutací programu ● Možnost ochrany heslem ● Krytí čelního panelu IP67 ● RS232C/RS422/RS485 ● Instalační hloubka pouze 39 mm ● Výborná spolupráce se všemi PLC Panasonic ● Driver pro Mitsubishi, Omron, Allen-Bradley, Siemens, Modbus (RTU Modus) www.panasonic-electric-works.cz Řada IZMX je k dispozici ve dvou základních velikostech, a to IZMX16 a IZMX40. Prvně jmenovaná může být vybavena jmenovitými proudy do 1600 A, řada IZMX40 pak jmenovitými proudy do 4000 A. Pro obě řady je připravená široká nabíd- ka příslušenství, některé příslušenství je navíc možné použít v obou velikostech. Čtyři typy spouští Jističe IZMX je možné vybavit čtyřmi typy spouští. Od základní spouště pro ochranu vedení (typ A) přes pokročilé, selektivní spouště (typ V) a univerzální spouště (typ U), až po spoušť s měřicími funkcemi. Ta je navíc vybavena interní pamětí a barevným plně grafickým LCD dis- plejem (typ P). Jističe IZMX mohou být použity ve čtyřech hlavních oblastech použití v závislosti na typu zařízení, které mají být chráněny. A sice ochrana systému, ochrana motoru, ochrana transformátoru nebo ochrana gene- rátoru. Tyto klíčové aplikace vytvářejí rozdílné požadavky na vzduchové jis- tiče. Proto jsou vzduchové jističe IZMX nabízeny s různou vypínací schopností, se čtyřmi různými spouštěmi. Současná montáž dvou výsuvných jističů Unikátní koncepce jističů IZMX16 umožňuje současnou mon- táž dvou jističů ve výsuvném provedení vedle sebe v rozvádě- čovém poli šířky 600 mm. Jističe IZMX16 lze montovat jak standardním způsobem na vodorovnou montážní desku, tak se dají upevnit i na svislý montážní panel. Komunikační možnosti jističů IZMX Vzduchové jističe řady IZMX podporují komunikaci přes prů- myslové sběrnice PROFIBUS-DP, Modbus RTU, nebo EtherNet. Modulární konstrukce V případě doplnění základního pří- stroje o příslušenství je tato operace díky technologii „Plug&work“ velice jednoduchá. Příslušenství se pomocí západek „snap-fit“ uchytí do správné pozice a pro uchycení tak není potře- ba žádný pracovní nástroj. Samotné elektrické propojení je taktéž jednodu- ché, veškeré příslušenství je vybaveno vodiči ukončené konektorem s číslem správné pozice. Díky této technologii je možno snadno a rychle reagovat na měnící se požadavky v použitém systému. www.eaton.cz Panasonic Electric Works Czech s. r. o. Displej TFT (QVGA) s uhlopříčkou 5,7" Eaton Elektrotechnika s. r. o. Vzduchové jističe IZMX PRODUKTYPsoftware & g j s m ( v k z T D k 4 -

www.controlengcesko.com  CONTROL ENGINEERING ČESKO KVĚTEN 2012 45 Řídicí prvky společnosti Allen-Bradley řady GuardLo- gix přispívají k zajištění bezpečnosti a standardního řízení v rámci jediného řídicího prvku pro použití při diskrétní výrobě, polohování, řízení pohonů a v dalších složitých aplikacích. Řídicí prvky GuardLogix, dostupné v platformách Control- Logix pro velké aplikace a CompactLogix pro středně velké aplikace, nabízejí standardní procesor Logix a bezpečnostní klasifikaci SIL 3. Snadné použití a konfigurace S řídicím prvkem GuardLogix mohou uživatelé naplno vyu- žít výhod prostředí RSLogix5000, standardního vývojového prostředí pro všechny řídicí prvky společnosti Allen-Bradley řady Logix. Flexibilní systém na bázi značek je považován za jeden z nejvíce produktivních a intuitivních systémů na trhu, který přispívá k maximalizaci produktivity navrhování. Software RSLogix5000 řídí bezpečnost, takže uživatelé nemusejí spra- vovat oddělení běžné a záložní paměti, ani se starat o rozdě- lení do oddílů pro izolaci dat souvisejících s bezpečností. To vše provádí software RSLogix5000. Síť Řídicí prvky GuardLogix využívají protokol CIP Safety over EtherNet/IP nebo DeviceNet pro při- pojování k I/O a umož- ňují připojení více řídicích prvků GuardLogix pro sdílení bezpečnostních dat k zajištění bezpečného provázání různých pracovních buněk / úseků. Bezpečnostní řídicí prvky Compact Řídicí prvky GuardLogix Compact jsou nejnovějším přírůst- kem k řadě řídicích prvků GuardLogix a poskytují integrované funkce pro bezpečnost a polohování v jediném řídicím prvku. Tyto řídicí prvky využívají stejnou konfiguraci, sítě a vizu- alizační prostředí jako větší systémy GuardLogix a poskytují možnosti škálovatelných systémů s integrovanými bezpeč- nostními a polohovacími funkcemi pro středně velké stroje. Řídicí prvky GuardLogix Compact jsou založeny na oblí- bené platformě CompactLogix a nabízejí ještě více paměti a možností řízení. Díky osmi polohovatelným osám v rámci střední řídicí platformy a plné podpoře CompactBlock Guard I/O a POINTGuard I/O over EtherNet/IP, jsou k dispozici nové, cenově výhodné možnosti pro výrobce strojů zajímající se o standardizaci na jedné řídicí platformě pro různé stroje. Guard I/O Guard I/O poskytuje všechny výhody tradičních distribuova- ných I/O pro bezpečnostní systémy. Snižují náklady na kabeláž a zkracují dobu zprovozně- ní strojů a pracovních buněk ve srovnání s I/O na šasi. Guard I/O můžete vyu- žívat s jakýmkoli bez- pečnostním řídicím prvkem, který komu- nikuje v sítích s proto- kolem DeviceNet nebo EtherNet/IP. K dispozici je několik variant bloků Guard I/O, s nejrůznějšími prvky pro montáž do skříně nebo na stroj. Programovatelný bezpečnostní řídicí prvek SmartGuard 600 Řídicí prvek SmartGuard 600 je programovatelný bezpeč- nostní řídicí prvek určený pro bezpečnostní aplikace vyža- dující složitou logiku, umožňující vyspělejší bezpečnostní funkč- nost. Nabízí 16 bezpečnostně kla- sifikovaných vstupů, 8 bezpeč- nostně klasifikovaných výstupů, 4 zdroje zkušebních impulsů a volitelný port EtherNet/IP. Pro podporu standardního protokolu CIP a protokolu CIP Safety je rov- něž zahrnuto připojení Device- Net. Konfigurace a programování se provádí pomocí protokolu EtherNet/IP, DeviceNet, nebo přes zabudovaný port USB. Bezpečnostní relé Tato zařízení jsou navržena pro monitorování stavu bez- pečnostního okruhu a nabízí nejrůznější konfigurace. Jsou dostupné jako jednofunkční relé nebo hardwarově konfigu- rovatelné multifunkční relé. Produktovou řadu tvoří ověřené série Allen-Bradley MSR100, 200 a 300 a relé se speciální funkcí, jako je řídicí prvek pro bezpečnou rychlost MSR57 a naposledy uvedená nová generace (nová řada) relé. Nová řada bezpečnostních reléAllen-BradleyGuardmas- ter zahrnuje šest jednotek umožňujících monitorování široké řady bezpečnostních zařízení v nejrůznějších apli- kacích. Těchto šest jednotek dokáže provádět většinu funkcí, které vyžadují bezpečnostní systémy na bázi relé, což přispívá ke zjednodušení nákupů a správy dílů. Tato řada je navrže- na tak, aby splňovala požadavky nových norem pro funkční bezpečnost, jako je EN ISO 13849-1 nebo IEC/EN 62061 a nabízí klíčové funkce pro usnadnění instalace a snížení složitosti systému. Další informace o těchto produktech si můžete vyžádat na naší e-mailové adrese: info_update@ra.rockwell.com. Rockwell Automation s. r. o. Řídicí prvky GuardLogix produkty

46  KVĚTEN 2012 CONTROL ENGINEERING ČESKO  www.controlengcesko.com produkty Společnost Cognex Corporation, přední světový dodavatel systémů počítačového vidění a průmyslového snímání ID kódů, dnes oznámila vydání řídicího centra Cognex Explorer™. Tento jedinečný nástroj graficky zobrazuje všechny systémy počíta- čového vidění Cognex, čtečky ID kódů a vizualizační systémy připojené k síti. Zahrnuje také výkonné údržbové nástroje pro zálohování, obnovu nebo klonování systémů, provádění aktualizací firmwaru a mnoho dalšího. Nástroj Cognex Explo- rer byl navržen pro řídicí, výrobní a údržbové techniky, pro něž bude používání intuitivního rozhraní pomocí klikání myší velmi snadné i bez nutnosti jakéhokoli zaškolování. Nové řídicí centrum umožňuje: • zobrazovat identitu, typ a status všech k Ethernetu připoje- ných systémů počítačového vidění In-Sight® , čteček ID kódů DataMan® a zobrazovacích zařízení VisionView® v síti; • prohlížet nastavení zařízení, včetně IP adres, verzí firmwaru/ softwaru atd.; • provádět aktualizace firmwaru; • zálohovat a obnovovat více systémů najednou; • klonovat systémy a přidávat další systémy k síti; • přidávat licence pro zařízení VisionView. „Řídicí centrum Cognex Explorer bylo navrženo, aby pomá- halo našim zákazníkům dosahovat dalšího zvýšení efektivity a úspor nákladů při používání systémů počítačového vidě- ní, identifikačních produktů nebo vizualizačních platforem společnosti Cognex. Odstraňuje složitost instalace a údržby automatizačního zařízení,“ vysvětluje Carl Gerst, viceprezident společnosti a ředitel obchodní jednotky identifikačních pro- duktů. „Když se produkt společnosti Cognex začne využívat, chceme našim zákazníkům usnadnit monitorování a údržbu systému pomocí jednoho společného nástroje,“ pokračuje Carl Gerst. „Cognex Explorer nabízí pohodlný způsob monitorování, spravování a údržby všech využívaných produktů Cognex v síti, bez ohledu na to, kde se nacházejí.“ Řídicí centrum Cognex Explorer je dostupné již nyní bezplat- ně všem zákazníkům společnosti Cognex. Pro stažení nástroje a další informace navštivte stránku www.cognex.com/explorer. Nové dotykové Eco displeje od německého výrobce VIPA oteví- rají průmyslovým výrobcům díky své technické vybavenosti a velmi dob- rým cenám zcela nové možnosti. VIPA již více než 25 let vyvíjí činnost v automatizaci řízení, I/O systémů a dotykových displejů. U dotykových displejů se VIPA soustředí zejmé- na na aspekty kvality a životnosti. Samozřejmostí vyráběných displejů je provoz bez ventilátoru a klasického disku. Eco displeje jsou navrženy tak, že neobsahují žádné pohyblivé části a uživatele příjemně překvapí kvalitní TFT displej a rychlý mikroprocesor. Eco displeje výborně doplňují řídicí systémy 200V a 300S od VIPA, stejně jako řídicí systémy od jiných výrobců. Malí a střední výrobci strojních zařízení ocení kompaktnost displejů, technickou vybavenost a jejich cenovou dostup- nost. Eco displeje disponují rozhraními Ethernet, USB, RS232/422/485, RS232, volitelně MPI nebo Profibus DP. Vyrábí se ve dvou velikostech: 4,3" s rozliše- ním 480×272 pixelů a 7" s rozlišením 800×480 pixelů. Pracují v operač- ním systému Windows Embeded CE 6.0 Core v kombinaci s výkonným SCADA systémem Movicon. Právě software displejů využívá technologii Movicon ve zjednodušené formě a pro ovládání a editování se vyznačuje velmi intuitivním a uživa- telsky přátelským prostředím. Modu- lární a odstupňované projekty dovo- lují efektivní projektování, pokrývají všechny potřeby zákazníků a zajišťu- jí kompletní kompatibilitu s vyššími stupni SCADA systému Movicon. Kombinace hardwaru a softwa- ru – VIPA displeje a SCADA software – činí z VIPA Eco displejů ojedinělou možnost ve vizualizaci automatizační výroby. www.rem-technik.cz Cognex Cognex Explorer™ REM-Technik s. r. o. Efektivní vizualizace s Eco displeji od VIPA

www.controlengcesko.com  CONTROL ENGINEERING ČESKO KVĚTEN 2012 47 Název společnosti strana www telefon Agrokomplex - Výstavníctvo Nitra, š. p. 3. str. obálky www.agrokomplex.sk +421 37 6572 405 B+R automatizace, spol. s r. o. 34, 35, 39 www.br-automation.com 541 420 311 Balluff CZ s. r. o. 27 www.balluff.cz 281 000 666 BIBUS s. r .o. 23 www.bibus.cz 547 125 300 Distrelec Ges.m.b.H. 7 www.distrelec.cz 800 142 525 HUMUSOFT s. r. o. 17, 18, 19 www.humusoft.com 284 011 730 MICRO-EPSILON Czech Republic spol. s r. o. 9 www.micro-epsilon.cz 381 213 011 Mitsubishi Electric Europe B.V. - o.s 4. str. obálky www.mitsubishi-automation-cz.com 251 551 470 National Instruments 28, 29 www.ni.com/czech 800 142 669 PHOENIX CONTACT, s. r. o. 47 www.phoenixcontact.cz 542 213 401 REM-Technik s. r. o. 46 www.rem-technik.cz 548 140 000 Rockwell Automation s. r. o. 45 www.rockwellautomation.cz 221 084 002 RS Components 5 www.rscomponents.cz 228 882 613 Schneider Electric CZ, s. r. o. 42, 43 www.schneider-electric.cz +420 382 766 333 TSI System s. r. o. 10, 11, 21 www.tsisystem.cz 545 129 462 Veletrhy Brno, a.s. 33 www.bvv.cz 541 152 926 Zadavatelé reklamy Bezdrátový adaptér HART RAD-WHA-1/2NPT od společnosti Phoenix Contact zjednodušuje a urychluje rekonstrukci a roz- šiřování systémů z klasického drátového systému (4–20 mA). Adaptér je připojen ke stávajícímu zařízení HART a bezdrá- tově přenáší data HART do nového systému. Původní systém (4–20 mA) zůstává nedotčen. Pomocí adaptéru lze do sítě integrovat nová polní zařízení bez nutnosti vést kabeláž. Adaptér umožňuje připojení až čtyř zařízení HART, což zvyšuje účinnost a snižuje náklady na mate- riál. Nezávisle na zařízeních HART lze adaptér připojit k indivi- duálnímu polnímu zařízení s vedením 4–20 mA a odesílat přes něj digitální hodnoty. Adaptér je vhodný zejména pro dočasné monitorovací aplikace a instalace v prostředích zóny 2, jelikož mohou být napájeny proudem z okruhu 4–20 mA nebo přímo přes 24 V DC. Protokol TSMP bezdrátového systému HART zajišťuje časovou, frekvenční a prostorovou redundanci a bezporuchovou funkcio- nalitu, zajišťuje spolehlivý přenos dat i v náročných podmínkách pro bezdrátový přenos. TSMP také zahrnuje nezbytnou inteligen- ci pro řízení vícecestné komunikační sítě. Výsledkem je krátko- dosahová bezdrátová síť, kterou lze nainstalovat bez zvláštního know-how, automaticky se přizpůsobuje prostředí a v případě potřeby umožňuje rozšiřování. www.phoenixcontact.cz PHOENIX CONTACT, s. r. o. Bezdrátový adaptér HART od Phoenix Contact aneb Bezdrátový přenos dat v procesní technologii produkty

48  KVĚTEN 2012 CONTROL ENGINEERING ČESKO  www.controlengcesko.com T eploměrné jímky chrání teplotní sen- zory před přímým kontaktem s pro- cesní kapalinou. Avšak svou přítom- ností v procesu mohou brzdit průtok a způsobovat pokles tlaku. Tento jev vytváří nízkotlaké víry za teploměrnou jímkou (stej- ný princip využívají vírové průtokoměry). Víry mohou vznikat na jedné straně teploměrné jímky a pak na druhé. Tento jev se označuje jako vírové kmitání. Lze jej pozorovat například jako třepetání vlajky ve větru. Výsledkem je, že teploměrné jímky jsou vysta- veny kombinaci namáhání: průtoku působí- címu tlakem na teploměrnou jímku (odporové síle) a vírovému kmitání (vztlaku). Přístrojoví technici by měli teploměrné jímky přezkoumat, zda mohou zvládnout tato namáhání, protože mohou způsobit mechanické selhání. Toto pře- zkoumání je upraveno normou ASME PTC 19.3 TW-2010, která v roce 2010 nahradila normu ASME PTC 19.3 1974. Motivací pro vznik nové normy byly katastrofické havárie tep- loměrných jímek v neparním použití. Tyto teploměrné jímky úspěšně splnily kritéria stano- vená v roce 1974. Norma z roku 2010 začleňuje významný pokrok v poznatcích o chování teploměr- ných jímek a její rozsah se zvýšil ze čtyř stran u normy z roku 1974 na více než 40 stran u normy z roku 2010. Tato nedáv- no zavedená verze normy hodnotí vhodnost teploměrné jímky pomocí nové a zdokonalené kalkulace zahrnující:  různá provedení teploměrné jímky včetně stupňovaných teploměrných jímek;  vlastnosti materiálu teploměrné jímky;  podrobné informace o procesu;  kontrolu přijatelné meze pro změny frek- vencí;  přesnější vyhodnocení namáhání působícího na teploměrné jímky. Proudění okolo teploměrné jímky vytváří střídavé víry označované jako kmitavé víry. Tyto kmitavé víry způsobují vibrování teploměrné jímky. Pokud frekvence kmitání víru (fs) odpo- vídá vlastní frekvenci (fnc) teploměrné jímky, dojde k rezonanci a značně se zvýší dynamické ohybové namáhání. Síly vytvořené kapalinou v rovině Y (ve směru toku) se označují jako odpor a síly vytvořené v rovině X (kolmo na tok) se označují jako vztlak. Je nutno vypočíst frekvenci kmitání víru ve směru odporu a ve směru vztlaku. Síly ve směru toku jsou zhruba dvakrát vyšší než síly v kolmém směru. Pokud kapalina proudí velmi pomalu, síly působící na teploměrnou jímku jsou malé, což značně redukuje riziko selhání teploměrné jímky. Nová norma uvádí, že vlastní frekven- ce, frekvenční limit, namáhání v ustáleném stavu a dynamické namáhání se nemusejí počí- tat, pokud jsou splněny všechny následující podmínky: rychlost procesu V je menší než 0,64 m/s, průměr jádra minus vnitřní průměr trubky (A – d) ≥ 9,5 mm, přečnívající délka L ≤ 0,61 m, průměr jádra A ≥ 12,7 mm, průměr špičky B ≥ 12,7 mm, maximální přípustné pra- covní namáhání S ≥ 69 MPa, limit únavy mate- riálu Sf ≥ 21 MPa, materiál teploměrné jímky nepodléhá korozi ani křehnutí. Ačkoli je riziko selhání teploměrné jímky minimální, může za nízkých rychlostí dojít k selhání senzoru, kdy dojde k vyvolání rezo- nance ve směru proudění. ce Jennifer Wilsonová pracovala více než 5 let pro společnost ABB. www.abb.com/instrumentation Jennifer Wilsonová K ZÁKLADŮM Ochrana teploměrných jímek Teploměrné jímky, které chrání teplotní senzory před procesní kapalinou, mohou být vystaveny mimořádnému namáhání. Byla vytvořena nová norma pro snížení rizika selhání. Kzpět Frekvenční limit = 0,4 Frekvenční limit = 0,8 NE NE Je rezonance ve směru proudění potlačena? Vyhovuje teploměrná jímka kritériu cyklického namáhání? ANO ANO Rezonance ve směru proudění z důvodu vírového kmitání způsobené- ho plynem o nízké hustotě je dostatečně malá, aby ji teploměrná jímka potlačila. Tato skutečnost se vyhodnotí vypočte- ním Scrutonova čísla a Reynoldsova čísla. Cyklické odporové namáhání se vyhodnocuje při rezonanci ve směru proudění a získává se hodnota kombinovaného namáhání. Cyklické vztlakové namáhání se zanedbá. Pokud je limit únavy materiálu menší než vypočtené kombinované namáhání, teploměrná jímka nevyhoví kritériu cyklického namáhání. Proudění okolo teploměrné jímky; obrázek poskytla společnost ABB. Rozhodovací tabulka frekvenčního limitu (zjednodušená). Poskytla společnost ABB.

51

MELSERVO-J4 - nabízí mnohem víc než jen lepší výkon. Tyto serva jsou určeny pro velmi náročné průmyslové odvětví. MELSERVO technologie je dlouhodobě jedním z nejrespekto- vanějších značek na světě v průmyslové automatizaci. Nyní - s integrovanými bezpečnostními funkcemi, snadným nastavováním a energeticky úspornou konstrukcí nové série MELSERVO-J4 - mohou člověk, stroj a životní prostředí ko- nečně pracovat v dokonalé harmonii. MELSERVO Člověk, stroj a životní prostředí v dokonalé harmonii. www.mitsubishi-automation-cz.com Pro všechny, kteří se chtějí dozvědět více