pobierz (PDF, 6.2 MByte) - Control Engineering Polska

Komentarze

Transkrypt

pobierz (PDF, 6.2 MByte) - Control Engineering Polska
ISSN 1731-5301
Trendy na polskim rynku automatyki: Quo vadis automatyzacjo? str. 10
Nr 6 (59)
Rok VII
Międzynarodowe źródło informacji o sterowaniu i automatyce
LIPIEC 2009
Różne oblicza
Ethernetu
przemysłowego
Więcej światła na regulację PID
18
Linux i EPICS w procesach sterowania
www.controlengpolska.com
22
46
3HSSHUO)XFKV±3D¦VWZDGURJDNXQLH]DZRGQRÇFL
&]XMQLNL ]QDMGXMj VL Z FHQWUXP NDÞGHJR ]DXWRPDW\]RZDQHJR SURFHVX SURGXNF\MQHJR
Z\NU\ZDMj RELHNW UR]SR]QDMj V\WXDFM NRQWUROXMj RSHUDFMH SR SURVWX ]DEH]SLHF]DMj
NDÞG\SRMHG\QF]\HWDSSURGXNF\MQ\']LVLDMF]XMQLNLUR]SR]QDMjNDÞG\EšjGLSU]\F]\QLDMj
VLZGHF\GXMjF\VSRVyEGR]DSHZQLHQLDMDNRÇFL
3HSSHUO)XFKV G\VSRQXMH NRPSOHWQj RIHUWj QRZRF]HVQ\FK F]XMQLNyZ L V\VWHPyZ GOD
DXWRPDW\NLSU]HP\VšRZHM5R]ZLMDP\LSURGXNXMHP\F]XMQLNLLQGXNF\MQHIRWRHOHNWU\F]QH
XOWUDGrZLNRZHRUD]HQNRGHU\DEVROXWQHLLQNUHPHQWDOQH:QDV]HMRIHUFLHSRVLDGDP\
VNDQHU\LF]\WQLNLNRGyZV\VWHP\EH]SLHF]H¦VWZDF]XMQLNLGRNRQWUROLGU]ZLEUDPLZLQG
2IHUXMHP\WDNÞH]DDZDQVRZDQHV\VWHP\LGHQW\ILNDFMLLSR]\FMRQRZDQLDRUD]SURGXNW\GR
VLHFLSU]HP\VšRZHM$6L
1DV]jRIHUWPRÞHP\]DZU]HoZVšRZDFKÄ:\F]XZDP\7ZRMH3RWU]HE\´
3HSSHUO)XFKV6S]RR
XO$OHMD.UDNRZVND
:DUV]DZD
7HO
)D[
(PDLOLQIR#SOSHSSHUOIXFKVFRP
ZZZSHSSHUOIXFKVFRP
OD REDAKCJI
CONTROL ENGINEERING POLSKA
REDAKCJA POLSKA
Redaktor naczelny
Tomasz Gołębiowski
[email protected]
Redaktor
mgr inż. Izabela Żylińska
[email protected]
Redakcja merytoryczna
mgr inż. Józef Czarnul
dr inż. Paweł Dworak
dr inż. Andrzej Ożadowicz
mgr inż. Janusz Pieńkowski
dr inż. Krzysztof Pietrusewicz
Redaktor witryny internetowej
Paweł Szczepański
[email protected]
Redagowanie tekstów
Stanisław Szałapak
Opracowanie graficzne i skład
Grzegorz Solecki
[email protected]
Kierownik sprzedaży
Piotr Wojciechowski
[email protected]
Key Account Manager
Agnieszka Gumienna
[email protected]
Zbigniew Pąk
[email protected]
Marketing / prenumerata
Aleksander Poniatowski
[email protected]
Administracja
Izabela Gronek
[email protected]
Druk i oprawa
Drukarnia Taurus
www.drukarniataurus.com.pl
REDAKCJA USA
Redaktor naczelny
Mark T. Hoske
Redaktorzy
Frank J. Bartos, Frances Beationg
Jeanine Katzel, Charlie Masi
Renee Robbins, Peter Welander
Vance VanDoren
WYDAWNICTWO
Trade Media International
Holdings sp. z o.o.
ul. Wita Stwosza 59a
02-661 Warszawa
tel. 022 852 44 15
www.trademedia.us
Mądry Polak
przed szkodą
G
rosz do grosza, a będzie kokosza – jak mówi polskie przysłowie, które już dość
dawno temu wyszło z obiegu. Przypomniało mi się ono w związku z niedawnym
sympozjum dotyczącym oszczędzania energii w zakładach przemysłowych. Poszczególni prelegenci zapewniali, że dzięki ich metodzie bądź technologii użytkownik zaoszczędzi od kilku do kilkunastu procent energii. Kiedy dodałem do siebie te wszystkie
obietnice, uzyskałem ciekawy rezultat: ponad 100% mniejsze wykorzystanie prądu!
Oczywiście to żart, ale taki z gatunku „pół żartem, pół serio”. Kwoty na rachunkach
z zakładu energetycznego rzeczywiście można znacząco obniżyć. Najpierw jednak trzeba zainwestować w audyt energetyczny, odpowiednie technologie, ekologiczne procedury etc. I tu uwaga! Warto dokładnie policzyć, jak długi będzie czas oczekiwania na zwrot
z każdej takiej ekoinwestycji. Jeśli tego nie zrobimy, możemy paść ofiarą paradoksu, z jakim mamy do czynienia na rynku energii ze źródeł odnawialnych lub w segmencie „zielonej” motoryzacji.
Przykładowo: ekolodzy coraz usilniej promują elektryczne samochody. Tymczasem, jak
wynika z wyliczeń American Council for an Energy - Efficient Economy, auta takie, jak
Chevrolet Volt, w praktyce będą emitować do atmosfery więcej dwutlenku węgla niż samochody z silnikami spalinowymi. Rosnący problem ma w tym kontekście stanowić także produkcja prądu. Według danych Oak Ridge National Laboratory jeśli w 2030 roku co
czwarty samochód w Ameryce będzie ładował akumulatory z gniazdka, potrzeba będzie
160 nowych elektrowni. Ile zanieczyszczeń atmosferycznych pochłonie ich budowa i eksploatacja? Z pewnością więcej, niż chcieliby miłośnicy przyrody.
Kontrowersje budzi także opłacalność pozyskiwania energii ze źródeł odnawialnych.
Przeciwnicy tego typu metod twierdzą, że koszty wytwarzania – dajmy na to – energii wiatrowej są tak duże, że powstały w ten sposób prąd jest droższy niż pozyskany w konwencjonalny sposób. Dlaczego zatem elektrownie wiatrowe powstają jak grzyby po deszczu?
Bo ich budowniczowie otrzymują znaczące dotacje z funduszy państwowych lub unijnych
– odpowiadają przeciwnicy „zielonej” energii. Jeśli mają rację, to niedługo ceny prądu
mogą znacząco pójść w górę...
Niezależnie jednak od tego, w którą stronę pójdzie rynek energii, taniej raczej nie będzie. Jedyną wątpliwość budzi tempo spodziewanych podwyżek. Oszczędzać więc nie tylko warto, ale trzeba. Byle z kalkulatorem w ręku i byle nie dać się złapać na modne hasła. Jak bowiem uczy kolejna ludowa mądrość: pośpiech jest wskazany tylko przy łapaniu
pcheł.
Prezes zarządu
Michael J. Majchrzak
[email protected]
Redakcja zastrzega sobie prawo do adiustacji
i skracania tekstów oraz zmiany ich tytułów.
Nie zwracamy tekstów niezamówionych.
Nie odpowiadamy za treść reklam i ogłoszeń.
Magazyn wydawany jest na licencji
Reed Business Information.
Tomasz Gołębiowski
redaktor naczelny
[email protected]
www.controlengpolska.com
●
CONTROL ENGINEERING POLSKA LIPIEC 2009
●
1
Nr 5 (58)
Rok VII
Międzynarodowe źródło informacji o sterowaniu i automatyce
LIPIEC 2009
Tematy wiodące
18
Więcej światła na regulację PID
Zdarzają się sytuacje, kiedy projektant analizujący sposoby
realizacji algorytmu PID przez różne regulatory, czuje się
zagubiony i niepewny wyników swojej pracy.
22
Różne oblicza Ethernetu
przemysłowego
Protokoły sieci przemysłowych standardu Ethernet
mogą występować w postaci standardowej, czyli bez
modyfikacji lub zmodyfikowanej – w celu zwiększenia ich
niezawodności w szczególnie wymagających aplikacjach.
Dlatego propagatorzy sieci ethernetowych wskazują
na różne perspektywy ich rozwoju: zależnie od oczekiwań
użytkowników i rodzaju aplikacji.
28
Focus: polski rynek napędów
Największą popularnością cieszą się napędy o mocach
od 1 do 5 kW, a przy ich wyborze użytkownicy sugerują
się trwałością i niezawodnością urządzenia oraz jego
ceną – wynika z ankiety przeprowadzonej przez Control
Engineering Polska. Najczęściej stosowanymi silnikami są
asynchroniczne. Widocznym trendem w tym segmencie
rynku jest ciągły rozwój serwonapędów.
Temat z okładki: Różne oblicza
Ethernetu przemysłowego
str. 22
Produkty:
Plot Electronics
Prod
– Obrabiarka
Duelmach
O
str. 57
Produkty: TiePie engineering
– Przystawka oscyloskopowa
str. 60
2
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
Produkty: Pepperl+Fuchs
– Kompaktowy system zasilania
str. 59
Produkty: Simex
– Wielokanałowy regulator
multiCon CMC-99
str. 57
●
www.controlengpolska.com
Produkty
60
Advantech – Zarządzalny switch
do szaf rackowych 19"
60
60
Datasensor – Czujniki wizyjne SVS2
TiePie engineering
– Przystawka oscyloskopowa
57
Turck – Czujniki przemieszczeń
liniowych
57
57
Plot Electronics – Obrabiarka Duelmach
Simex – Wielokanałowy regulator
multiCon CMC-99
58
Zaawansowane technologie:
Modernizacja CNC pomaga w sprzedaży matryc
str. 13
Tematy numeru
1
10
13
46
50
53
61
62
63
63
67
Phoenix Contact – Moduł radiowy
RAD-ISM-2400-DATA-BD
58
58
Antykor Controls – Nowe piece kalibracyjne
OptiNav – OptiScan
– optyczne urządzenie skanujące
59
Pepperl+Fuchs
– Kompaktowy system zasilania
Od redakcji
Mądry Polak przed szkodą
Zdaniem eksperta
Quo vadis automatyzacjo?
Zaawansowane technologie
Modernizacja CNC pomaga
w sprzedaży matryc
W praktyce
Linux i EPICS w procesach sterowania
przyspieszaczem
Nowości
4
Eurocolor: rozbudowa fabryki
4
„Nowy impuls” ABB
4
Ekologiczne miasto made in Poland
8
Roboty ABB w... „Terminatorze”
8
Otwarcie fabryki w Stargardzie
Szczecińskim
Bezprzewodowo – bezpieczniej i efektywniej
Cyfrowy system automatyki
w Zakładach Tłuszczowych Kruszwica
Wydarzenia
XIII Konferencja Automatyków „Rytro” 2009
Oszczędzanie energii
w przedsiębiorstwach przemysłowych
Seminarium TMI
Produs: szkolenie na temat Ethernetu
przemysłowego
8
Stabilizacja wynagrodzeń inżynierów
9
Ekologiczne GE
9
MTU otworzyło fabrykę w Jasionce
9
Indesit: z Walii do Polski
6
Rohrboren korzysta z robotów Kawasaki
6
Fabryka Lotosu w Jaśle
6
Inwestycja HFG w Opolu
7
Woodward Governor w Polsce
7
Nowa elektrociepłownia w Częstochowie
Wracając do podstaw
Kalibracja enkodera: o czym warto pamiętać
Tłumaczone teksty zostały zamieszczone w niniejszym wydaniu za zgodą redakcji czasopisma
„Control Engineering Magazine USA” wydawanego przez firmę Reed Business Information,
która stanowi część Reed Elsevier Inc. Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część niniejszego wydania
nie może być powielana i rozpowszechniana w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób, w części
lub w całości, w jakimkolwiek języku — bez pisemnej zgody Reed Business Information.
Control Egineering jest zastrzeżonym znakiem towarowym, należącym do Reed Business Information.
www.controlengpolska.com
●
CONTROL ENGINEERING POLSKA LIPIEC 2009
●
3
NOWOŚCI
Eurocolor:
rozbudowa fabryki
Ekologiczne miasto
made in Poland
R
uszyła rozbudowa zakładu produkcyjnego Eurocolor w Pyskowicach (woj. śląskie). W nowej hali o powierzchni około 3,9 tys.
m kw. mają być produkowane okna, drzwi oraz rolety. Firma
została założona w 1996 roku. Od samego początku dużo inwestuje
w produkcję, m.in. nowoczesne, sterowane komputerowo linie produkcyjne. W 2007 roku uruchomiła swój drugi zakład z centrum produkcyjno-magazynowym oraz biurowcem.
Eurocolo współpracuje z kilkoma dostawcami: Rehau – profile PCW,
Roto – okucia, GU – okucia drzwiowe, Ponzio – profile aluminiowe. Polski producent oferuje wyroby z PCW i aluminium, m.in.: okna, drzwi
wejściowe, drzwi przesuwne, drzwi tarasowe, rolety zewnętrzne, parapety i inne towary uzupełniające stolarkę okienno-drzwiową.
J
„Nowy Impuls” ABB
A
BB otrzymało wyróżnienie „Nowy Impuls” za kolejne inwestycje
i rozbudowę potencjału wytwórczego w Polsce. Wyróżnienie zostało przyznane podczas VI Kongresu „Nowego Przemysłu”,
w czasie największej imprezy branży energetyczno-gazowej w Polsce.
Przyznawane jest „osobom, przedsiębiorstwom i instytucjom działającym
na rzecz rozwoju polskiego sektora energetyczno-paliwowego, promującym nowe i energooszczędne technologie, a także kształtującym świadomość społeczną pod kątem efektywności energetycznej i podejmującym
działania na rzecz rozwoju rynku i energii”.
Grupa ABB podjęła decyzję o dużych inwestycjach mimo odczuwalnego spowolnienia gospodarczego. Po rozpoczęciu budowy nowej fabryki
silników elektrycznych w Aleksandrowie Łódzkim zdecydowano o budowie kolejnego, nowego zakładu produkcyjnego. Mają w nim powstawać
przekształtniki średnionapięciowe oraz systemy zasilania dla trakcji elektrycznej.
W kwietniu br. ABB otrzymało zezwolenie rozszerzające zakres inwestycji w drugiej fabryce o produkcję urządzeń energoelektroniki, m.in. dla
farm wiatrowych. Budowa nowego obiektu ma pochłonąć 59 milionów złotych, a pracę w nim znajdzie ponad 70 osób. W sumie inwestycje ABB
w Łódzkiej Specjalnej Strefie
Ekonomicznej
wyniosą
121 milionów zł, gwarantując
zatrudnienie ponad 200 pracownikom.
W Polsce firma ma fabryki w Łodzi, Przasnyszu i Wrocławiu, w których łącznie zatrudnia 2 300 osób. ABB
zatrudnia 120 000 pracowników w ponad 100 krajach
świata.
4
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
eszcze w tym roku ma ruszyć budowa ekologicznego miasta z pełną infrastrukturą, sklepami oraz zabudową jedno- i wielorodzinną.
Będzie zlokalizowane w woj. śląskim na powierzchni ok. 120 ha nad zalewem Przeczycko-Siewierskim.
Projekt wykona TUP Spółka Chmielowskie.
Inwestor będzie starać się o wsparcie finansowe z unijnego Programu Infrastruktura i Środowisko w zakresie ekologicznych rozwiązań, takich
jak: kolektory słoneczne wspomagające ogrzewanie
wody w budynkach, moduły fotowoltaiczne zasilające silniki bram i okien, instalacje odsiarczania spalin,
urządzenia odpylające, oczyszczalnie ścieków przemysłowych, projekty zagospodarowania odpadów
z wytwórnią biomasy.
Projekt zakłada realizację nowego miasteczka jako
miasta samowystarczalnego i ekologicznego. Przewidziano budowę własnego ujęcia wody i stacji uzdatniania. Powstaną dwa obiegi wody: jeden ze studni
głębinowej, drugi z odzyskanej wody deszczowej służącej do nawadniania ogrodów i do celów sanitarnych. Znajdzie się w nim również woda odzyskana
z naturalnej oczyszczalni ścieków.
Wyeliminowany zostanie także spływ zanieczyszczeń do wód powierzchniowych i zostanie ograniczone negatywne oddziaływanie na wody gruntowe.
Strefa zieleni nadbrzeżnej będzie chronić zbiornik
wodny przed zanieczyszczeniami.
Realizacja całego projektu przewidziana jest na 25
lat. Pierwszy etap inwestycji ma zostać zamknięty
do 2012 r. W jego ramach na obszarze o powierzchni około 44 ha powstanie: od 1 500 do 1 800 mieszkań i domów o łącznej powierzchni ponad 100 tys.
m kw.), motel i hotel z największym na Śląsku kompleksem konferencyjnym, rynek oraz port dla żaglówek. Około 60 tys. m kw. powierzchni użytkowej będzie przeznaczone na biura i usługi. (wnp.pl)
NOWOŚCI
Rohrbogen korzysta z robotów Kawasaki
P
Zastosowanie robotów uspraw-
olski oddział szwajcarskiej firmy
produkcyjnej
Rohrbogen,
niło proces produkcji: obecnie
która
pracownik
zajmuje się produkcją kształtek ru-
programuje
robota,
rowych ze stali nierdzewnej, wybrał japoń-
wprowadzając parametry przekła-
ską markę ze względu na szeroką gamę
danych produktów i układa kolan-
oferowanych
dokładność
ka na taśmociągu, z którego robot
i szybkość pracy oraz gabaryty dostęp-
pobiera je pojedynczo, specjal-
nych robotów. Inwestycja w robotyzację
nie do tego celu skonstruowanym
centr obróbczych w skali całej firmy przy-
chwytakiem i umieszcza w ma-
niosła wzrost produkcji o 15% i zwiększe-
trycach centrum skrawającego.
możliwości,
Dzięki temu rozwiązaniu popra-
nie udziału produktów Rohrbogen w rynku.
Roboty zainstalowano w centrach obróbczych, w których proces
wiono efektywność produkcji o około 15-20%. Przed robotyzacją
wytwarzania kolanek odbywa się poprzez formowanie przez prasy
stanowisk na zmianie skrawano średnio około 1 500 sztuk kolanek.
stalowych kolanek, które poddaje się dalszej obróbce. Zdecydo-
Obecnie liczba ta zwiększyła się aż do 1 850. Wiąże się to ze skró-
wano się na roboty serii F – modele sześcioosiowe ogólnego za-
ceniem do minimum czasu załadunku i przezbrojenia.
stosowania, które zapewniają funkcjonalność ludzkiej ręki. Robo-
Integratorem była szwajcarska firma Kaiser Engineering. Zainsta-
ty Kawasaki zamontowano na dwóch stanowiskach – w przyszłości
lowanie i uruchomienie robotów Kawasaki w radomskim przedsię-
planowane są kolejne inwestycje.
biorstwie trwało tydzień.
Fabryka Lotosu w Jaśle
Inwestycja HFG w Opolu
zlokalizowanej na Podkarapciu nowej fabryce firmy Lotos zatrudnienie znajdzie
60 osób. Po osiągnięciu pełnych zdolności
produkcyjnych i rozszerzeniu skali produkcji zakład
da pracę w sumie ponad 100 osobom.
W Jaśle Lotos produkuje asfalty drogowe, przemysłowe oraz emulsje asfaltowe. Dwa lata temu,
wychodząc naprzeciw oczekiwaniom rynku, spółka podjęła decyzję o ulokowaniu w tym mieście nowoczesnego zakładu produkującego papy. Inwestycja ruszyła w połowie kwietnia 2008 r. Kompletną
linię produkcyjną dostarczyła włoska firma Nardini. Lotos Asfalt będzie produkować w Jaśle wysokogatunkowe, termozgrzewalne materiały hydroizolacyjne.
iędzynarodowy koncern Heerema Fabrication Group, światowy
lider w dziedzinie produkcji platform wiertniczych, zainwestował w jednej z hal byłego kombinatu produkcji metalurgicznej
APC Metalchem. Zakład funkcjonuje pod nazwą HFG Polska. Pierwsze
elementy konstrukcji powstałych w Opolu będą niebawem wykorzystane na Morzu Północnym.
– Elementy wyprodukowane w Opolu będą częścią platformy wiertniczej na Morzu Północnym, którą zamówił koncern paliwowy BP – mówi
Jan van Diepeningen, dyrektor HFG Polska. – Dla zobrazowania wielkości powiem, że cała platforma waży 11 tys. ton, z czego w Polsce powstało 85 ton.
Diepeningen zaznacza, że HFG ma zakłady niemal na wszystkich kontynentach. Władze koncernu zdecydowały się na ekspansję, bo w Holandii zaczynało brakować rąk do pracy. Jednym z powodów inwestycji
w Polsce była opinia naszych rodaków jako dobrych pracowników.
– Polacy nie boją się podróżować, a to przy specyfice naszej pracy jest bardzo ważne – podsumowuje przedstawiciel HFG.
Obecnie Heerema zatrudnia
w Opolu 65 pracowników, ale
do końca roku chce zwiększyć zatrudnienie do 120 osób. W 2010
r. liczba ta powinna podwoić się.
Mimo kryzysu światowego firma
ma kolejne zamówienia na platformy.
M
W
6
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
Woodward Governor
w Polsce
uszyła budowa zakładu firmy Woodward Governor
Poland w Niepołomicach, na terenie Krakowskiej
Specjalnej Strefy Ekonomicznej. Woodward zbuduje tam zakład inżynieryjno-produkcyjny oraz centrum
badawczo-rozwojowe dla całej korporacji. Woodward Governor Poland otrzymał zezwolenie na działalność w Krakowskiej Specjalnej Strefie Ekonomicznej we wrześniu
2008 roku. Zakład w Niepołomicach ma zatrudniać nawet do 150 osób.
Pierwszą łopatę pod inwestycję symbolicznie wbijał
Gerhard Lauffer – prezes firmy oraz Stanisław Kracik –
burmistrz Niepołomic. W uroczystości udział wzięli również Eric Agnello – dyrektor generalny firmy RD bud, dr
inż. Adam Wyszyński, główny architekt biura architektonicznego BW Art III, Grzegorz Woda, inspektor nadzoru
inwestorskiego – DEKRA, a także Krystyna Sadowska, dyrektor działu promocji i marketingu Krakowskiego Parku Technologicznego – zarządcy Specjalnej Strefy Ekonomicznej.
Woodward jest jedną z największych na świecie firm
zajmujących się projektowaniem i wytwarzaniem rozwiązań z zakresu sterowania pracą silników i turbin lotniczych oraz przemysłowych, a także urządzeń wytwarzających energię elektryczną.
R
Nowa
elektrociepłownia
w Częstochowie
F
ińskie konsorcjum Fortum wybuduje za pieniądze Europejskiego Banku Inwestycyjnego elektrociepłownię w Częstochowie. Ma to być elektrociepłownia średniej wielkości,
opalana węglem i biomasą. Początek działalności przewidziano
na 2010 rok. Inwestycji warta jest ponad 130 mln EUR.
Nowy obiekt powstaje na terenie przylegającym do istniejącej ciepłowni Rejtan. Jednostka będzie dysponować mocą około 120 megawatów cieplnych oraz 64 elektrycznych. Zakład ma
spełniać wszystkie normy, wymagane przez unijne dyrektywy. Inwestycja jest odpowiedzią na stale rosnące zapotrzebowanie
na energię elektryczną.
Notowany na giełdzie w Helsinkach koncern Fortum należy
do wiodących spółek energetycznych w Skandynawii, działa też
w krajach nadbałtyckich i Rosji. Zajmuje się głównie produkcją,
dystrybucją oraz sprzedażą energii elektrycznej i cieplnej oraz
eksploatacją i utrzymaniem elektrowni. W Polsce Fortum jest właścicielem czterech spółek ciepłowniczych, zatrudniających łącznie ponad 900 osób.
NOWOŚCI
Roboty ABB
w... „Terminatorze”
Otwarcie fabryki
w Stargardzie Szczecińskim
R
oboty ABB „zagrały”
w filmie „Terminator:
Ocalenie”. Urządzenia
zostały zaaranżowane w linię
produkcyjną robotów pracujących w fabryce Terminatorów,
wytwarzających na skalę masową rosnącą armię zabójczych
cyborgów. Erik Ryskamp, inżynier serwisowy z ABB, wspierany dorywczo przez techników,
spędził 10 tygodni ubiegłorocznego lata, aranżując, instalując,
programując i obsługując roboty. Do każdego robota dostarczony
został ABB-owski sterownik IRC5 umożliwiający precyzyjne programowanie, niezbędne dla stworzenia różnorodnych scen.
Podobnie jak żywi aktorzy wiele robotów było mocno ucharakteryzowanych, pokrytych czarną sadzą, tak by wyglądały na ciężko pracujące, przez długi czas w bardzo trudnych warunkach.
Roboty są szczególnie widoczne i ważne w finałowych, kulminacyjnych scenach filmu. Kiedy urządzenia wróciły do ABB, odzyskały swój mniej spektakularny wygląd. Są przygotowane do pełnienia właściwych funkcji w prawdziwym przemyśle.
K
ilka dni temu odbyło się oficjalne otwarcie zakładu
produkcyjnego Bridgestone w Stargardzie Szczecińskim. To już piąta inwestycja koncernu w Polsce. Jej wartość wyniosła 200 mln EUR.
Nowa fabryka produkuje opony radialne do samochodów ciężarowych i autobusów. Zgodnie z założeniami
wielkość produkcji do 2010 r. osiągnie poziom 2 500 opon
dziennie.
W ceremonii otwarcia uczestniczyło ponad 100 gości,
w tym wysokiej rangi przedstawiciele polskich władz państwowych, regionalnych i lokalnych, a wśród nich: Rafał
Baniak, podsekretarz stanu w Ministerstwie Gospodarki,
Ryuichi Tanabe, ambasador Japonii w Polsce oraz Władysław Husejko, marszałek województwa zachodniopomorskiego. W uroczystości wzięli również udział przedstawiciele regionalnych i lokalnych mediów.
Japońska grupa jest w Polsce właścicielem firm produkcyjnych: Bridgestone Poznań, Bridgestone Diversified
Products Poland w Żarowie na Dolnym Śląsku, Firestone
Industrial Products Poland w Wolsztynie w Wielkopolsce
oraz właśnie otwartej fabryki opon do samochodów ciężarowych i autobusów w Stargardzie Szczecińskim.
(wnp.pl)
Stabilizacja wynagrodzeń inżynierów
P
oczątek II kwartału rozpoczął się od stabilizacji w wyna-
Strożek. – Połowa z nich zarobiła w kwietniu ponad 7 260 zł, czyli
grodzeniach inżynierów po wahaniach, jakie miały miejsce
o 9,7% więcej niż w miesiącu ubiegłym.
w ostatnich miesiącach – wynika z raportu Banku Danych
W wielu branżach nadal utrzymywany jest stały poziom wynagro-
o Inżynierach. Kwiecień wyglądał już nieco spokojniej – w tym mie-
dzeń: chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja (mediana na poziomie
siącu nastąpił 2,1-procentowy wzrost płac. Średnie wynagrodzenie
ok. 4 500 zł od marca 2009 r.), branża drzewna i meblarska (4 700
inżynierów w kwietniu 2009 wyniosło 5 000 zł.
zł), elektronika i sprzęt komputerowy (4 000 zł), branża farmaceu-
– Nieznaczne polepszenie sytuacji na rynku wynagrodzeń spowo-
tyczna i kosmetyczna (4 500 zł), geodezja i kartografia (3 000 zł),
dowane jest tym, że firmy intensywniej zaczynają szukać doświad-
maszyny, urządzenia, narzędzia (3 700 zł), poligrafia (4 500 zł)
czonych specjalistów – mówi Anna Strożek, starszy specjalista ds.
i tworzywa sztuczne (3 800 zł).
– Pierwszy od dwóch miesięcy wzrost wynagrodzeń odnotowa-
analiz w BDI.
Największym wzrostem wynagrodzeń, po okresie stagnacji,
li inżynierowie w branży budowlanej – mówi Anna Strożek. – Wio-
mogą cieszyć się inżynierowie w wieku 41-45 lat. Ich płace wzro-
sną ruszyły prace w budownictwie, głównie drogowym. Konsultanci
sły średnio o 6,2%. Mediana wynagrodzenia w tej grupie wieko-
BDI pracują obecnie nad rekrutacją projektantów drogowych, kosz-
wej wyniosła w kwietniu 5 950 zł, zaś większymi zarobkami mo-
torysantów, konstruktorów, specjalistów ds. inwestycji, inżynierów
gły pochwalić się kobiety (zarobiły średnio o około 2 000 zł więcej
budowy. Młode osoby mogą liczyć na zatrudnienie jako: asystenci
od mężczyzn). Grupa ta stanowiła 3,2% badanej populacji. Zna-
projektantów, kierowników budów, asystenci biura etc. Znajomość
cząco podniosły się wynagrodzenia osób prowadzących własną
programów InRoads czy MicroStation to podstawa w budownictwie
działalność gospodarczą.
drogowym. Pracodawcy są skłonni doszkalać młodych projektan-
– Inżynierowie, którzy podjęli to ryzyko i prowadzą własne firmy,
mogli liczyć na wzrost miesięcznych dochodów – komentuje Anna
8
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
tów w specjalistycznych programach. Warunkiem jest jednak solidny background z projektowania w AutoCadzie.
www.controlengpolska.com
Ekologiczne GE
GE
opublikowało coroczny raport podsumowujący strategię ecomagination. Jej celem
jest wprowadzanie na rynek nowych technologii, które pomogą klientom rozwiązywać problemy związane z ochroną środowiska naturalnego, a jednocześnie przyczynią
się do poprawy sytuacji w samej korporacji.
W raporcie koncern poinformował o osiągnięciu jednego z głównych celów towarzyszących strategii ecomagination, jakim jest
ograniczenie emisji gazów cieplarnianych
wytwarzanych w ramach działalności operacyjnej GE. Raport prezentuje również stopień realizacji pozostałych założeń strategii.
MTU otworzyło fabrykę w Jasionce
N
iemiecka firma lotnicza
MTU
Engines
Aero
otworzy-
ła fabrykę w Podkarpackim
Parku
Naukowo-Technolo-
gicznym (PPNT) pod Rzeszowem, w miejscowości
Jasionka.
Wartość inwestycji wyniosła ponad 50 mln EUR.
– Szukaliśmy odpowiedniej lokalizacji w wielu państwach, ostatecznie wybraliśmy Rzeszów – powiedział Polskiej Agencji Prasowej Egon Behle, szef MTU. – Decydujące znaczenie miały tu takie czynniki, jak: Dolina Lotnicza, infrastruktura, koszty pracy oraz dostępność specjalistycznej kadry.
Polską fabrykę MTU zbudowano w niecały rok. Powstała na 7-hektarowej działce, położonej w sąsiedztwie lotniska. Pracuje w niej 200 osób. Do 2012 r. inwestor
zobowiązał się podwoić zatrudnienie do 400 osób.
MTU Aero Engines Polska jest firmą produkującą silniki lotnicze do zastosowania cywilnego i wojskowego. Jej działalność obejmuje również ich serwisowanie.
Silniki odrzutowe tej firmy cechują się zmniejszonym zużyciem paliwa oraz niższą
emisją hałasu.
Indesit: z Walii do Polski
W 2005 r. firma GE podjęła szereg zobowiązań w ramach strategii ecomagination,
które miały zostać zrealizowane stopniowo
w latach 2008, 2010 i 2012. Pierwsze zobowiązanie polegało na ograniczeniu do 2008 r.
operacyjnej intensywności emisji gazów cieplarnianych o 30%. Firma zrealizowała ten
cel, redukując intensywność emisji gazów
o 41%. Intensywność emisji gazów to wskaźnik wielkości emisji gazów cieplarnianych
w stosunku do przychodów firmy. GE od 2005
r. obniżyło także bezwzględny wskaźnik emisji gazów o 13% i poprawiło wydajność energetyczną o 37%. Firma jest na dobrej drodze
do realizacji w 2012 r. zobowiązań operacyjnych w tym zakresie.
Wraz z publikacją corocznego raportu GE
poinformowało także o poszerzeniu portfolio produktów i usług z certyfikatem ecomagination do 80 pozycji, czyli o jedną trzecią.
Przychody ze sprzedaży oferty ecomagination
wzrosły o 21% do 17 mld USD. Firma zwiększyła również inwestycje w badania i rozwój
czystych technologii o 27%, do 1,4 mld USD.
W
alijski zakład produkujący pralki Indesit zostanie z końcem lipca zamknięty i przeniesiony do Polski. Indesit ma już oddziały w Łodzi
i Radomsku, w których łącznie zatrudnia 3 tys. osób. Dyrekcja firmy
zapewniła, że firma udzieli pomocy w przekwalifikowaniu pracowników i znalezieniu im innego zatrudnienia. Związkową alternatywę wobec zamknięcia
zakładu nazwał nierealną. Według związków zawodowych, wcześniejsze konsultacje były tylko dymną zasłoną dla z góry podjętych planów. Oprócz zakładów w Kinmel Park Indesit ma dwa inne zakłady produkcji sprzętu AGD w południowo-zachodniej i wschodniej Anglii.
Włoski Indesit jest jednym z czołowych producentów sprzętu AGD w Europie. Koncern miał w 2007 roku około 14% europejskiego rynku „białego”
elektrycznego sprzętu gospodarstwa domowego, z obrotem ponad 3,4 miliardów EUR. Firma produkuje około 16 milionów sztuk sprzętu, który jest sprzedawany w 36 krajach.
Jest drugim co do wielkości europejskim producentem takiego sprzętu
po Electroluksie. Indesit ma 17 zakładów produkcyjnych, m.in. we:
Włoszech, Rosji, Wielkiej
Brytanii i Polsce. Zatrudnia ponad 17 tysięcy praŹródło: Quadrum
cowników.
EKSPERTA
ZDANIEM
Trendy na polskim rynku automatyzacji
Quo vadis automatyzacjo?
dr inż. Krzysztof Pietrusewicz
Pomiary
O
Wiele ciekawych technologii pojawiło się podczas
ubiegłego roku w zakresie pomiarów dynamicznych. Z całą pewnością jedną z najbardziej innowacyjnych jest tzw. termowibrometria. Pomiar
drgań odbywa się tutaj poprzez analizę zmian
cieplnych konstrukcji.
statnio zapytaliśmy głównych graczy rynkowych o ich spostrzeżenia
co do przyszłych kierunków rozwoju w danym segmencie rynku. Wszyscy zgodnie zauważają: „aby polski rynek mógł
przetrwać ciężki okres kryzysu ekonomicznego,
rozwiązania oferowane na nim muszą być innowacyjne”. Na szczęście wygląda na to, że pod
względem automatyzacji całkiem szybko gonimy
najbardziej rozwinięte gospodarki świata.
Na podstawie rozmów przeprowadzonych
z przedstawicielami światowych dostawców
podczas opracowywania naszych raportów rynkowych można wskazać kilka głównych trendów
rozwojowych polskiego rynku. Poniżej ich lista:
Źródło: GE Fanuc
10
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
Ethernet
Jest to chyba jedna z najdynamiczniej rozwijających się dziedzin z zakresu komunikacji w sieci
urządzeń (sterowników, komputerów, serwonapędów, modułów We/Wy procesowych). Polska
automatyka już zaakceptowała i z całym impetem implementuje rozwiązania Ethernetu czasu
rzeczywistego, takie jak EtherCAT czy Ethernet
Powerlink. Spadająca cena i rosnąca dostęp-
ZDANIEM EKSPERTA
ność w połączeniu z możliwościami komunikacji z sieciami różnych producentów sprawiają,
że popularność Ethernetu czasu rzeczywistego
jest w Polsce coraz większa.
Badania symulacyjne
Zagadnienie badań symulacyjnych złożonych
algorytmów regulacji jest w Polsce coraz częściej podnoszone podczas nowych inwestycji.
Niektóre firmy (choć jak na razie jest ich bardzo
niewiele) stosują bardzo wyszukane oprogramowanie, dzięki któremu możliwe jest sprawdzenie
w warunkach symulacji komputerowej nawet
bardzo złożonych strategii sterowania. Badania symulacyjne hardware-in-the-loop (badanie
„sprzętu w sprzęcie”) pozwalają na przetestowanie zachowania algorytmów regulacji bez niebezpieczeństwa uszkodzenia / zużycia urządzeń
wykonawczych. Dzięki temu szybko możemy
sprawdzić, jak projektowany system będzie działał w docelowym procesorze sterownika. Do najciekawszych narzędzi programowych zaliczyć
należy Matlab firmy The Mathworks oraz AmeSim firmy LMS. Jednym z najlepszych narzędzi
badań symulacyjnych układów napędowych jest
VisSim / Motion firmy Visual Solutions.
Silniki, napędy
Rok 2008 był wyjątkowo owocny, jeżeli chodzi
o wzrost liczby aplikacji silników synchronicznych AC z magnesami trwałymi. Z roku na rok
rośnie również liczba aplikacji nowoczesnych
cyfrowych serwonapędów. Miniony rok to również powolne wkraczanie na rynek techniki
przemieszczeń liniowych bazujących na silnikach liniowych. Ciągle wysoka cena przy niewielkiej liczbie wdrażanych aplikacji spowalnia
rozwój rynku silników liniowych w Polsce.
Zaawansowane algorytmy
sterowania
W minionym roku na polskim rynku odbyło się
kilka prezentacji nowych narzędzi do automatycznego generowania kodu programu z poziomu Matlab/Simulink do aplikacji sterowników
programowalnych. Narzędzia tego typu dostępne
są już dla sterowników GE Fanuc, Beckhoff oraz
B&R. Pozwalają na implementację złożonych
algorytmów sterowania (po uprzednim badaniu
symulacyjnym) bez konieczności tworzenia dużych ilości kodu z użyciem języków tekstowych
wysokiego poziomu, jak ST czy ANSI C.
Inżynierowie
Jak napisała niedawno jedna z gazet codziennych: „W Polsce na każdego dobrze wykształconego absolwenta uczelni technicznych czeka około
czterech i pół miejsca pracy…”. Oznacza to, ni
mniej, ni więcej, brak dobrze wykształconych
inżynierów o dużych umiejętnościach praktycznych. Coraz więcej firm próbuje zaktywizować
młodych ludzi – studentów studiów technicznych
– poprzez organizację różnego rodzaju konkursów wiedzy i umiejętności. Pośród najciekawszych z nich można było znaleźć: konkurs zorganizowany przez firmę Bosch Rexroth związany
z wykorzystaniem cyfrowych serwonapędów,
drugi Automation Scholarship na najbardziej innowacyjne wykorzystanie produktów Mitsubishi
Electric czy wreszcie konkurs zorganizowany
przez firmę Bernecker & Rainer na wykorzystanie protokołu Ethernet Powerlink.
Współpraca nauki z przemysłem
Firmy te znane są również z inwestowania w laboratoria dydaktyczne na uczelniach technicznych w Polsce. Jest to zrozumiały trend w czasie,
www.controlengpolska.com
●
CONTROL ENGINEERING POLSKA LIPIEC 2009
●
11
ZDANIEM EKSPERTA
gdy rynki europejskie doświadczają konsekwencji kryzysu w Stanach Zjednoczonych. Oczywistym jest fakt, że po jego zakończeniu najmocniejszą pozycję rynkową będą miały firmy,
których sprzęt i oprogramowanie będzie najlepiej znane przez kolejne pokolenia inżynierów.
Doskonałym przykładem swoistego spojrzenia i inwestowania w przyszłość jest stworzone na Wydziale Elektrycznym ZUT w Szczecinie
mechatroniczne stanowisko dydaktyczne w formie pneumatyczno-elektrycznego minipola golfowego. Powstało ono na bazie komponentów
firmy Bosch Rexroth. W przyszłym roku na tym
samym wydziale zostanie zrealizowane stanowisko dydaktyczne w formie robota w układzie
SCARA. Nad projektem pracuje czterech studentów: dwóch z Wydziału Elektrycznego ZUT
oraz dwóch z Wydziału Inżynierii Mechanicznej
i Mechatroniki.
Konferencje na czasie
Coraz częściej w Polsce wykorzystuje się konferencje naukowe w roli pomostu pomiędzy nauką a przemysłem. Z jednej strony naukowcy
potrzebują przemysłu, aby udowodnić stawiane
przez siebie tezy poprzez testy na obiektach rzeczywistych. Z drugiej zaś firmy coraz częściej
zwracają się do ośrodków naukowych po ekspertyzy i opinie na temat jakości oraz poziomu
innowacyjności proponowanych przez siebie
rozwiązań. Redakcja Control Engineering Polska
aktywnie uczestniczy w promocji konferencji organizowanych przez polskie ośrodki akademickie. Do najważniejszych należą między innymi:
• Methods and Models in Automation and Robotics (http://www.mmar.zut.edu.pl),
• Conference on Active Noise and Vibration
Control Methods (http://www.vibrationcontrol.pl),
• International Carpathian Control Conference
(http://www.iccc.agh.edu.pl),
• School of Modal Analysis,
• seminaria na targach Protech (http://www.targi-protech.pl).
sach przełomu w automatyzacji procesów? Jeśli
nie, to określenie czegokolwiek nowego mianem
„innowacji” zacznie nam się niebawem kojarzyć
jedynie z marketingowym „bełkotem”.
Oczywiście nie w każdym przypadku odpowiedź na zadane powyżej pytanie jest prosta.
Weźmy za przykład zaawansowane algorytmy
regulacji automatycznej i ich obecność w sterownikach programowalnych. Nie dalej jak
rok temu na targach automatyki rozmawiałem
z przedstawicielami pewnej firmy na temat implementacji dwupętlowej struktury typu modelfollowing* w zagadnieniu regulacji temperatury.
Wówczas, zdaniem moich rozmówców, algorytm ten był zbyt skomplikowany i złożony, aby
go zaimplementować w ich systemie. Jednak
w międzyczasie na rynku pojawiły się na rynku
sterowniki programowalne, w których pośród
bloków funkcyjnych znaleźć można już nie tylko proste regulatory PID, ale również regulatory oparte w działaniu na zasadzie modelu wewnętrznego (z ang. Internal Model Control).
Obecnie więc wdrożenie do użytku algorytmu model-following control w układzie regulacji temperatury może się udać. Ze zdecydowaną
korzyścią dla jakości działania systemu. Jednak
możliwościom technicznym musi jeszcze towarzyszyć zmiana podejścia inżynierów-projektantów. Jeżeli wspomniane rozwiązanie potraktować jako swego rodzaju innowację, to rozwój
technologii posunął się już na tyle daleko, że każda poprawa czegokolwiek w automatyzacji odbywać się będzie prawdopodobnie na zasadzie
zmiany światopoglądu użytkowników... Wydaje
się przy tym, że będzie o to ławiej niż o prawdziwe, przełomowe innowacje.
Dr inż. Krzysztof Pietrusewicz jest redaktorem
Control Engineering Polska i pracownikiem Instytutu Automatyki Przemysłowej Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego
w Szczecinie.
*Więcej informacji na temat algorytmu regulacji nadążającej za modelem znajduje się
w Control Engineering Polska z maja 2008 r.
Wszechobecny marketing
Warto wspomnieć o jeszcze jednym trendzie,
który przeniknął do świata automatyzacji z innych, bardziej masowych sektorów rynku. Otóż
od pewnego czasu niemalże każdą z technologii,
która debiutuje na jakichkolwiek targach automatyki, producenci zwykli nazywać innowacyjną. Czy rzeczywiście przyszło nam żyć w cza12
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
Artykuł opublikowany był w lutowym wydaniu amerykańskiej edycji Control Engineering w ramach cyklu „Global perspective”,
w którym omawiane są trendy w poszczególnych rejonach i krajach świata.
ZAAWANSOWANE
TECHNOLOGIE
Modernizacja CNC pomaga w sprzedaży matryc
Małe, a cieszy
W każdym przedsięwzięciu biznesowym nadchodzi pewien istotny punkt zwrotny.
Taki, w którym trzeba wybrać pomiędzy wysokimi kosztami zaawansowanych
technologii, a co za tym idzie, liczyć się z potencjalnie długim okresem zwrotu
z inwestycji lub kontynuować działalność bez wprowadzania istotnych zmian.
Możliwy jest też wariant pośredni, który wybrali właściciele kanadyjskiej firmy Fidelity
Machine & Mould Solution. Zamiast znaczącej rewolucji na całej linii produkcyjnej
przeprowadzili oni jedynie modernizację systemu sterowania dla maszyn CNC.
Carlo Miceli
M
odernizacja używanych, ale zadbanych, centrów obróbki pionowej (Vertical Machining Center
– VMC) średniego rozmiaru kosztuje około 120 tysięcy USD. Według Jeffa Litstera, współwłaściciela Fidelity to kwota około
sześciu razy mniejsza od tej, którą należałoby
zaangażować w związku z zakupem nowej maszyny.
– Dzięki modernizacji nie tylko zaoszczędziliśmy sporą sumę pieniędzy, ale otrzymaliśmy maszynę, która cechuje się lepszymi osiągami, niż
wiele urządzeń najnowszej generacji – cieszy się
rozmówca Control Engineering.
Fidelity wybrało częściową modernizację zaproponowaną przez Miceli Technologies (MTI)
z uwagi na konkurencyjną cenę i duże możliwości podczas frezowania przy stałej prędkości.
Kiedy regulator stałej prędkości (constant velocity controller – CVC) firmy MTI został dodany
do 10-letniej maszyny VMC firmy Fadal, Fidelity prawie natychmiast osiągnęło założone w sfe-
rze produkcji zyski. W zaledwie kilka godzin
po włączeniu zasilania urządzenie pracowało bez żadnych problemów. Uczenie regulatora stałej prędkości krzywych zajmowało połowę
mniej czasu, niż miało to miejsce w przypadku
regulatorów, które Fidelity stosowało w przeszłości.
Prędkość kluczem do sukcesu
Regulator stałej prędkości MTI może „podkręcić” prędkość i zwiększyć dokładność nawet
Rys. 1. Maszyna Fidelity przed modernizacją była
w stanie poruszać się z prędkością od 300 do 400 cali
na minutę, ale przestarzałe regulatory nie zapewniały
takich prędkości. Regulator stałej prędkości firmy
MTI został zbudowany z myślą o uzyskiwaniu dużych
prędkości. Może być stosowany w aplikacjach takich,
jak obróbka wymodelowanych wstawek zatrzaskujących
na końcówkach przewodów. Źródło: Fidelity Machine
www.controlengpolska.com
●
CONTROL ENGINEERING POLSKA LIPIEC 2009
●
13
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE
Rys. 2. Zmodernizowaną maszynę wypróbowano za pomocą standardowego
testu przemysłowego części z firmy Mercedes-Benz. Źródło: Miceli Technologies
20-letniej maszyny. To w bardzo dużym stopniu poprawia średnie prędkości, gdy napędy
w osiach X, Y i Z popychają frez wokół obrabianego elementu z prędkością 300–500 cali na minutę (albo z ich odpowiednikiem metrycznym).
Kolejne korzyści uzyskane dzięki technologii
CVC to:
• gładszy ruch, który objawia się: mniejszym
zużyciem, lepszym wykończeniem, dłuższym
życiem frezu i szybszym cyklem pracy,
Rys. 3. Ciągły regulator prędkości firmy MTI, zmodernizowany z myślą o centrum
pionowej obróbki, przynosi szereg korzyści, włączając w to krótszy czas skrawania.
Niektóre aplikacje były do 70% szybsze. Źródło: Fidelity Machine
14
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
• większa moc obliczeniowa,
• wzrost wydajności dzięki możliwości uruchamiania programów komputerowego wspomagania produkcji (computer-aided manufacturing CAM) bezpośrednio na terminalu
regulatora.
Aktualne czasy uzyskiwane przez maszynę
dochodzą do 90% zaprogramowanych, w przeciwieństwie do poprzednich regulatorów, które
realizowały 30% zaprogramowanego czasu.
Technologia, którą firma MTI wbudowała
w ich CVC, zawiera:
• 8 osi interpolacji,
• wykonanie programu z prędkością 50 tysięcy bloków na sekundę (podczas gdy najlepsze
nawet systemy CNC cechują się prędkościami
2 do 3 tysięcy),
• 80 wysokiej dokładności inteligentnych buforów dla algorytmów predykcyjnych, gdzie
norma systemów CNC to kilka tuzinów linii
kodu (w efekcie po prostu jeden bufor),
• maksymalnie 4 miliony odczytów na sekundę
z enkodera (serwomotoru), pomiar skrajnego
sprzężenia w pętli zamkniętej,
• 15-bitową dokładność kontroli ruchu i minimalną rozdzielczość 0,001 mikrona.
Wymagana maksymalna
sprawność
Fidelity rozpoczęło działalność wykorzystując
dwa pionowe centra maszynowe firmy OKK:
MCV820 z 1990 roku i mniejsze PCV55 wyprodukowane w 1996 roku.
– Po kilku latach pracy potrzebowaliśmy bardziej wydajnych urządzeń, żeby spełniać wymagania dotyczące zakończeń produkowanych
przez nas przewodów – mówi Jeff Litster. – Mechanicznie, nasze urządzenia były w stanie poruszać się z prędkością 300 do 400 cali na minutę
[IPM], ale przestarzałe regulatory nie były w stanie dokładnie przesuwać maszyn w zakresie tych
prędkości.
Litster powiedział, że wykonanie zakończeń
przewodów jest zawiłą i ambitną pracą, którą
zawsze wykonuje się na krótko przed końcem
całego cyklu produkcji.
– Zauważyliśmy, że nie możemy pozwolić sobie na zatrzymanie produkcji na żadnej maszynie OKK w celu zmodernizowania systemów regulacji, z powodu napiętych terminów – dodaje
przedstawiciel Fidelity. – Słabą stroną oryginalnych regulatorów była ich niezdolność przetwarzania informacji wystarczająco szybko tak, aby
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE
poruszać maszynę zgodnie z jej fizycznymi możliwościami. Poza tym regulatory nie były w stanie czytać dużej ilości danych z dużymi prędkościami, co prowadziło do zubożenia informacji.
Maszyny dosłownie nie wiedziały, dokąd mają się
przesunąć.
Tego rodzaju trudności zdecydowały o konieczności przeprowadzenia modernizacji. Według Litstera dzięki MTI uzyskano nieograniczone możliwości przetwarzania i komunikacji.
– Mogliśmy włożyć program o dowolnym rozmiarze, jaki tylko chcieliśmy, i nie musieliśmy
martwić się o to, że wykończymy maszynę albo nie
dostarczymy jej informacji wystarczająco szybko
– tłumaczy rozmówca Control Engineering.
Co ważne, obróbka z możliwością predykcji
i wysoką dokładnością jest dla Fidelity ważniejsza, niż samo uzyskanie prędkości rzędu setek
cali na minutę. Zakład zwykle wykonuje bowiem drobne prace. Rdzeń formy wtryskowej
i otwór dla końcówki mają rozmiar powieści
w miękkiej oprawie. W formach wtryskowych
segmenty przewodów i przylutowane łączniki są
wprowadzane do narzędzi formierskich i osłaniane odpornym plastikiem chroniącym przed
wilgocią, brudem, wstrząsom, napięciom i naprężeniom.
Te małe bloczki – często o wymiarach 6 x 8 x 3
cala – stanowią główny problem w procesie obróbki ze względu na mały obszar pracy w rdzeniu i otworze. Jak podkreślają przedstawiciele
zakładu, małe frezy i ciasne promienie często
prezentują więcej wyzwań i większe trudności
geometryczne, a ponadto mniejsze frezy są dużo
mniej odporne. Fidelity używa frezów z zakończeniem kulowym o średnicy zaledwie 0,015
cala. Jak zaznacza Litster, to jest „ekstremalna” obróbka z prawie zupełnym brakiem miejsca dla frezu.
Lepsza kontrola frezowania
Fidelity robi także narzędzia dla wielu innych
typów form, przy czym powierzchnia zawsze
stanowi kwestię krytyczną. Każda niedokładność w powierzchni matrycy negatywnie wpływa na jakość produktu.
– Zazwyczaj podajemy dane dużo szybciej w fazie końcowej niż w przypadku usuwania chropowatości – mówi Litster. – Tylko około 10%
naszego czasu frezowania poświęcamy na dogładzanie.
Być może najważniejszą rzeczą w regulatorach MTI jest to, że pozwalają Fidelity na pro-
gramowanie trajektorii frezowania z węższą tolerancją. To umożliwia lepszą kontrolę podczas
frezowania i lepsze wykończenie. Zakład musiał na drugiej maszynie dostosować się do tolerancji i zwolnić ją na tyle, aby nie doprowadzić
do uszkodzenia powierzchni.
Rys. 4. Małe bloki prezentują więcej problemów niż większość procesu obróbki
ze względu na bardzo mały obszar w rdzeniu przewodu i otworze.
W takiej sytuacji małe frezy mogą być dużo mniej odporne.
Litster wymienił także inne korzyści regulatora stałej prędkości, włączając w to:
• obniżenie czasu frezowania o jedną trzecią –
niektóre jednogodzinne programy wykonywane są obecnie w 40 minut, z lepszym wykończeniem powierzchni i dłuższym czasem
życia frezu;
• przyspieszenie frezowania nawet o 70%;
• możliwość instalacji oprogramowania CAM
na tej samej jednostce centralnej, co regulator.
Carlo Miceli
Artykuł pod redakcją dra inż. Krzysztofa Jaroszewskiego, asystenta w Zakładzie Automatyki Instytutu Automatyki Przemysłowej Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego
www.controlengpolska.com
●
CONTROL ENGINEERING POLSKA LIPIEC 2009
●
15
ARTYKUŁ SPONSOROWANY
Nowy SIMATIC S7-1200…
innowacyjna integracja PLC oraz HMI
mięć danych. Dostępny jest również obszar podtrzymania danych po zaniku zasilania. Sterowniki wyposażono w funkcje technologiczne zliczania, pomiaru, regulacji oraz ruchu (Motion Control), które są zintegrowane sprzętowo w sterowniku. Sterownik SIMATIC S71200 jest wyposażony w złącze komunikacyjne Profinet/
Ethernet, które wspiera różnorodne protokoły takie jak
TCP/IP, ISO-na-TCP, komunikację S7. Złącze komunikacyjne może służyć celom programowania sterownika, komunikacji między sterownikami, oraz komunikacji
z panelami SIMATIC HMI Basic Panel. Nowością w sterownikach SIMATIC S7-1200 jest tzw. płytka sygnałowa,
czyli moduł instalowany bezpośrednio na płycie czołowej jednostki centralnej CPU. Aktualnie dostępne są
dwa typy płytek sygnałowych: 2wejcia/2 wyjścia binarne lub 1 wyjście analogowe. Każda jednostka centralna CPU sterownika SIMATIC S7-1200 posiada zintegrowane 2 wejścia analogowe o zakresie 0-10 V DC. W zaSIMATIC S7-1200 jest nowym modułowym sterowni-
leżności od typu jednostki centralnej istnieje możliwość
kiem przemysłowym, przeznaczonym dla małych i śred-
podłączania różnej ilości modułów rozszerzeń na prawo
nich aplikacji. Główny nacisk przy projektowaniu tego
od CPU. Obecnie dostępne są moduły binarnych roz-
systemu został położony na to, aby komunikacja ste-
szerzeń 8DI, 16DI, 16DI/16DQ zarówno z wyjściami tran-
rowników SIMATIC S7-1200 oraz paneli operatorskich
zystorowymi DC, jak również z przekaźnikowymi oraz
SIMATIC HMI była możliwie jak najwydajniejsza, zarów-
moduły analogowe 4AI, 2AO, 4AI/2AO. Wszystkie modu-
no pod względem wydajności przesyłania danych, jak
ły niezależnie od ilości kanałów mają te same wymiary
również łatwości i intuicyjności projektowania aplikacji.
i ich szerokość wynosi 45 mm, co pozwala na wygodny
Szczególnie jest to widoczne przy zarządzaniu zmien-
montaż w miejscach o małej przestrzeni zabudowy.
nymi w projekcie aplikacji. System umożliwia jednokrotną deklarację zmiennych, zarówno dla części ste-
Sterownik SIMATIC S7-1200 wyznacza
rownikowej projektu, jak również części wizualizacyjnej.
nowe kierunki rozwoju systemów automatyki
Pozwala też na swobodne przenoszenie zmiennych po-
Z jednej strony system ten zaprojektowany został
między projektowanymi urządzeniami – wszystko w ra-
w oparciu o nowoczesne i wydajne dostępne obecnie
mach jednej bazy danych projektowych. Dzięki temu
układy mikroprocesorowe, z drugiej strony do projekto-
można uniknąć wielu błędów projektowych oraz skrócić
wania aplikacji dla tego sterownika zostało użyte nowe
czas wykonywania aplikacji.
niezwykle wydajne i przyjazne użytkownikowi narzę-
Podobnie jak w całej rodzinie SIMATIC S7-200, rów-
dzie programowe, jakim jest Step7 Basic. W ofercie fir-
nież w przypadku sterownika SIMATIC S7-1200 dostęp-
my Siemens dostępne są też zestawy startowe składają-
ne jest bogate spektrum jednostek centralnych CPU,
ce się ze sterownika SIMATIC S71200 CPU 1212C wraz
które mogą być dobierane ze względu na typ napięcia
z oprogramowaniem Step7 Basic w atrakcyjnej cenie.
zasilającego (AC lub DC) lub też ze względu na typ zin-
Zestawy dostępne są u dystrybutorów. Lista dystrybuto-
tegrowanych wyjść w sterowniku (wyjścia przekaźni-
rów dostępna jest na stronie www.siemens.pl/simatic.
kowe lub tranzystorowe). Z punktu widzenia wydajności i możliwości rozszerzeń dostępne są trzy jednostki
centralne CPU, każda w trzech odmianach wyposażenia
sprzętowego. Różnią się one miedzy sobą pojemnością
pamięci, ilością zintegrowanych wejść-wyjść, ilością
możliwych do podłączenia modułów rozszerzeń. W odróżnieniu od rodziny SIMATIC S7-200 nowe SIMATIC
S7-1200 mają zintegrowaną dynamiczną pamięć, która
jest automatycznie dzielona na pamięć programu i pa16
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
Siemens Sp. z o.o.
Sektor Industry IA AS
Michał Bereza
ul. Żupnicza 11
03–821 Warszawa
[email protected]
TEMAT WIODĄCY
Regulacja PID – o tym trzeba pamiętać
Więcej światła na regulację
Zdarzają się sytuacje, kiedy projektant analizujący sposoby realizacji algorytmu PID
przez różne regulatory, czuje się zagubiony i niepewny wyników swojej pracy.
Vance Van Doren
J
eśli wrócimy myślami do czasów szkolnych, przypomnimy sobie, jak uczono
nas, że algorytm regulacyjny proporcjonalno-całkująco-różniczkujący (PID)
jest kombinacją trzech działań. Każde z nich stanowi specyficzną odpowiedź na błąd pojawiający
się w prowadzeniu procesu technologicznego.
Ilustruje to schemat „Teoretyczny algorytm PID”.
Działanie regulatora polega na obliczeniu
całki z wielkości błędu (różnicy między wartością mierzoną a wartością zadaną regulowanego parametru procesu), w tym samym czasie
obliczeniu różniczki ze zmiany wartości błędu,
a następnie dodaniu wyników obu tych działań
do wartości błędu pomnożonego przez współczynnik proporcjonalności.
W ten sposób generowany jest sygnał wymuszający powrót regulowanej wielkości do jej
wartości zadanej. Sygnał jest wysyłany przez
regulator do urządzeń wykonawczych niejako
w kontrze do błędu. Operator, który zna proces
i jego cechy, bierze pod uwagę pożądany przebieg procesu i dobiera odpowiednie parametry
dla każdej z akcji regulatora: proporcjonalnej
(P), całkującej (I) oraz różniczkującej (D). Następnie nadaje właściwą rangę każdej z nich.
Opierając się na takiej wiedzy przystąpiłem
do napisania pierwszego podręcznika dla Control Engineering. Byłem pewien, że przemysłowe
regulatory tak właśnie działają. Przekonałem się
jednak, że stosowane w przemyśle regulatory wykorzystują nieco inny opis, niż ten teoretyczny.
Obliczają one jednocześnie te trzy wartości
(błędu, jego całki i różniczki), a następnie dodają
je do siebie. Jednak dzieje się to za pomocą innego zestawu nastawialnych parametrów (przedstawionych też innymi symbolami) dla wymienionych funkcji regulatora. W praktyce operuje
się bowiem terminami współczynnik wzmocnienia (oznaczany przez Kp) jako reprezentant pro18
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
porcjonalności, czasem zdwojenia (Ti) decydującym o szybkości akcji całkującej oraz czasem
wyprzedzenia (Td), który decyduje o intensywności odpowiedzi z akcji różniczkowania.
Przedstawia to kolejny rysunek pod nazwą
„Standardowy algorytm PID”. Rezultat końcowy tego działania jest zgodny z algorytmem opisanym uprzednio i ukazanym na rysunku jako
„Teoretyczny algorytm PID”. Nie została bowiem
zmieniona istota rzeczy, lecz tylko sposób przedstawienia poszczególnych parametrów algorytmu regulacji PID oraz miara nastaw dla każdego
z nich. Algorytm, nazwany tutaj teoretycznym,
jest też czasem nazywany równoległym.
Potencjalna przyczyna
wątpliwości
Na szczęście stosunkowo łatwo jest powiązać
algorytm teoretyczny ze standardowym i znaleźć relacje między parametrami regulatora dla
funkcji P, I oraz D a czynnikami Kp, Ti, i Td, określającymi wartości nastaw dla tych funkcji.
Występują tutaj następujące zależności:
P = Kp;
I = Kp / Ti;
D = Kp . Td;
Akcja proporcjonalna jest tym samym, czym
akcja wzmacniająca regulatora. W efekcie użytkownicy nieświadomi różnic między teoretycznym a praktycznym (standardowym) algorytmem PID mogliby odnieść wrażenie, że mamy
do czynienia z synonimami również w przypadku akcji całkującej oraz różniczkującej. Takie
błędne rozumienie powoduje jednak, że w praktyce strojenie regulatora stałoby się niemożliwe.
Dla zobrazowania powyższej tezy wyobraźmy sobie następujący przykład. Student (operator procesu) zdecydował się na przyjęcie niżej
wymienionych nastaw parametrów regulatora dla jego poszczególnych akcji: współczynnik
wzmocnienia Kp = 3, dla całkowania czas Ti =
2, zaś dla różniczkowania Td = 1. Nastawiając
TEMAT WIODĄCY
takie wartości w standardowym przemysłowym
regulatorze faktycznie regulator będzie reagował według wartości jak niżej:
P = 3;
I = 3 / 2 = 1,5;
D=3·1=3
Oznacza to, że w stosunku do oczekiwań operatora akcja całkująca będzie o 25% słabsza (1,5
zamiast 2), natomiast różniczkowanie aż trzykrotnie wolniejsze.
Z jakim regulatorem mamy
do czynienia?
Owo niedopasowanie nastaw parametrów regulatora jest problemem nie tylko dla niedoświadczonego studenta. Niektóre handlowe regulatory stosują matematycznie uszczegółowione
algorytmy PID, obejmujące kolejną (już trzecią
w tym materiale) formę strojenia parametrów
regulatora (rysunek „Szeregowy algorytm PID”).
W praktyce przemysłowej może się zatem tak
zdarzyć, że dla identycznych w zasadzie obwodów automatycznej regulacji operator procesu,
próbując wykonać strojenie dwóch regulatorów
stosujących różne algorytmy (na przykład szere-
gowy i standardowy), uzyska w ich funkcjonowaniu różne rezultaty końcowe.
Co gorsza, algorytmy teoretyczny i standardowy są czasem opisywane jako algorytmy idealne
(chociaż w rzeczywistości różnią się między sobą),
przewidziano je dla regulatorów nazywanych
„idealnymi”. W konsekwencji niektóre techniki
strojenia opracowane dla idealnych regulatorów
nie w każdym przypadku będą się sprawdzały.
Zwróćmy też uwagę na fakt, że określenie „algorytm równoległy” dotyczy równoległego przetwarzania danych podczas realizacji trzech funkcji, które składają się na algorytm regulacji PID.
Zatem może odnosić się nie tylko do algorytmu teoretycznego, ponieważ ma również miejsce w algorytmie standardowym. Jednakże, jak
na ironię, dla algorytmu standardowego prawie
nikt nie używa zamiennie obu tych określeń.
Terminologia strojenia
Parametry strojenia regulatora są różnie nazywane, zależnie od tego, kto je opisuje. Kiedy po raz
pierwszy zastosowano regulator z akcją różniczkującą, tę funkcję nazwano „wyprzedzeniem”, bo
wyprzedzała ona w czasie akcję proporcjonalną
Teoretyczny algorytm PID
Zakłócenia
P
Wartość
zadana
Błąd
(uchyb)
I
+
--
D
∫
+
+
+
Regulowany
proces
+
+
d
dt
Regulator
Wartość mierzona
Źródło: Control Engineering
W teoretycznym algorytmie PID sygnał korekcyjny wygenerowany przez regulator i skierowany do elementu
wykonawczego (sygnał wyjściowy z regulatora) jest sumą: a) wartości uchybu mnożoną przez wartość wzmocnienia,
b) narastającej akcji całkującej (wartość uchybu razy czas) oraz c) krótkotrwałego impulsu wyprzedzającego,
będącego pochodną uchybu, a zatem proporcjonalnego do szybkości jego narastania. Wartości nastaw parametrów
regulatora (Kp, Ti, Td) odzwierciedlają względny udział określonej funkcji w tak wytworzonym przez regulator sygnale
wymuszającym. Ten sposób generowania sygnału wyjściowego ma charakter nieinterakcyjny, co oznacza, że zmiana
nastawienia dowolnego parametru regulatora nie wpływa na jego pozostałe parametry.
www.controlengpolska.com
●
CONTROL ENGINEERING POLSKA LIPIEC 2009
●
19
TEMAT WIODĄCY
tej funkcji nastawienie dłuższego czasu oznacza
spowolnienie akcji całkującej.
Alternatywnym sposobem traktowania parametru całkowania jest użycie określenia „tempo
zerowania” lub też „częstotliwość całkowania”.
Oba są odwrotnością czasu zdwojenia. Im ten parametr jest większy (czas zdwojenia krótszy), tym
szybciej przebiega akcja całkująca (i na odwrót).
Podobnie jest w przypadku parametru dla akcji proporcjonalnej regulatora PID. Ta funkcja
także bywa opisywana współczynnikiem wzmocnienia. Ujmując rzecz precyzyjnie: wartość liczbowa proporcjonalności jest wynikiem dzielenia
100% przez wartość współczynnika wzmocnienia. Nastawienie proporcjonalności na np. 20%
oznacza, że zmiana uchybu o 20% spowoduje
zmianę sygnału wyjściowego do 100%. Dla tego
przypadku współczynnik wzmocnienia będzie
wynosił 5. Pomimo zróżnicowania występującego w terminologii nastawienie większej wartości
tego parametru (wzmocnienia czy proporcjonalności) skutkuje słabszym efektem w sygnale wyjściowym regulatora i odwrotnie.
i wspomagała ją, przyspieszając usuwanie uchybu. Tym samym szybko i skutecznie „przeciwdziałała” błędom w prowadzeniu procesu.
Pierwsi operatorzy powiększali lub zmniejszali to przeciwdziałające (różniczkujące) działanie
przez wydłużanie lub skracanie czasu jego oddziaływania. Współcześni dostawcy regulatorów
PID określają ten parametr jako przyspieszenie
akcji korygującej.
Funkcja całkująca regulatora była uprzednio
nazywana automatycznym zerowaniem. Wynikało to z faktu, że funkcja ta pozwalała na doprowadzenie do zerowej wartości uchybu regulacji.
Wcześniejsze regulatory wyposażone wyłącznie
w funkcje proporcjonalną powodowały wyraźną różnicę wskazań, widoczną prawie przez cały
czas na wskaźniku wartości mierzonej i zadanej. Szczególnie wyraźne było to przy obiektach
o dużej bezwładności (znacznym opóźnieniu).
Prowadzenie procesu w takich przypadkach to
oscylacja wokół wartości zadanej i trwałego występowania uchybu o cyklicznie zmieniających
się wartościach (raz dodatnich, potem ujemnych). Pewna grupa użytkowników wypełniając
specyfikacje zamówieniowe podaje nazwę parametru funkcji całkowania jako „czas uspokojenia”. Najpowszechniejszy jest jednak termin
„czas zdwojenia” (czas, w którym sygnał wyjściowy osiągnie wartość dwukrotnie większą
od wartości, jaka wynika ze wzmocnienia). Przy
Szereg różnic w opisach
Aby było ciekawiej, w ciągu lat, gdy ulepszano
regulatory PID, powstało wiele nowych terminów. Jednak wszystkie te „ulepszenia” nie mają
większego znaczenia w praktycznym funkcjonowaniu regulatorów PID. Większość z nich ma
Standardowy algorytm PID
Zakłócenia
Wartość
zadana
1
Błąd
(uchyb)
1
Kp
+
--
Ti
Td
∫
+
+
+
Regulowany
proces
+
+
d
dt
Regulator
Wartość mierzona
Źródło: Control Engineering
Standardowy (ujęty w normie ISA) algorytm PID pozwala jednak operatorowi na jednoczesną zmianę wszystkich trzech
parametrów pracy regulatora poprzez zmianę samego tylko wzmocnienia. Uzyskujemy zatem zależny, idealny algorytm
PID. Nazywa się go czasem „akademickim”, chociaż sami naukowcy rzadko go stosują.
20
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
TEMAT WIODĄCY
charakter głównie marketingowy. Z drugiej strony nie zawsze jest oczywiste, z którą opcją mamy
do czynienia w już użytkowanym regulatorze.
Rozpatrzmy np. zastosowanie filtrów. W praktyce często aktualna wartość mierzona regulowanego parametru poddana jest filtrowaniu przed wykorzystaniem jej do obliczeń. A to
w celu usunięcia z niej zakłóceń o charakterze
szumu, by uwolnić regulator od niepotrzebnych
działań korygowania tego rodzaju zakłóceń. Takie filtrowanie jest bardzo korzystne ze względu na fakt, że akcja różniczkowa jest szczególnie
wrażliwa na zakłócenia szumem pomiarowym.
Jednakże z drugiej strony odfiltrowanie szumów
z sygnału wartości mierzonej spowalnia funkcjonowanie regulatora. Nieświadomy tego faktu operator może próbować dokonywać zmian
w nastawach, aby przyspieszyć działanie regulatora.
Rezultat będzie znikomy, ponieważ działanie
algorytmu PID oraz funkcja filtrowania działają przeciwko sobie.
Kolejne zagadnienie, sprawiające trudność
podczas strojenia regulatora, to strefa nieczułości. Zmniejsza ona wahania w sygnale wyjściowym regulatora. Dopóki sygnał o wystąpieniu błędu nie przekroczy wartości progowej dla
strefy nieczułości, regulator nie wykona żadnego działania. W ten sposób zapobiega się nieustannemu poruszaniu się siłownika urządzenia
wykonawczego w takt nawet niewielkich wartości odchyłek albo nieodfiltrowanych szumów.
Z kolei duża strefa nieczułości może zmylić operatora, sprawiając wrażenie, że regulator przestał działać.
Mając dzisiaj do czynienia z tak szeroką gamą
odmian regulatorów z algorytmem PID oraz
opisanymi tutaj problemami, należy szczególnie ostrożnie podchodzić do zamierzonego przestrojenia regulatora, który funkcjonuje na naszym obiekcie.
Vance VanDoren
Artykuł pod redakcją inż. Józefa Czarnula
TEMAT Z OKŁADKI
Różne oblicza Ethernetu przemysłowego
Sieciowy
Światowid
Protokoły sieci przemysłowych standardu Ethernet mogą
występować w postaci standardowej, czyli bez modyfikacji
lub zmodyfikowanej – w celu zwiększenia ich niezawodności
w szczególnie wymagających aplikacjach. Dlatego propagatorzy
sieci ethernetowych wskazują na różne perspektywy ich rozwoju:
zależnie od oczekiwań użytkowników i rodzaju aplikacji.
Mark T. Hoske
S
tandard Ethernet coraz częściej charakteryzuje się specjalnie wzmocnionymi urządzeniami sieciowymi
i bardziej niezawodnym oprogramowaniem, dostosowanym do użycia w tzw. aplikacjach krytycznych. Ulepszenia dotyczą przede
wszystkim kwestii bezpieczeństwa danych, ale
także fizycznej warstwy sieci. Spotykamy się
ze specjalnie wzmocnionymi konstrukcyjnie
złączami, kablami i przełącznikami. W oprogramowaniu obsługującym standard Ethernetu
przemysłowego pojawiają się dodatkowe narzędzia w warstwie aplikacyjnej. Takie funkcjonalności, jak priorytety czy szeregowanie zadań,
zwiększają bezpieczeństwo i pewność wymiany
danych.
Ogłoszony w roku 1983 standard Ethernet
(IEEE 802.3 – pierwotnie tylko do zastosowań
biurowych) kontynuuje, zwłaszcza w ostatnich
latach, ekspansję w branży przemysłowej. W latach 2006-2008 w zasadzie wszystkie bazujące
na tym standardzie protokoły wykazały ciągły
wzrost zastosowań (patrz: wykres 1.). A to oznacza, że standard Ethernet staje się powoli standardem sieci lokalnej LAN. Choć początkowo
był bazą prostych i – co warto podkreślić – często zawodnych sieci wymiany danych, obecnie
zapewnia niezawodną, szybką i tanią komunika22
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
cję z transmisją na poziomie 10/100/1 000 Mb/s,
a w perspektywie 10 Gb/s.
– Jednym z powodów tak szerokiej ekspansji standardu Ethernet w aplikacjach biurowych
i przemysłowych jest nie do końca trafne przekonanie użytkowników, że Ethernet oznacza w każdym przypadku ten sam rodzaj sieci komunikacyjnej, która niejako łączy w sobie różne standardy
sieciowe – zauważa Jeremy Bryant z Siemens
Energy & Automation. – Dla niektórych osób
w pojęciu tym zawierają się również niektóre elementy sprzętowe, jak np. switche. To jednak nieprawda. Nie ma standardu sieciowego obejmującego sobą wszystkie elementy sieci, jak: protokół,
sprzęt, aplikacje programowe itd.
Definicja hasła „Ethernet” obejmuje sobą system kablowy, przeznaczony do transmisji danych pomiędzy połączonymi w sieci urządzeniami. Jak podkreśla Jeremy Bryant, w protokole
ISO/OSI standard Ethernet to tylko dwie najniższe warstwy 1. i 2., podobnie jak w popularnym
w przemyśle standardzie komunikacji szeregowej RS-485. O ich przydatności komunikacyjnej
decydują warstwy położone wyżej, bez których
Ethernet to tylko „piękna niemowa”.
Obecnie na rynku dostępnych jest już kilka systemów komunikacji przemysłowej, które bazują na standardzie Ethernet. Do wspierania większości protokołów przemysłowych
i realizowania zadań w czasie rzeczywistym wy-
TEMAT Z OKŁADKI
Wykorzystanie standardu Ethernet
w aplikacjach przemysłowych
maj 2008 - grudzień 2006
95%
TCP/IP (tradycyjny)
73%
88%
EtherNet/IP
73%
81%
Modbus TCP
48,5%
79%
UDP (tradycyjny)
23,6%
43%
Fieldbus Foundation
szybki Internet HSE
EtherCAT
SERCOS III
20%
41%
10,6%
11,4%
20%
CC-Link IE
(Ethernet gigabitowy
– nowość od grudnia 2006)
Ethernet w przemyśle znacznie wzrosło. Wykres obrazuje
odsetek respondentów deklarujących korzystanie z tego
36%
Profibus Profinet
Ethernet Powerlink
W ciągu ostatnich dwóch lat zastosowanie standardu
38%
standardu (na podstawie ankiety przeprowadzonej
na terenie USA w maju 2008 roku), w porównaniu
31%
do danych sprzed dwóch lat. Udział sieci przewodowych
w rynku ogólnoświatowym w 2007 roku wyniósł nieco
27%
8%
ponad 1,8 miliarda USD (1,2 miliarda – standard
Ethernet). Do 2012 roku planowany jest coroczny wzrost
tego segmentu rynku o około 24%.
Źródło: Control Engineering, maj 2008, grudzień 2006
magają zwykle dedykowanego oprogramowania do obsługi warstwy 3. i wyższych w modelu
ISO/OSI oraz niewielkich modyfikacji sprzętowych w zakresie dostępu do medium komunikacyjnego. Odpowiednie aplikacje są przesyłane
do platform sprzętowych, które bazują na procesorach DSP lub programowalnych układach
logicznych FPGA, które umożliwiają dobór platformy procesorowej, ustawienie wymaganych
opcji i umożliwiają bardziej elastyczne dostosowanie protokołu komunikacyjnego do konkretnych aplikacji.
„Niestandardowy” standard
Podstawowy protokół standardu Ethernet nie
jest w stanie spełnić wymogów aplikacji automatyki przemysłowej. Dlatego też wszystkie
protokoły tzw. Ethernetu przemysłowego (Profinet, EtherNet/IP, EtherCAT itd.) stanowią swego rodzaju rozwinięcie klasycznego standardu
IEEE 802.3. Innymi słowy: bazują na standardzie IEEE 802.3. Nie można jednak nazywać
Źródło: Control Engineering
ich standardami komunikacyjnymi, ponieważ
formalnie nie utworzono jeszcze takiej grupy
standardów.
– Oprogramowanie obsługujące urządzenia sieciowe dla wymagających aplikacji przemysłowych musi przede wszystkim wspierać obsługę
danych w czasie rzeczywistym, działać niezawodnie i przewidywalnie – podkreśla Lee House, wiceprezes GarrettCom.
Zapewnienie ciągłej aktualizacji danych
i niezawodnego funkcjonowania systemu komunikacji wymaga stosowania protokołów redundantnych, odpornych na błędy powstające
w oprogramowaniu i spełniających bardzo wysokie wymagania testowe. Warto również pamiętać, że komercyjny sprzęt sieciowy dedykowany
jest dla popularnych aplikacji sieci biurowych
itp. Z kolei urządzenia sieciowe do zastosowań
przemysłowych muszą pozwalać również na obsługę aplikacji krytycznych oraz starszych protokołów komunikacyjnych, wciąż poprawnie
funkcjonujących w niektórych aplikacjach.
www.controlengpolska.com
●
CONTROL ENGINEERING POLSKA LIPIEC 2009
●
23
TEMAT Z OKŁADKI
3 kategorie protokołów Ethernet
1
najlepsze
czas rzeczywisty
działanie
2
najlepsze
3
czas rzeczywisty
działanie
najlepsze
działanie
TCP/UDP
TCP/UDP
TCP/UDP
IP
IP
IP
szeregowanie zadań
priorytety
warstwa dostępu do medium
czas rzeczywisty
warstwa dostępu do medium
warstwa dostępu do medium
1 – Wykorzystanie standardu Ethernet w postaci zdefiniowanej w dokumencie IEEE 802.3 z protokołem TCP/IP. Tego
typu sieci doskonale sprawdzają się w aplikacjach biurowych i zarządzania. W tej kategorii aplikacje biurowe mogą
być zastąpione aplikacjami przemysłowymi tylko bezpośrednio w warstwie aplikacyjnej protokołu komunikacji.
2 – Wykorzystanie standardu Ethernet zdefiniowanego w IEEE 802.3 wraz z narzędziami priorytetów pakietów danych
zdefiniowanych w IEEE 802.1Q oraz protokołem TCP/IP i dedykowanymi protokołami systemów automatyki,
zadanymi w warstwach 3. i 4. modelu ISO/OSI.
3 – Wykorzystanie zoptymalizowanego modelu standardu komunikacji Ethernet wraz z protokołem TCP/IP
i dedykowanymi protokołami systemów automatyki zadanymi w warstwach 3. i 4. modelu ISO/OSI. Budowa
systemów sieciowych tej kategorii jest konieczna do obsłużenia aplikacji z determinizmem czasowym
i rygorystycznymi wymogami w zakresie pracy w czasie rzeczywistym (np. sterowanie wieloosiowymi,
synchronizowanymi zespołami napędowymi), zwykle ze specjalnymi switchami. Protokół Profinet spełnia wymogi
kategorii 2. i 3.
Źródło: Control Engineering, Profinet International
– Z tych też względów nie jest możliwe opracowanie jednego, uniwersalnego protokołu sieci przemysłowych, który bazuje na standardzie
Ethernet – wyjaśnia Irene Bearly z National Instruments.
Użytkownicy systemów sieciowych muszą
każdorazowo pójść na pewien kompromis pomiędzy interoperacyjnością systemu, determinizmem czasowym i szybkością transmisji.
Protokoły Ethernetu przemysłowego można
podzielić na trzy kategorie:
24
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
• bez zachowania czasu rzeczywistego – protokoły zapewniające największą otwartość komunikacyjną i możliwość połączenia z sieciami komercyjnymi, jednakże przy
dłuższych czasach odpowiedzi systemu sterowania;
• czasu rzeczywistego – wykorzystuje się w nich
specjalne moduły optymalizujące strukturę
i konfigurację ścieżek komunikacyjnych w sieci, w celu minimalizacji czasów cykli wymiany danych oraz funkcje priorytetów przesyłanych pakietów danych (np. IEEE 802.1D/Q
– QoS) itp., przykładem mogą być protokoły
EtherNet/IP i Profinet RT;
• tzw. „ścisłego” czasu rzeczywistego (hard real-time) – wykorzystuje się w nich dedykowany sprzęt sieciowy w samych urządzeniach
oraz modułach switchy sieciowych lub całkowicie eliminuje się takie przełączniki, stosując tzw. połączenia łańcuchowe (daisy chain); sieci takie przeznaczone są do obsługi
bardzo szybkich aplikacji napędowych, a ich
przykładem mogą być protokoły EtherCAT
i Profinet IRT.
Dla każdej z kategorii pokazano schematyczny rozkład
warstw stosu protokołu na rysunku 1.
– Wspomniane osiągnięcia technologiczne w protokołach
Ethernetu przemysłowego wskazują na olbrzymi postęp w tej
dziedzinie komunikacji w stosunku do czasów sprzed kilku
lat, kiedy to detekcja kolizji komunikatów oraz brak determinizmu czasowego praktycznie eliminowały standard Ethernet z zastosowań przemysłowych – stwierdza Mike Hannah
z firmy Rockwell Automation.
Rozmówca Control Engineering podkreśla, że usprawnienia technologiczne protokołów, takie jak: zwiększenie przepustowości, mechanizmy priorytetów pakietów
danych i wprowadzenie dedykowanych switchy dla aplikacji przemysłowych, uczyniły standard Ethernet rozwiązaniem realnym do zastosowania w przemyśle, a nawet stworzenia jednolitej sieci wymiany danych w całych
przedsiębiorstwach.
– Aplikacje przemysłowe nakładają szczególne obostrzenia w zakresie zapewnienia determinizmu czasowego komunikacji danych, tak aby docierały one do odbiorcy
w określonym czasie – zwraca uwagę Chuck Lukasik, reprezentujący Stowarzyszenie Partnerów CC-Link. – Bez
zachowania determinizmu praktycznie niemożliwe jest zachowanie wysokiej jakości produkcji. Inżynierowie automatycy i kontroli jakości bazują w swych działaniach na tych
mechanizmach. Polegają całkowicie na sieci komunikacyjnej, która powinna zagwarantować im precyzyjną i szybką
wymianę danych w ich systemach sterowania maszynami
oraz pomiędzy ich systemem a systemem nadrzędnym wymiany danych w przedsiębiorstwie.
Chuck Lukasik dodaje, że pomimo podejmowania licznych prób adaptacji klasycznego, komercyjnego protokołu Ethernet do obsługi aplikacji przemysłowych jego
niedeterministyczna natura i możliwe do stosowania niezabezpieczone media transmisyjne nie zapewniają odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa i niezawodności wymiany danych, niezbędnych we współczesnych systemach
automatyki przemysłowej. Klasyczny, niemodyfikowany
Ethernet dopuszcza możliwość powstania kolizji pakietów danych w sieci, ich wykrycia i na tej podstawie podejmowania prób ponownej transmisji danych. W związku z tym nie jest możliwe zagwarantowanie determinizmu
transmisji bez stosowania specjalnych switchy, które komplikują strukturę sieci wymiany danych.
Dla zapewnienia szybkiej wymiany danych w czasie
rzeczywistym opracowano m.in. protokół CC-Link IE Gigabit Ethernet. Zoptymalizowany został pod kątem determinizmu komunikacji bez konieczności włączania dodatkowych switchy, ale z zarządzaniem warstwą fizyczną
sieci.
Dla zapewnienia ciągłej komunikacji danych w środowisku przemysłowym jako medium transmisyjne powinno się stosować przewody światłowodowe. Determinizm
TEMAT Z OKŁADKI
Warstwy protokołu dla Ethernetu przemysłowego:
model protokołu CC-Link IE
Warstwa użytkownika aplikacji
Warstwa aplikacji
Dostęp do obiektów podstawowych
Pamięć podstawowa
zorientowana sieciowo
Transmisja przejściowa
Transmisja cykliczna
Warstwa transportu
Warstwa sieciowa
Warstwa łącza danych CC-Link IE
Warstwa łącza danych
Warstwa fizyczna
Warstwa fizyczna zgodna ze standardem IEEE 802.3z
Protokół CC-Link IE Ethernetu gigabitowego zapewnia wymianę danych z zachowaniem rygorystycznych wymogów
determinizmu czasowego, bez potrzeby stosowania specjalizowanych switchy.
Źródło: Control Engineering, CC-Link
czasowy komunikacji w protokole CC-Link IE
zagwarantowano poprzez technikę komunikacji
z przekazywaniem znacznika (tzw. żetonu). Dla
typowej sieci składającej się z 32 węzłów sieciowych (sterowniki, mikrokontrolery, interfejsy HMI itp.), z których każdy transmituje pakiet
4 kilobitów danych, a więc w sumie jednocześnie 128 kilobitów, zajmuje to niecałe 60 mikrosekund. Wszystkie węzły połączone są włóknami
światłowodowymi tworzącymi zamkniętą pętlę,
znacznie rzadziej w topologii gwiazdy. W jednej sieci może być połączonych w ten sposób
do 120 węzłów. Rozkład warstw stosu protokołu
CC-Link IE przedstawiono na rysunku 2.
Profinet:
czynniki sprzyjające osiągom
O ile niejednokrotnie o doborze odpowiedniego
sprzętu sieciowego decydują czynniki środowiskowe, o tyle w kwestii osiągów i parametrów
technicznych samej sieci komunikacyjnej często decydują pewne kwestie i priorytety związane z osiągami danej technologii wymiany danych. Popularny w automatyce przemysłowej
protokół Profinet bazuje na czterech czynnikach technologicznych: TCP/IP, czasie rzeczywistym, rezerwacji pasma i szeregowaniu zadań. Są one obecnie nieodłącznym elementem
specyfikacji technicznej protokołu Profinet we
Budowa ramki Ethernetowej
Przebieg transmisji: od lewej do prawej, bity szeregowo
zasięg kontroli poprawności ramki
PRE
7
SFT
1
DA
6
SA
typ i długość danej
6
2
Dane
Dane
FCS
46-1500
PRE – preambuła, SFD – początek ramki, DA – adres docelowy, SA – adres nadawcy,
FCS – kontrola poprawności ramki (bity kontrolne).
Informacje bitowe w ramce standardu Ethernet przekazywane są według
zaprezentowanego schematu. Źródło: Control Engineering, ODVA
26
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
4
wszystkich jego odmianach. Stanowią
o jego wysokiej wydajności, szybkości
i osiągach parametrycznych. Protokół
TCP/IP stosowany jest w konfiguracji i diagnostyce komunikacji. W celu
eliminacji opóźnień i zachwiań transmisji danych, charakterystycznych dla
protokołów TCP/IP i UDP/IP, zdecydowano się na całkowite pominięcie
w protokole Profinet warstw 3. i 4.
Skupiono uwagę na funkcjonalnościach warstw 1., 2. i 7. Dzięki temu
uzyskano czasy reakcji układów We/
Wy na poziomie poniżej pojedynczych
milisekund. Jeżeli czasy takie okazują
się niewystarczające dla poprawnego działania aplikacji (np. precyzyjne sterowanie napędami), stosuje się
wówczas dodatkowo wspomniane już
rezerwowanie pasma transmisyjnego
oraz szeregowanie zadań.
EtherNet/IP:
bez modyfikacji
Międzynarodowa organizacja użytkowników standardów sieci przemysłowych
ODVA zaproponowała podejście do zastosowań standardu Ethernet w przemyśle wprost, bez jego większych modyfikacji. Istniejący na rynku standard
EtherNet/IP to klasyczny przykład
adaptacji protokołu CIP (Common Industrial Protocol) do technologii TCP/
IP w połączeniu ze standardem IEEE
802.3 i klasyczną infrastrukturą sieciową Ethernetu.
– Elastyczność w tworzeniu klasycznych sieci Ethernet pozwala użytkownikowi końcowemu na wykorzystanie pełni możliwości funkcjonalnych
współczesnych sieci Ethernet i Internet, na przykład zastosowania komunikacji z urządzeniami sieciowymi poprzez
strony WWW – mówi Katherine Voss,
dyrektor wykonawczy przy organizacji ODVA. – Dzięki całkowitemu oparciu
systemu komunikacji na rozwiązaniach
Ethernetowych użytkownik otrzymuje
system sieciowy otwarty na wszelkie nowinki technologiczne, tworzone zarówno w świecie zastosowań komercyjnych
standardu Ethernet, jak też jego przemysłowej odmiany.
W opinii Katherine Voss przy budowaniu urządzeń sieciowych dla takiego
systemu nie jest konieczny ani specjalistyczny sprzęt, ani oprogramowanie.
Dzięki temu w ramach modułów sprzętowych mogą dobrze współistnieć również inne protokoły komunikacyjne, jak
chociażby Modbus TCP. Wszelkie próby tworzenia firmowych, niestandardowych systemów sieciowych wymagają specjalizowanego sprzętu i/lub
oprogramowania do ich poprawnego
funkcjonowania i możliwości ewentualnej współpracy z modułami innych
standardowych systemów sieciowych.
Standard EtherNet/IP pozwala na integrację sieci sterowania z klasycznymi sieciami Ethernet, stosowanymi powszechnie w zakładowych systemach
MES czy: ERP, kontroli jakości, diagnostyki, analiz itp.
– W ten sposób oszczędza pieniądze
użytkownika i pozwala mu na swobodne, pełne korzystanie z dobrodziejstw rozwiązań sieciowych – konkluduje przedstawicielka ODVA.
Zarówno dla użytkowników końcowych, jak też projektantów budujących urządzenia sieciowe, organizacja
ODVA udostępnia wyniki badań i testów, które wskazują, jakie typy klasycznych sieci Ethernet mogą być stosowane w warunkach przemysłowych
tak, aby tworzona w oparciu o nie sieć
działała niezawodnie i funkcjonalnie.
Mark T. Hoske
Artykuł pod redakcją dra inż. Andrzeja
Ożadowicza z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie
FOCUS
Polski rynek napędów
Napędy na rozpędzie
Największą popularnością cieszą się napędy o mocach od 1 do 5 kW, a przy ich
wyborze użytkownicy sugerują się trwałością i niezawodnością urządzenia oraz
jego ceną – wynika z ankiety przeprowadzonej przez Control Engineering Polska.
Najczęściej stosowanymi silnikami są asynchroniczne. Widocznym trendem w tym
segmencie rynku jest ciągły rozwój serwonapędów.
mgr inż. Izabela Żylińska
W
iększość użytkowników napędów elektrycznych informuje,
że w 2009 roku planuje kupno lub
rozbudowę układów napędowych.
Zdaniem blisko połowy producentów i dystrybutorów w tym roku możemy spodziewać się wzrostu
sprzedaży w tym segmencie rynku w porównaniu
z rokiem ubiegłym. Wszyscy dostawcy, którzy są
tego zdania, sądzą, że wzrost będzie dwucyfrowy.
Podobna liczba ankietowanych sądzi, że w najbliższych miesiącach będziemy mieli do czynienia
ze stagnacją, zaś około 6% producentów i dystrybutorów prognozuje spadek sprzedaży.
Dostawcy starają się zwiększyć zainteresowanie swoimi produktami między innymi poprzez
Wykres 1. Typy silników stosowane
w aplikacjach napędowych
87%
Asynchroniczne
59%
29%
44%
Synchroniczne
29%
25%
Bezszczotkowe
Inne
Dostawcy
47%
Krokowe
Liniowe
Użytkownicy
35%
15%
6%
4%
12%
Źródło: Control Engineering Polska, maj 2009
28
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
wprowadzanie innowacji technologicznych.
W ostatnich kilkunastu miesiącach podwyższona została funkcjonalność niektórych napędów,
na przykład poprzez zwiększenie liczby We/Wy.
Dodatkowo w części przypadków rozbudowano oprogramowanie konfigurujące w kierunku
specjalizacji aplikacyjnych. Nowością są również silniki o dużej mocy o zmniejszonych gabarytach.
Coraz więcej silników ma możliwość pracy
w sieci (CAN, Ethernet EtherCAT). Na uwagę zasługuje także zwiększenie elastyczności w zastosowaniach połączeń sieciowych. Piotr Augustynek, starszy specjalista ds. automatyki z Wobitu
dodaje, że nastąpiło zintegrowanie napędów ze
sterownikami. Według niego postawiono również
na modularność rozwiązań (przekładnie, sterowniki, enkodery, hamulce, akcesoria). Podobne
zdanie ma Tomasz Haliniak, szef zespołu handlowego z Eldara. Podkreśla on, że w ostatnich
miesiącach wprowadził możliwość zamówienia
silnika z różnymi rozdzielczościami enkoderów.
Do oferty Eldara trafiły również silniki krokowe
pracujące w otwartej pętli z możliwością zapisania w pamięci sterownika tabeli pozycji.
– W przypadku urządzeń z enkoderem poszerzono zakres dostępnych momentów trzymających
do 12 nm – mówi Tomasz Haliniak. – Dodatkowo
falowniki Sinus PENTA wyposażono w interfejs
Profibus. Poszerzony również został zakres mocy
3-fazowych falowników SinusM do 22 kW.
Z kolei firma Sew-Eurodrive postawiła na rozwiązania energooszczędne dla systemów transportu wewnętrznego (Movigear) oraz bezstykowy
system przesyłu energii elektrycznej (Moyitrans).
W zasadzie niemal każdy liczący się dostawca
systematycznie rozwija ofertę napędów elektrycznych. To powinno dobrze wpłynąć na popyt.
POLSKI RYNEK NAPĘDÓW
Pozytywny kierunek rozwoju
Ankietowani przez Control Engineering Polska
dostawcy określili również, w jakim kierunku
zmierzają technologie w segmencie napędów.
Z uzyskanych przez nas opinii wynika, że w najbliższych latach użytkownicy mogą spodziewać się zwiększenia roli silników synchronicznych. Wyparte mają być elementy mechaniczne
do zmiany ruchu obrotowego na liniowy. Piotr
Augustynek z Wobitu twierdzi, że technologie
w segmencie napędów zmierzają głównie w kierunku serwonapędów i silników bezszczotkowych, zintegrowanych ze sterownikami umożliwiającymi współpracę w sieciach. Według
rozmówcy Control Engineering Polska bardzo
ważna jest modularność dostarczanych napędów
i duże możliwości oferowanych interfejsów.
Rozpatrując trendy w segmencie napędów dostawcy mówią także o perspektywie obniżania
kosztów produkcji i wdrażania.
– W przemyśle widoczna jest tendencja polegająca na ciągłym poszukiwaniu oszczędności
– podkreśla Tomasz Haliniak z Eldaru. – Coraz
chętniej stosowane są napędy z możliwością sterowania w sieci, które ograniczają koszty instalacji.
Kolejnym dobrym przykładem redukcji kosztów
są silniki krokowe z zabudowanym enkoderem.
Dzięki wyrafinowanym algorytmom sterowania
w wielu aplikacjach mogą z powodzeniem zastąpić stosowane do tej pory serwonapędy – popularne na rynku napędy eziserwo (ezi-servo).
Wykres 2. Typy aplikacji, w których stosowane są
napędy elektryczne
66%
Przeniesienie napędu
76%
Dostawcy
62%
Taśmociągi
71%
60%
Wentylacja
47%
36%
Windy, podnośniki itp.
47%
36%
Transport (wózki, transportery)
Walcowanie
Użytkownicy
41%
10%
Odpylanie
Inne
18%
38%
18%
25%
59%
Źródło: Control Engineering Polska, maj 2009
Z kolei Romuald Lis, kierownik branży z Bosch
Rexroth nie spodziewa się w najbliższych latach istotnych nowinek w segmencie napędów.
Uważa, że producenci skoncentrują się raczej
na obniżaniu kosztów produkcji. To pozwoli im
na zmniejszenie cen oferowanych urządzeń.
Spada znaczenie marki
Tomasz Kochanowski, Product Manager, ASTOR
Przemienniki częstotliwości jako urządzenia płynnej regulacji silników elektrycznych stały się
nieodzownym elementem instalacji przemysłowych. Powszechne stosowanie przemienników
częstotliwości spowodowane jest ich coraz niższą ceną, dużymi możliwościami sterowania oraz ciągłym
rozwojem urządzeń, podyktowanym olbrzymią konkurencją na tym rynku.
Podstawowe parametry falowników różnych producentów są do siebie zbliżone. Pomimo tego każdy
dostawca stara się podkreślić wyjątkowość swojej oferty. Uważam, że w obecnej sytuacji rynkowej wielu
klientów będzie mocniej niż uprzednio zwracać uwagę na elementy wpływające na koszty wdrożenia i
użytkowania, czyli na cenę urządzenia, wsparcie techniczne ze strony dostawcy, prostotę konfiguracji
z poziomu komputera lub panelu LCD, sprawność i niezawodność urządzenia czy funkcje oszczędzania energii. Duże znaczenie
będzie też miało dopasowanie funkcjonalne rozwiązania do danego typu aplikacji, na przykład specjalizowane serie do sterowania
pompami czy obsługi wind. Mniej istotne dla nich z kolei stanie się sama marka producenta czy liczba zaawansowanych, często
niewykorzystywanych funkcji.
Oczywiście pozostanie też grupa wymagających odbiorców, która oczekiwać będzie implementowania nowych algorytmów
sterowania, większych dokładności regulacji, obsługi coraz to nowszych protokołów komunikacyjnych, jak Ethercat czy Profinet. Dzięki
nim i dużej konkurencyjności tego rynku niewątpliwie będziemy mogli obserwować dalszy rozwój produktów.
www.controlengpolska.com
●
CONTROL ENGINEERING POLSKA LIPIEC 2009
●
29
POLSKI RYNEK NAPĘDÓW
Wykres 3. Napędy o mocach cieszących się
największym popytem
75%
1 kW – 5 kW
71%
Dostawcy
28%
100 kW – 500 kW
53%
53%
500 W – 1 kW
53%
58%
5 kW – 10 kW
35%
53%
10 kW – 100 kW
24%
16%
20 W – 100 W
18%
10%
0,5 W – 20 W
100 W – 500 W
Użytkownicy
nież duży nacisk na miniaturyzację napędów.
Ostatnio, według Tobiasza Witora, asystenta zarządu Lenze, coraz większego znaczenia nabiera
funkcjonalność napędów oraz tak zwany rightsizing, czyli dobór napędów według konkretnych
potrzeb użytkownika.
18%
25%
0%
Źródło: Control Engineering Polska, maj 2009
– Kryzys spowodował, że brakuje środków na rozwój nowych technologii na potrzeby produkcji seryjnej – mówi przedstawiciel Bosch Rexroth.
Odmienne zdanie w tej kwestii ma Szymon
Makowski, kierownik zespołu automatyków Automationstechnik. Twierdzi on, że potrzeba stałej kontroli i jakości procesu wymaga stosowania
nowoczesnych i precyzyjnych narzędzi, jakimi
są serwonapędy. Klienci jego firmy coraz częściej są skłonni do inwestowania w nowe urządzenia w zamian za podniesienie niezawodności
i komfortu pracy. Do niedawna kładziono rów-
Najczęściej stosowane
Z uzyskanych przez nas danych wynika,
że w aplikacjach napędowych najczęściej stosuje
się silniki asynchroniczne. To norma co najmniej
od trzech lat, a więc od czasu, kiedy prowadzimy badania tego segmentu rynku. W tym roku
urządzenia te cieszą się popularnością u prawie
90% użytkowników. Potwierdza to około 60%
dostawców. Zaraz po silnikach asynchronicznych użytkownicy wskazali na silniki krokowe
i synchroniczne. Z kolei około jedna czwarta
czytelników oddała głos na urządzenia bezszczotkowe, a 15% na liniowe. Według dostawców
największym zainteresowaniem, zaraz po asynchronicznych, cieszą się – odpowiednio – silniki bezszczotkowe, synchroniczne i krokowe.
W tej grupie tylko 6% ankietowanych wskazało
na urządzenia liniowe (wykres 1.).
Z ankiety Control Engineering Polska wynika, że silniki są najchętniej wykorzystywane
do przenoszeniu napędu, a także w taśmociągach i na potrzeby wentylacji. Ponad jedna trzecia użytkowników stosuje te urządzenia w systemach związanych z odpylaniem, transportem
oraz windami i podnośnikami. W ocenie dostawców sytuacja wygląda trochę inaczej. Ponad 40% z nich wskazało, że dostarczone napędy znalazły zastosowanie w aplikacjach
dotyczących wind, podnośników oraz w transporcie, a prawie 20%, że w walcowaniu i odpylaniu (wykres 2.).
Silniki wielozadaniowe
Rafał Graczyk, product manager, Astat
Głównymi odbiorcami silników prądu stałego na rynku polskim są producenci automatyki
precyzyjnej oraz robotyki. Silniki szczotkowe i bezszczotkowe Portescap znajdują zastosowanie
od prostych aplikacji, jak napędy modelarskie, a skończywszy na wyspecjalizowanych
napędach w przemysłach: tekstylnym i malarskim. W ostatnim czasie obserwujemy także
wzrost sprzedaży w takich segmentach rynku, jak: narzędzia medyczne, optyka, monitoring,
zabezpieczenia i szeroko pojęty rynek produkujący urządzenia na użytek wojska i lotnictwa.
Najnowszy napęd Portescap – 35GLT2R82 – znalazł ostatnio zastosowanie jako napęd robota
wyspecjalizowanego w inspekcji trudno dostępnych miejsc.
30
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
Szybkie, kompaktowe i precyzyjne
– napędy elektryczne Festo
Nowa generacja liniowych napędów elektrycznych EGC z prowadnicą toczną oferuje
wysoką prędkość i dynamikę oraz dużą wytrzymałość i żywotność. Napędy EGC
mogą współpracować ze wszystkimi rodzajami silników, są elementem mechatronicznego, modułowego systemu manipulacyjnego Festo.
Napędy EGC ze śrubą pociągową
lub paskiem zębatym charakteryzują się dużą siłą osiową i wysoką
prędkością działania, co czyni
z nich idealne narzędzie do stosowania w manipulatorach oraz
urządzeniach kontrolnych i montażowych.
Zastosowane w konstrukcji napędu szerokie i sztywne profile aluminiowe umożliwiają
przenoszenie dużych obciążeń. Dzięki zastosowaniu szerokiego profilu prowadnica
liniowa napędu EGC jest bliżej obciążenia, przez co zmniejsza się ramię działania
obciążenia, a to umożliwia zwiększenie dopuszczalnych sił i momentów. To z kolei
umożliwia konstruktorowi dobór napędu o mniejszych rozmiarach do tych samych
obciążeń, co prowadzi do oszczędności miejsca i kosztów.
W przypadku napędu z paskiem zębatym silnik może być zamontowany po obu stronach i na obu końcach napędu. Użytkownik może w każdej chwili zmienić położenie
silnika, ponieważ nie jest ono predefiniowane.
Małe średnice zębatki napędu oznaczają, że zazwyczaj nie jest konieczne stosowanie przekładni, co prowadzi do dalszej redukcji kosztów. Dzięki takim parametrom
napędy EGC znajdują zastosowanie w zadaniach wymagających dużej mocy oraz
efektywności kosztowej, jak na przykład w przemyśle elektronicznym, spożywczym
oraz wszystkich gałęziach przemysłu opakowalniczego.
Oprogramowanie „PositioningDrives” (dostępne do pobrania ze strony www.festo.pl,
zakładka Serwis&Support/Pobieranie Plików/Software) służy do doboru napędów elektrycznych. Program wyznacza charakterystykę obciążeń dla danego napędu, podaje
szczegółowe wyniki takie jak trajektorię ruchu, parametry systemu oraz tworzy listę
części, na podstawie której użytkownik może łatwo wygenerować zamówienia oraz
dokumentację techniczną.
Napęd EGC-TB z paskiem zębatym:
dowolne położenie silnika
Parametry techniczne: napęd elektryczny EGC-BS/TB
Wielkości: 50/70/80/120/185
Napęd: śruba pociągowa / pasek zębaty
Prowadnica: toczna z zamkniętym obiegiem kulek
Skok maks.: 3000 mm / 10 000 mm
Prędkość maks.: 2m/s / 5m/s
Dokładność pozycjonowania: ±0,02 mm / ±0,1 mm
Maks. siła osiowa Fx: 3000 N
Maks. momenty obciążenia: Mx 580 Nm, My 1,820 Nm, Mz 1,820 Nm
Opcje: prowadnica bez napędu, wydłuzony wózek, dodatkowy wózek,
zabezpieczona prowadnica, centralne smarowanie
POLSKI RYNEK NAPĘDÓW
Wykres 4. Czy stosowane napędy
mają regulację prędkości obrotowej?
(wg użytkowników)
Wykres 5. Odsetek napędów
spośród wszystkich stosowanych
w zakładzie (wg użytkowników)
4%
0-20%
Nie
Tak
Wyposażone w falownik
18%
14%
41-60%
23%
21%
61-80%
81-100%
Z regulacją prędkości
24%
21-40%
96%
25%
24%
21%
11%
9%
Źródło: Control Engineering Polska, maj 2009
Nie mam zdania
Pojęciem istotnym z punktu widzenia napędów elektrycznych jest ich moc. Ankietowani
dostawcy informują, że największym popytem
cieszą się napędy o mocach od 1 do 5 kW. Urządzenia te są bardzo chętnie stosowane w zakładach, podobnie jak silniki o mocach w przedziale od 5 do 100 kW oraz od 500 W do 1 kW.
Użytkownicy najrzadziej wykorzystują napędy
elektryczne o mocy ponad 500 kW. Dostawcy
twierdzą natomiast, że silniki powyżej 100 kW
w ogóle nie są brane pod uwagę w trakcie podejmowania decyzji zakupowych przez ich klientów (wykres 3.).
5%
6%
Źródło: Control Engineering Polska, maj 2009
Regulacja prędkości wskazana
Prawie wszyscy użytkownicy potwierdzili, że stosowane w ich zakładach napędy mają regulowaną prędkość obrotową (wykres 4.). Różnice występują natomiast pod względem odsetka tego
typu silników w stosunku do całkowitej liczby
używanych napędów. Tylko 11% respondentów
posiada regulację prędkości obrotowej w ponad
80% napędów, a jedna czwarta ankietowanych
w mniej niż 20% (wykres 5.).
Kariera sceniczna
Przemysław Macias, kierownik produktu, Sels
Przeznaczenie falowników (przetwornice, przemienniki częstotliwości) kupowanych przez naszych
klientów uwarunkowane jest przede wszystkim branżą, jaką nasi klienci reprezentują. Najczęściej
wykorzystywane są w sektorze klimatyzacyjno – wentylacyjnym do sterowania pracą wentylatorów.
Do równie częstych zastosowań należy także sterowanie np.: pompami, napędami do bram,
przenośnikami taśmowymi. Do tego celu przeznaczone są falowniki typu ODE-2 oraz ODV (VTC).
Stosowanie napędów trójfazowych sterowanych falownikiem umożliwia ekonomiczną pracę urządzeń
i optymalną kontrolę nad przebiegiem procesów dzięki temu, że odpowiednio dostosowana lub
regulowana prędkość obrotowa w efektywniejszy sposób wykorzystuje energię.
Falowniki z naszej oferty stosowane są również w przemyśle dźwigowym, np. do sterowania pracą suwnic, dźwigów, gdzie wymagany
jest duży moment siły. Oczywiście, firma otwarta jest na wszystkie branże i trafiają nam się tzw. rodzynki. Przykładem jest sterowanie
pracą podnoszenia i opadania kurtyn w teatrach. Niektórzy klienci mają szczególne wymagania dotyczące stopnia ochrony IP
falowników. Standardowy stopień ochrony falownika to IP20. Wychodząc naprzeciw oczekiwaniom klientów, firma SELS wraz ze spółką
Invertek wprowadziły do swojej oferty falowniki o stopniu ochrony IP55, a ostatnio także IP66 / NEMA4X. Nasi klienci często stosują te
urządzenia w przemyśle spożywczym, a także wszędzie tam, gdzie warunki środowiskowe są bardzo wymagające oraz w miejscach,
gdzie nie ma możliwości umieszczenia tych urządzeń w szafach.
32
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
POLSKI RYNEK NAPĘDÓW
Wykres 6. Do sterowania prędkością
silników synchronicznych użytkownicy
stosują najczęściej:
Falownik innego producenta
70%
Dedykowany falownik tego samego producenta
zakupiony w zestawie z silnikiem
48%
regulację
Prosty generator częstotliwości,
gdyż wymagana jest jedynie stała prędkość
inne
Wykres 7. Odsetek napędów
z falownikami w sprzedaży ogółem
(wg dostawców)
14%
5%
0-20%
47%
81-100%
29%
21-40%
61-80%
18%
6%
12%
Źródło: Control Engineering Polska, maj 2009
Źródło: Control Engineering Polska, maj 2009
Warto podkreślić, że polscy inżynierowie nie
przywiązują się do jednego producenta sprzętu.
Z naszych danych wynika, że mniej niż co drugi ankietowany stosuje falowniki dedykowane kupione od jednego dostawcy w zestawie z silnikiem.
W większości przypadków do sterowania prędkością silników synchronicznych wykorzystywane są
falowniki innego producenta. Najmniej osób używa prostego generatora częstotliwości, w przypadku którego wymagana jest jedynie stała prędkość silnika, bez potrzeby regulacji (wykres 6.).
Napędy wyposażone w falowniki stanowią
mniej niż 20% ogólnej sprzedaży tych urządzeń
u największej liczby dostawców. Taki sam odsetek napędów ma u siebie w zakładzie również
najliczniejsza grupa użytkowników (wykres 7.).
Do zmiany prędkości obrotowej można stosować również przekładnie. Napędy z przekładniami używane są w 90% zakładów.
Z ankiety przeprowadzonej przez Control Engineering Polska wśród użytkowników wynika
również, że niecałe trzy czwarte z nich używa
napędów z układami bezpiecznego rozruchu,
tzw. softstartów. Dodatkowo 70% czytelników
stosuje w swoich aplikacjach serwonapędy. Takie rozwiązania w przypadku połowy zakładów
stanowią mniej niż 20% wszystkich posiadanych
napędów (wykres 8.).
Jeśli chodzi o dostawców, to większość z nich
ma tego typu urządzenia w ofercie. Ich sprzedaż
stanowi mniej niż 40% ogólnej sprzedaży napędów elektrycznych (wykres 9.).
Napędy z zintegrowanym PLC
Marek Sudolski, dyrektor biura automatyki, Apator Control
Dla nas stosowanie napędów z zintegrowanymi sterownikami PLC nie stanowi
już tematu teoretycznych analiz, lecz stało się faktem. Oczywiście poszczególni
klienci mają indywidualne podejście do projektowania swoich urządzeń.
Jednak użytkownicy, którzy już stosują wewnętrzne sterowniki PLC, jako zalety
tego typu rozwiązań podają najczęściej: redukcję okablowania, zmniejszenie
gabarytów całego rozwiązania, wzrost elastyczności zastosowania napędu,
redukcję kosztów oraz wzrost niezawodności działania całego układu
sterowania. Jednocześnie koszty wdrożenia tych rozwiązań są niewielkie, gdyż
sterowniki te pracują w oparciu o ten sam język programowania, co inne standardowe sterowniki PLC.
Oferowane rozwiązania z zintegrowanymi sterownikami PLC można podzielić na dwa rodzaje: sterowniki
ogólnego stosowania do sterowania sekwencyjno-czasowego i sterowniki PLC czasu rzeczywistego, które
znajdują zastosowanie w bardziej zaawansowanych aplikacjach. W drugim przypadku rejestry pozycji
wału silnika są jednocześnie rejestrami sterownika PLC. Synchronizacja czasowa i szybkość ich działania
pozwala na realizowanie aplikacji typu: ucinacze, rozbudowane układy nawijakowe, sterownie opierające się
na profilach CAM itp. Rozwiązanie to pozwala na budowę maszyn, które mają większą wydajność i precyzję
działania.
34
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
Na dobre i na złe
Dostawcy i użytkownicy są zgodni, że wybór napędu elektrycznego najczęściej zależy od trwałości i niezawodności
urządzenia oraz jego ceny. Na kolejnej pozycji znalazło
się wsparcie techniczne ze strony dostawców i producentów. Z naszych danych wynika, że poziom tego typu usług
Wykres 8. Odsetek serwonapędów
wśród ogółu napędów stosowanych
w zakładzie (wg użytkowników)
0-20%
50%
21-40%
81-100%
17%
8%
61-80%
6%
41-60%
5%
nie mam zdania
15%
Źródło: Control Engineering Polska, maj 2009
Wykres 9. Udział serwonapędów w ogólnej
sprzedaży napędów elektrycznych
0-20%
24%
21-40%
24%
41-60%
12%
61-80%
12%
nie mam zdania
29%
Źródło: Control Engineering Polska, maj 2009
Wykres 10. Ocena poziomu wsparcia
technicznego ze strony dostawców
silników elektrycznych, układów
napędowych i serwonapędów
(wg użytkowników)
Dobrze
47%
Średnio
Słabo
Bardzo dobrze
Bardzo słabo
38%
8%
5%
3%
Źródło: Control Engineering Polska, maj 2009
POLSKI RYNEK NAPĘDÓW
na polskim rynku jest stosunkowo dobrze oceniany przez użytkowników. Najwięcej, bo około
50% z nich, odpowiedziało, że dobrze, zaś kolejnych 37% określiło poziom usługi jako średni.
Jedynie 10% pytanych wskazało na odpowiedź:
słabo lub bardzo słabo (wykres 10.).
Wsparcie techniczne to często wykorzystywana usługa: w kwestiach związanych z doborem
napędów aż 41% klientów bardzo często prosi
o pomoc dostawców. Podczas uruchomiania napędów częstego wsparcia technicznego potrzebuje prawie 60% użytkowników. Potrzeba fachowej porady producenta lub dystrybutora jest
znacznie mniejsza po uruchomieniu napędu.
Na tym etapie ponad 80% użytkowników zwraca się do dostawcy tylko w wyjątkowych przypadkach (wykres 12.).
Wykres 11. Najważniejsze parametry techniczne
napędów elektrycznych (wg użytkowników)
88%
Niezawodność / trwałość
81%
Użytkownicy
88%
Niezawodność / trwałość
81%
82%
Cena zakupu
70%
Przyjazne oprogramowanie
Większość proponowanych produktów ma gotowe aplikacje o dużej możliwości parametryzacji.
Ich obsługa jest przyjazna oraz intuicyjna, przez
co nie sprawia większych kłopotów. Łukasz Mik,
doradca techniczno-handlowy z Multiprojekta
twierdzi, że użytkownicy najbardziej doceniają
prostotę obsługi. Także uniwersalność oprogramowania ma dla nich niemałe znaczenie. Dzięki
temu za pomocą jednej aplikacji mogą konfigurować napędy, jak też np. kontrolery ruchu. Dla
ułatwienia pracy oprogramowanie dostarczane
przez producentów dzielone jest niekiedy na kilka kategorii. Przykładem jest software Lenze,
który oferuje wersje proste, jak np. Motion View
czy GDC Easy, jak również skomplikowane, np.
Engineering.
76%
Wsparcie techniczne
ze strony dostawcy/producenta
44%
mgr inż. Izabela Żylińska
41%
Stabilność prędkości obrotowej
22%
35%
Prostota obsługi
29%
29%
Możliwość regulacji prędkości obrotowej
w dużym zakresie
Wykres 12. Jak często klienci proszą
o pomoc w kwestiach związanych
z napędami?
39%
Bardzo często
18%
Jakość oprogramowania do konfiguracji
lub sterowania sprzętem
Szybkość i charakter reakcji napędu
na zmianę momentu obciążenia
Dostawcy
Niespełna 40% dostawców stwierdziło,
że przy zakupie istotna jest także prostota obsługi napędu oraz stabilność prędkości obrotowej (wskazało tak odpowiednio: 29% i 22% użytkowników). Dodatkowo mniej niż jedna trzecia
z nich twierdzi, że użytkownicy zwracają uwagę na możliwość regulacji prędkości obrotowej
w dużym zakresie oraz jakość oprogramowania
do konfiguracji lub sterowania sprzętem. Praktycznie nieistotna jest możliwość autokalibracji
parametrów, a także oddziaływanie na sieć zasilania (wykres 11.).
28%
W czasie eksploatacji
27%
Przy uruchamianiu napędu
16%
27%
Przy doborze napędów
12%
12%
Często
13%
59%
53%
Koszty eksploatacji
12%
82%
31%
Kilka razy
Możliwość autokalibracji parametrów
29%
6%
6%
14%
6%
Oddziaływanie na sieć zasilania
(kwestia jakości energii elektrycznej)
Nigdy
6%
0%
17%
Źródło: Control Engineering Polska, maj 2009
36
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
0%
●
www.controlengpolska.com
Źródło: Control Engineering Polska, maj 2009
PREZENTACJE PRODUKTÓW
Za pomoc w opracowaniu raportu szczególnie
dziękujemy firmom: Apator Control,
ARA Pneumatik, Astat, Automationstechnik,
Bosch Rexroth, Danpol, Eldar Festo, HF Inverter,
Introl, Lenze Polska, MPL Technology, Multiprojekt,
OEM Automatic, Sels, Sew-Eurodrive Polska,
Wobit. Dziękujemy również wszystkim czytelnikom
Control Engineering Polska, którzy wzięli udział
w ankiecie.
MotiFlex e100 – Nowy modułowy
serwonapęd firmy Baldor z protokołem
ETHERNET Powerlink
MotiFlex™ e100 jest najnowszym
trzyfazowym napędem firmy Baldor o budowie modułowej z obsługą protokołu ETHERNET Powerlink. Urządzenie obsługuje wiele
typów silników. Dla przykładu sterowanie silnikami: liniowymi, obrotowymi, indukcyjnymi w pętli
otwartej i zamkniętej wymaga tylko odpowiedniej konfiguracji programowej.
MotiFlex obsługuje praktycznie wszystkie spotykane
w przemyśle typy sprzężeń zwrotnych.
Napęd ten przystosowany jest do współdzielenia szyny
prądu stałego pomiędzy wieloma jednostkami. Pozwala
to znacznie zredukować koszty systemu oraz skrócić czas
instalacji. Dodatkowo rozwiązanie to pozwala na wykorzystanie energii generowanej przez silniki podczas hamowania do zasilania innych jednostek napędowych, jak również
zredukować lub nawet wyeliminować rezystory hamujące.
MotiFlex™ e100 posiada standardowo wbudowany protokół czasu rzeczywistego ETHERNET Powerlink zapewniający dużą wydajność, integrację z siecią oraz łatwą wymianę danych pomiędzy urządzeniami.
Motiflex można parametryzować i konfigurować przy
pomocy darmowego oprogramowania Mint WorkBench,
które wyposażone jest m.in. w funkcję pełnego auto-tuningu napędu.
Do każdego z napędów można podłączyć dwie karty
rozszerzeń, które udostępniają dodatkowe wejścia i wyjścia cyfrowe i analogowe lub bramy sieciowe obsługujące
m.in. DeviceNet, Profibus DP czy Modbus RTU/TCP. Rozwiązaniem dopełniającym możliwości MotiFlex™ e100
jest możliwość zainstalowania karty kontrolera ruchu sterującą do 4 osi za pośrednictwem EPL.
Dostępne są jednostki o prądzie od 1,5A do 33,5A
z możliwością wyboru rodzaju przeciążenia w zależności
od aplikacji w jakiej będą pracować.
Więcej informacji na stronie www.baldormotion.com
POLSKI RYNEK NAPĘDÓW – PREZENTACJE PRODUKTÓW
Silnik DR
– kompaktowy, wydajny, ekonomiczny
Nowa seria silników
trójfazowych DR firmy SEW-EURODRIVE
obejmuje wszystkie pasma sprawności, włącznie z silnikami energooszczędnymi
jako
logiczna konsekwencja
światowego
rozwoju
polityki ochrony środowiska. Nowością w konstrukcji modułowej są trzy różne
wielkości hamulców do każdej wielkości silnika oraz zoptymalizowane pod względem kosztów, zintegrowane w silniku
enkodery wbudowane. Wszystkie opcje i wersje silników nowej serii DR są dostępne we wszystkich stopniach sprawności, obsługują wszelkie światowe standardy i spełniają już dziś
wchodzącą dopiero w życie w Polsce normy międzynarodowe
IEC. Dla projektantów i użytkowników niosą one cały szereg
istotnych zalet.
Silniki DR w wersjach DRS, DRE i DRP przynależą do klas
IE1, IE2 i IE3.
Klasy współczynnika sprawności: DRS Standard (EFF2 /
IE1) zastępuje wersję DT/DV • DRE High Efficiency (EFF1
/ IE2) zastępuje wersję DTE/DVE • DRP Premium Efficiency
/ IE3 – Nowy. • Wszystkie wielkości od 71…225 + oddzielnie
wielkość 315. Moce 0,37...200 kW.
www.sew-eurodrive.pl
MOVIDRIVE B – nowoczesny falownik
MOVIDRIVE B firmy
Sew-Eurodrive to zaawansowane
technologicznie
urządzenie
elektroniczne,
które
umożliwia
realizację
wszechstronnego, dopasowanego do wymogów
każdej aplikacji sterowania ruchem zadania.
Zastosowanie falownika: sterowanie silnikami
asynchronicznymi
klatkowymi, asynchronicznymi serwo, synchronicznymi serwo, silnikami liniowymi, elektrocylindrami EMS.
Urządzenie dostępne jest w wersji standardowej i technologicznej (bogatsze oprogramowanie systemowe). Obie wersje dysponują sterowaniem programowym i położeniowym
IPOSplus. Do falowników dostarczane jest bezpłatne oprogramowanie MOVITOOLS MotionStudio, pozwalające na szybką
i łatwą parametryzację oraz archiwizację plików.
38
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
Falowniki MOVIDRIVE B mają: szeroki wachlarz elementów funkcjonalnych, rozszerzony w dolnym zakresie mocy,
większy stopień przeciążalności oraz modułową konstrukcję.
Posiada szeroki zakres mocy dla zasilania 3 x 400 V od 0,55
do 160 kW oraz dla zasilania 3 x 230 V od 1,5 do 37 kW .
www.sew-eurodrive.pl
Serwomotory synchroniczne CMP
Precyzja, dynamika i siła
w szczególnie zwartej
konstrukcji – to cechy
nowych wydajnych serwomotorów CMP firmy
Sew-Eurodrive.
Długość silników została
zoptymalizowana w taki
sposób, aby można było
montować je w ograniczonych przestrzeniach.
Nowe wysoko dynamiczne serwomotory CMP uzupełniają
spektrum serwomotorów SEW-EURODRIVE w dolnym zakresie momentu obrotowego: w ofercie znajdują się serwomotory
o momencie statycznym od 7,1 Nm do 0,5 Nm w 3 wielkościach i łącznie w 8 zakresach prędkości silnika. Dzięki zastosowaniu najnowocześniejszego uzwojenia i magnesów trwałych serwomotory CMP charakteryzują się niskim momentem
bezwładności, pomimo ich wysokich osiągów. W rezultacie
uzyskujemy silniki o najwyższym stopniu dynamiki.
Zalety: Najwyższy stopień dynamiki • Zwarta, mocna konstrukcja • Silniki o niskim momencie bezwładności • Wysoka przeciążalność silników, do 4,5 x moment statyczny • Wysoka współosiowość • Cicha praca przy dużych prędkościach
obrotowych, między 55 a 75 dBA • Możliwość bezpośredniego
montażu serwoprzekładni planetarnych i stożkowych.
www.sew-eurodrive.pl
MOVIAXIS – wieloosiowe serwonapędy
Grupa produktów MOVIAXIS firmy Sew-Eurodrive stanowi perfekcyjną ofertę, składającą się, oprócz modułów osi i modułów
master, z: modułów zasilania, modułów dodatkowych, kart opcjonalnych i kart rozszerzeń
oraz szerokiej gamy akcesoriów.
Przegląd zalet:
• Standardowo zaimplementowana opcja technologiczna oferuje wiele możliwości rozwiązań
już w zestawieniu ze
standardowym sterownikiem PLC • Funkcjonal-
www.controlengpolska.com
POLSKI RYNEK NAPĘDÓW – PREZENTACJE PRODUKTÓW
ność kontroli ruchu daje się stopniowo rozbudowywać i może
„rosnąć“ wraz z maszyną (technologia wewnątrzurządzeniowa,
karty MOVI-PLC basic, MOVI-PLC advanced) • Bardzo dobre
wyposażenie – Ethernet TCP/IP, USB, pamięć danych, dane parametrów osi Auto-Re-load po wymianie, Twin-CAN, ... • Optymalne tworzenie modułów wraz z pozostałymi elementami systemu napędowego Sew-Eurodrive. • Pozwala na oszczędność
czasu przy realizacji zadań kontroli ruchu dzięki zintegrowanym funkcjom. • Daje się łatwo i szybko uruchamiać poprzez
graficzne i łatwe w obsłudze dla użytkownika pulpity obsługi.
• Zastępuje dodatkowe falowniki poprzez pracę wielosilnikową. • Oferuje maksymalną dynamikę oraz jakość regulacji. •
Wymaga mało przestrzeni konstrukcyjnej – przy przelotowym,
prostym chłodzeniu konwekcyjnym oraz wysokiej przeciążalności (250 % mocy znamionowej) .
www.sew-eurodrive.pl
Mały, intuicyjny, niezawodny Altivar 12
Altivar 12 jest następcą modelu Altivar 11,
który, dzięki wieloletniej wiedzy eksperckiej
Schneider Electric, zdobył uznanie wśród
użytkowników maszyn. Model ATV12
przewyższa swojego poprzednika na wielu
płaszczyznach technologii – zaawansowane
sterowanie, otwartość komunikacyjna, jakość i niezawodność.
Przemiennik częstotliwości Altivar 12 został zaprojektowany do kontroli 3-fazowych
silników asynchronicznych w przedziale jednofazowego napięcia sterowania 240 V AC do 2,2 kW. Cztery
filary określające technologię ATV12 – intuicyjność, niezawodność, wysoka jakość oraz małe rozmiary – były wyznacznikiem
dla nowego napędu Schneider Electric, który kreuje nowe
trendy dla aplikacji segmentu średniozaawansowanych aplikacji maszyn. Nowinki, jakie zostały wprowadzone na „pokład” Altivar 12, to przede wszystkim: Modbus RTU z sygnalizacją stanu pracy, który daje nieograniczone możliwości
komunikacyjne do monitorowania chociażby systemów BMS
spotykanych w aplikacjach HVAC, bezczujnikowy system
sterowania strumieniem wektora pola, charakterystyka U/f
w standardzie (z charakterystyką KN2 charakterystyczną
dla sterowania pomp i wentylatorów), zwiększona przeciążalność momentem do 170% przez 60 sekund.
Patrząc pod kątem zakłóceń, jakie wnosi sieć, ATV12 został wyposażony w standardzie w filtr EMC, zgodny z kategorią C1 kompatybilności elektromagnetycznej, dzięki któremu funkcjonalność oraz zmniejszenie kosztów instalacji
zdecydowanie działa na korzyść użytkownika, dając ekonomiczną podstawę spełnienia wymagań na znak CE. Maksymalna częstotliwość wyjściowa pracy została podniesiona
w stosunku do ATV11 i jest równa 400 Hz.
www.schneider-electric.pl
Rozrusznik silnikowy ATS 01
Altistart 01 jest łagodnym rozrusznikiem
działającym zarówno jako ogranicznik
momentu przy rozruchu lub jako urządzenie łagodnego rozruchu / łagodnego
zatrzymania dla silników asynchronicznych. Użycie rozrusznika Altistart 01
poprawia wykonanie rozruchu silnika
asynchronicznego przez umożliwienie,
w kontrolowany sposób, stopniowego
i łagodnego rozruchu silnika. Zastosowanie go może również
zapobiec udarom mechanicznym, które prowadzą do przedwczesnego zużycia, pracy służb utrzymania i przerw produkcji.
Altistart 01 ogranicza moment rozruchowy i impulsy prądu
przy uruchamianiu maszyn, które nie wymagają wysokich momentów rozruchowych.
Rozruszniki ATS01 są przeznaczone do następujących prostych zastosowań: przenośniki, taśmociągi, pompy, wentylatory, sprężarki, bramy automatyczne.
Oferta łagodnych rozruszników Altistart 01 obejmuje 3 gamy
produktów: • Urządzenia łagodnego rozruchu / łagodnego zatrzymania ATS 01N1xxx z zakresem mocy znamionowych silnika od 0,37 kW do 5,5 kW. • Urządzenia łagodnego rozruchu
/ łagodnego zatrzymania ATS 01N2xxx z zakres mocy znamionowych silnika od 0,75 kW do 75 kW. • Urządzenia łagodnego
rozruchu / łagodnego zatrzymania ATSU 01N2xxx są przeznaczone przede wszystkim do połączenia z kontrolerem – rozrusznikiem Tesys U z zakresem mocy znamionowych silnika
od 0,75 kW do 15 kW.
Altistart 01 jest kompaktowy, łatwy w instalacji, może być
montowany pionowo jeden obok drugiego, jest zgodny z normami IEC/EN 60947-4-2, certyfikatami UL i CSA i ma znak CE.
www.schneider-electric.pl
POLSKI RYNEK NAPĘDÓW
Napęd elektryczny – podstawowe informacje
Silnik + ? = napęd elektryczny
W dzisiejszych czasach trudno jest rozdzielić silnik elektryczny od układu, który nim
steruje. Bardzo często w skład całego systemu napędowego, oprócz silnika i układu
sterowania, wchodzą przekształtniki energii i przekładnie mechaniczne. Maszyna
robocza napędzana jest więc najczęściej nie bezpośrednio przez „goły” silnik
elektryczny zasilany wprost z sieci elektrycznej, ale z wykorzystaniem wszystkich
elementów składających się na napęd elektryczny: silnika elektrycznego, układu
sterowania, przekształtnika energii i przekładni mechanicznej.
Krzysztof Jaroszewski
N
ależy pamiętać, że to silnik jest głównym ogniwem układu napędowego.
Właśnie on odpowiada za zamianę
energii elektrycznej na mechaniczną, najczęściej ruchu obrotowego, ewentualnie
postępowego. Wziąwszy jednak pod uwagę oczekiwania odbiorców układów napędowych związane z regulacją prędkości obrotowej czy momentem obrotowym, nawet duża różnorodność
Źródło: Apator Control
40
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
konstrukcji silników elektrycznych nie zapewnia
w pełni satysfakcjonującej realizacji oczekiwań.
Wychodząc naprzeciw tym wymaganiom,
większość firm proponuje odbiorcom kompleksowe rozwiązania napędowe, które umożliwiają
dostarczanie energii mechanicznej do maszyny
roboczej o zadanym stopniu regulacji parametrów mocy. Proces dostosowywania owych parametrów może być w pewnym stopniu realizowany przez zastosowanie tylko i wyłącznie
przekładni mechanicznych.
Jednak bazowanie na takim tylko rozwiązaniu nie jest optymalne ze względów ekonomicznych. Nie pozwala także wykorzystać wszystkich
możliwości silnika elektrycznego. Nowoczesne
urządzenia tego typu, wraz z dedykowanymi im
układami sterowania i przekształtnikami energii elektrycznej, dają duże możliwości kształtowania parametrów energii mechanicznej dostarczanej przez układ napędowy do maszyny
roboczej. Dopiero jednak jednoczesne zastosowanie elektrycznych, jak też mechanicznych
układów w celu dopasowania pożądanych parametrów energii mechanicznej opuszczającej
układ napędowy, wydaje się być rozwiązaniem,
które pozwala na najpełniejszą realizację oczekiwań klientów.
W przemyśle stosuje się różne rozwiązania
konstrukcyjne silników. Niemiej jednak główna zasada działania silników elektrycznych pozostaje identyczna – powstanie siły obracającej
(przesuwającej) związane jest z przenikaniem
się i wzajemnym oddziaływaniem na siebie
zmiennych pól elektrycznych wytwarzanych
przez obwody elektromagnetyczne (magnetycz-
POLSKI RYNEK NAPĘDÓW
ne). Również ogólna konstrukcja każdego silnika elektrycznego jest w pewnym stopniu bardzo
podobna. Urządzenia te składają się z dwóch
podstawowych elementów – stojana (statora)
i wirnika (rotora). Biorąc pod uwagę charakter
energii elektrycznej dostarczanej do układu zasilania silnika, stosowane w układach napędowych silniki można najogólniej podzielić na silniki elektryczne zasilane prądem stałym oraz
zasilane prądem przemiennym.
Silniki prądu stałego
W silnikach prądu stałego wyróżnia się bieguny
magnetyczne, wykonane w postaci uzwojeń stanowiących elektromagnesy bądź jako magnesy
trwałe. Takie bieguny zawsze wykonuje się parami. Zakładając dowolność rozwiązania od strony stojana i przyjmując wariant, że na wirniku
umieszczone jest uzwojenie, to jego zasilanie
musi być realizowane za pomocą urządzenia
nazywanego komutatorem. Jak sama nazwa
wskazuje, komutator służy do komutacji, czyli synchronicznego (z obrotem wału silnika)
przełączania kierunku przepływu prądu przez
uzwojenia wirnika znajdujące się na tym wale.
Klasyczny komutator to wytrzymałe na wysokie temperatury urządzenie mechaniczne, zbudowane z dielektrycznego walca nałożonego
na wirnik. Na walcu tym, poprzecznie do osi
wirnika, umieszczone są sekcje (wykonane najczęściej z miedzi, izolowane między sobą za pomocą polimerowych przekładek), do których
odpowiednio przyłączone są uzwojenia wirnika.
Po sekcjach ślizgają się, mocno dociśnięte za pomocą sprężyn, szczotki wykonane z grafitu.
Pozwalają one dostarczyć do uzwojeń wirnika
energię w sposób, który zapewnia stały kierunek powstającej w nim siły elektrodynamicznej.
Przy takiej konstrukcji i sposobie zasilania pojawiają się problemy z powstającym na komutatorze iskrzeniem i głośną pracą silnika.
W silnikach o odwróconej konstrukcji, tj. w sytuacji, kiedy magnesy trwałe stanowią podstawę
konstrukcji wirnika, a zasilane jest nieruchome
uzwojenie na stojanie, stosować można komutację elektroniczną. Rozwiązanie to bazuje na zasilaniu poprzez specjalne układy tranzystorowe
sterowane przy wykorzystaniu bezstykowych
czujników położenia wirnika – optoelektroniczne, magnetoelektryczne, indukcyjne itp.
Z uwagi na sposób połączenia uzwojeń wirnika i stojana można wyróżnić silniki samowzbudne i obcowzbudne. Pierwsze związane są
Źródło: Apator Control
Silniki synchroniczne cechuje maksymalna
wartość obciążenia. Praca powyżej takiej
wartości może doprowadzić do wypadnięcia
silnika z synchronizmu, co ostatecznie oznacza
jego zatrzymanie. Typową wadą konstrukcji
synchronicznej jest brak rozruchowego momentu
obrotowego.
jedynie z silnikami, które nie mają magnesów
trwałych. Natomiast drugie mogą występować
w silnikach prądu stałego zarówno z magnesami trwałymi, jak bez nich. W silnikach obcowzbudnych uzwojenie statora oraz rotora zasilane jest z osobnych źródeł. Natomiast w silnikach
samowzbudnych do zasilania obu uzwojeń wykorzystuje się to samo źródło.
Biorąc pod uwagę sposób połączenia uzwojeń
silników samowzbudnych, można wyróżnić następujące ich rodzaje: szeregowe, bocznikowe
i szeregowo-bocznikowe. W silniku szeregowym
uzwojenia stojana i wirnika połączone są w szereg, w silniku bocznikowym (równoległym) –
równolegle, a szeregowo-bocznikowym w sposób
mieszany. Ze sposobem połączeń uzwojeń związane są specyficzne właściwości każdego z typów
silnika. Silniki szeregowe w przypadku braku obciążenia charakteryzują się możliwością rozbiewww.controlengpolska.com
●
CONTROL ENGINEERING POLSKA LIPIEC 2009
●
41
POLSKI RYNEK NAPĘDÓW
gania (zwiększania do nieskończoności swojej
prędkości obrotowej). Cecha taka jest ich istotną wadą. Za zaletę uznaje się natomiast możliwy
do osiągnięcia duży moment obrotowy. Właśnie
dlatego silniki szeregowe znajdują zastosowanie
w napędach pojazdów elektrycznych transportu
miejskiego lub dźwigach. Kolejny typ silników –
bocznikowe, cechuje względna stałość prędkości
obrotowej przy występujących zmianach obciążenia. Stosowane są do napędzania pomp, dmuchaw czy kompresorów. Silnik szeregowo-bocznikowy łączy w sobie zalety silnika szeregowego
z dużym momentem i bocznikowego (brak zjawiska rozbiegania się przy braku obciążenia).
Silniki szeregowe w przypadku braku obciążenia
charakteryzują się możliwością rozbiegania
– zwiększania do nieskończoności swojej
prędkości obrotowej. Cecha taka jest ich istotną
wadą. Za zaletę uznaje się natomiast możliwy
do osiągnięcia duży moment obrotowy.
Silniki obcowzbudne stosowane są szczególnie
tam, gdzie wymagana jest konieczność uzyskiwania regulacji prędkości w szerokim zakresie.
Wadą tego rodzaju silnika, podobnie jak i bocznikowego, jest możliwość ich rozbiegania się pod
wpływem zaniku napięcia w uzwojeniu wzbudzenia. W specyficznych układach, np. w napędach przeciwbieżnych torped, stosowane są silniki prądu stałego z wirującym stojanem, w którym
to silniku obracają się zarówno wał, jak i stojan,
przy czym jest to obrót w przeciwnym kierunku.
Silniki prądu przemiennego
Silniki prądu przemiennego w niewielkim stopniu różnią się między sobą budową, co wpływa
na ich właściwości. W związku z tym wyróżnia się
następujące rodzaje silników prądu przemiennego: silniki asynchroniczne, silniki synchroniczne
i silniki komutatorowe. Silniki komutatorowe,
podobnie jak silniki prądu stałego wyposażone są
w wirnik z komutatorem, który służy do doprowadzenia do uzwojeń wirnika prądu przemiennego. W tym przypadku wyróżnić można silniki
szeregowe oraz równoległe. Osobną grupę stanowią silniki uniwersalne, które charakteryzują się
możliwością pracy przy zasilaniu zarówno prądem stałym, jak i przemiennym.
42
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
Najbardziej rozpowszechnione w przemyśle
są silniki asynchroniczne, zwane także indukcyjnymi. Określenie indukcyjne związane jest
z zachodzącym w tych silnikach zjawiskiem.
Najprostszą konstrukcyjnie odmianą silnika asynchronicznego jest silnik klatkowy, który ma uzwojenie wirnika wykonane w postaci
zwartych prętów bądź odlewu. W tak zwartym
uzwojeniu, pod wpływem generowanego przez
przepływ prądu przemiennego, w stojanie pola
magnetycznego indukują się prądy wirowe.
Wzajemne oddziaływanie pól magnetycznych,
wytwarzanych przez prądy płynące w uzwojeniu stojana i prądy wirowe płynące w klatce wirnika, powoduje wytworzenie się siły wprawiającej wirnik w ruch. Silniki takie wykonywane
są najczęściej jako 3-fazowe, ale również jako
2-fazowe lub 1-fazowe (w tym wypadku z dodatkowym uzwojeniem rozruchowym). Silniki
asynchroniczne mogą być także wykonywane
jako pierścieniowe. W takiej konstrukcji zaciski uzwojenia wirnika wyprowadzane są na zewnątrz za pomocą specjalnych pierścieni ślizgowych i połączonych z nimi szczotek. Umożliwia
to regulację prędkości obrotowej oraz momentu
obrotowego poprzez dołączanie dodatkowej impedancji do obwodu wirnika. Taki sposób rozruchu oraz regulacji parametrów ruchu i hamowania wiąże się jednak z dużymi stratami
energii zamienianej na energię cieplną w dołączanym rezystorze. W trakcie pracy z prędkością znamionową uzwojenie jest bezpośrednio
zwierane. Cechą charakterystyczną wszystkich
silników asynchronicznych jest prędkość obrotowa o wartości niższej (o wartość tzw. poślizgu)
od prędkości wirowania pola elektromagnetycznego wytwarzanego w uzwojeniu stojana.
Silniki prądu przemiennego, w których możliwe jest osiąganie prędkości znamionowej
o wartości równej prędkości wirowania pola
elektromagnetycznego, nazywane są silnikami
synchronicznymi. W silnikach tych uzwojenie
na wirniku nie jest zwarte lub dołączone do rezystancji, lecz poprzez układ szczotek i pierścieni ślizgowych zasilane z osobnego źródła prądu stałego lub przemiennego. Liczba biegunów
wirnika jest zgodna z liczbą biegunów wirującego pola magnetycznego wytwarzanego przez
stojan. Bieguny wirnika silnika synchronicznego mogą być wykonane jako jawne lub też utajone. Przy takim zasilaniu powstający w silniku
moment obrotowy jest wynikiem wzajemnego oddziaływania na siebie pól magnetycznych
POLSKI RYNEK NAPĘDÓW
wytwarzanych w stojanie i wirniku. Tak wykonane silniki stosowane są bezpośrednio do napędu urządzeń o stałej, lecz dużej prędkości obrotowej, np. sprężarek. Silniki synchroniczne
cechuje maksymalna wartość obciążenia. Praca powyżej takiej wartości może doprowadzić
do wypadnięcia silnika z synchronizmu, co ostatecznie oznacza jego zatrzymanie. Typową wadą
konstrukcji synchronicznej jest brak rozruchowego momentu obrotowego. W celu uruchomienia takiego silnika stosować można albo maszynę pomocniczą (silnik o innej konstrukcji), albo
modyfikację zasilania polegającą na zwieraniu
(zamiast zasilaniu) uzwojeń wirnika na czas
rozruchu. Kolejnym sposobem jest dodatkowe
uzwojenie klatkowe zainstalowane w wirniku.
Wszystkie te metody opierają się na doprowadzeniu silnika do prędkości podsynchronicznej, a następnie przełączenia się na tryb pracy
uzwojeń wirnika zgodny z zasadą działania silnika synchronicznego.
Nowoczesne układy napędowe bazujące
na silnikach synchronicznych wyposażane są
w falowniki (przemienniki częstotliwości), które pozwalają na dokonanie rozruchu silnika bez
konieczności ingerowania w zasilanie uzwojeń
wirnika. Falowniki stanowią alternatywę rozruchu silnika synchronicznego z magnesami trwałymi w wirniku. Zaletą tego typu konstrukcji jest
idealnie sztywna charakterystyka mechaniczna. W praktyce oznacza to stałą prędkość obrotową, niezależnie od wartości momentu obciążenia. Oczywiście w dopuszczalnych granicach
wartości znamionowych.
nie i utrzymanie wału silnika w zadanej pozycji.
Zasilanie poprzez komutator realizowane jest
jako odpowiedni układ napięć utrzymywany
do chwili pojawienia się kolejnego impulsu.
Prędkość części ruchomej takiego silnika proporcjonalna jest do częstotliwości impulsów zasilających, a przebyta droga do ich ilości.
Chcąc nie tylko kształtować wartości parametrów
ruchu silnika w czasie rozpędzania i hamowania,
ale także wpływać na bieżącą wartość prędkości
i momentu przy zmieniającym się momencie
obciążenia, można zastosować zasilanie silnika
poprzez urządzenie nazywane falownikiem bądź
przetwornicą lub przemiennikiem częstotliwości.
Odmianą silnika krokowego jest silnik liniowy. Do jego zasilania wykorzystuje się analogiczną ideę, jak w przypadku silnika skokowego.
Różnica polega na tym, że generowany przez
niego ruch ma charakter postępowy, a nie obrotowy. Taka sytuacja wynika ze zmiany wzajemnego usytuowania uzwojeń (nazywanych w tym
przypadku induktorem i bieżnikiem), które rozmieszczono w linii prostej. Induktor, jak i bież-
Silniki krokowe i liniowe
Odpowiednie zaprojektowanie i wykonanie silnika elektrycznego, w połączeniu ze stosownym
układem sterowania, umożliwia jego pracę
w sposób skokowy (obrót wału silnika następuje o ściśle ustalony kąt). Sterownie
silnika skokowego (zwanego również
impulsowym bądź krokowym) realizowane jest jako ciąg impulsów, które pozwalają
na przemieszcza-
Źródło: Apator Control
www.controlengpolska.com
●
CONTROL ENGINEERING POLSKA LIPIEC 2009
●
43
POLSKI RYNEK NAPĘDÓW
Przed silnikiem
Jak wiadomo, silnik może być zasilany wprost z sieci sztywnej o odpowiednich parametrach (stałe
napięcie, częstotliwość). Jednak
taki sposób jest bardzo często niekorzystny ze względu na możliwości
uzyskania łagodnego startu silnika, szybkiego
wyhamowania silnika, jak i płynnej regulacji
jego prędkości obrotowej. Niejednokrotnie zachodzi także konieczność zagwarantowania
odpowiedniej wielkości momentu obrotowego,
czego częstokroć przy takim sposobie zasilania
zapewnić się po prostu nie da.
Również rozwiązania elektromechaniczne,
z uwagi na małą efektywność, dużą zawodność
oraz niedogodność stosowania, przechodzą
powoli do lamusa. Największe znaczenie ma
to w przypadku powszechnie i na szeroką skalę stosowanych w przemyśle silników asynchronicznych (szczególnie klatkowych) prądu przemiennego. Charakteryzują się one znacznym
momentem rozruchowym przy dużej warto44
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
ści prądu rozruchowego. Zjawisku temu należy
oczywiście przeciwdziałać. W celu zapewnienia
pożądanych parametrów rozruchu i hamowania
silników stosuje się układy nazywane softstartami. Softstarty są to urządzenia elektroniczne
(najczęściej bazujące na technice tranzystorowej
lub tyrystorowej), które regulują napięcie silnika i w ten sposób zapewniają spokojne przejście
od zatrzymania do pełnej prędkości wału silnika
oraz jego zatrzymanie. Może to być realizowane
na kilka sposobów. W tym celu stosowana jest
zasada sterowania kątem fazowym. W zaawansowanych softstartach znajdują się przekładniki
prądowe, które mierzą prąd silnika wykorzystywany jako sygnał sprzężenia zwrotnego dla sterowania prądem rozruchowym, a także w licznych funkcjach zabezpieczenia silnika. Pewna
grupa aplikacji może wymagać nieliniowego
przyspieszania. Dlatego szybkość narastania napięcia, zapewniona przez
układ softstart, jest zależna od aktualnej wartości prądu.
Zatrzymanie silnika z wykorzystaniem tych układów w sytuacji,
kiedy konieczne staje się zatrzymanie z dużą dynamiką, wykonywane może być przez hamowanie stałoprądowe DC (Direct
Current). Również w przypadku aplikacji wymagających chwilowego, zwiększonego momentu
rozruchowego (tzw. „kick-start”),
a następnie łagodnego rozpędzania, stosowane mogą być systemy softstart. Zastosowanie układów typu softstart daje możliwość zredukowania prądów
rozruchowych oraz udarów mechanicznych
układów napędowych (wału silnika, skrzyń biegów oraz pasów przenoszących napęd). Dzięki temu znacznie wydłużona zostaje żywotność
urządzeń mechanicznych. Pojedyncze urządzenie typu softstart może służyć do jednoczesnego równoległego sterowania kilkoma silnikami.
W takim przypadku należy pamiętać o odpowiednim dobraniu parametrów współpracujących urządzeń. Nie można jednak na potrzeby
jednego silnika stosować kilku urządzeń typu
softstart ani zasilać za jego pomocą urządzeń
o charakterze pojemnościowym.
Z uwagi na duży odsetek zastosowań silników prądu przemiennego (przeszło 50%
mocy zainstalowanej w przemyśle przypada na tego rodzaju silniki) do realizacji ukłaŹródło: Apator Control
nik, mogą stanowić część ruchomą silnika. Brak
styku pomiędzy obiema częściami ruchomymi
silnika sprawia, że urządzenie to pracuje bardzo cicho. Poza tym można łatwo łączyć je w zespół o większej mocy.
Silniki krokowe, jak i liniowe wykorzystywane są do napędzania urządzeń pozycjonujących
w przetwornikach położenia. Ważną ich zaletą
jest możliwość współpracy z cyfrowymi układami zasilającymi. Taki prosty sposób zasilania
ułatwia także sterowanie prędkością, zmiany
kierunku ruchu oraz dużą niezawodność przy
prawie stałym momencie w szerokim zakresie
prędkości.
W zależności od konkretnego rozwiązania
konstrukcyjnego wśród silników krokowych wyróżnić można silniki z magnesami trwałymi,
o zmiennej reluktancji, hybrydowe oraz o poprzecznym strumieniu magnetycznym (transverse-flux motor). Te ostatnie to jedne z najnowszych konstrukcji. Są stosowane przede
wszystkim w napędach szybkich pojazdów poruszających się na poduszce magnetycznej. Podstawową
zaletą układu pracy takiego silnika jest brak sprzężenia zwrotnego
przy uzyskiwanej wysokiej precyzji
działania, choć może wystąpić zjawisko gubienia kroków.
POLSKI RYNEK NAPĘDÓW
dów napędowych poszukuje się coraz skuteczniejszych metod sterowania. Chcąc nie tylko
kształtować wartości parametrów ruchu silnika w czasie rozpędzania i hamowania, ale
także wpływać na bieżącą wartość prędkości
i momentu przy zmieniającym się momencie
obciążenia, można zastosować zasilanie silnika poprzez urządzenie nazywane falownikiem
bądź przetwornicą lub przemiennikiem częstotliwości. Dodatkową zaletą stosowania falowników jest to, że zabezpieczają silnik przed
przeciążeniem i zwarciem, a także pozwalają
zaoszczędzić energię. Oferują przy tym możliwość bieżącego dopasowania mocy pobieranej
do obciążenia. Sterowanie prędkością obrotową odbywa się przy zastosowaniu falownika.
Polega ono na zmianie częstotliwości napięcia
zasilającego silnik oraz wartości skutecznych
tego napięcia i prądu.
Kształtowanie sygnału napięciowego służącego do zasilania silnika jest w falowniku dokonywane za pomocą dwóch stopni mocy. Stopień pierwszy (zbudowany jako układ diodowy
– niesterowalny lub tyrystorowy – sterowany)
odpowiedzialny jest za wyprostowanie napięcia sieciowego. W stopniu drugim (zbudowanym jako układ tranzystorowy z mostkiem przełączającym) uprzednio wyprostowane napięcie
jest zamieniane na zmienne o wymaganych parametrach (częstotliwość, wartość skuteczna),
odpowiednich z uwagi na pożądane właściwości ruchowe silnika. Pomiędzy stopniami mocy
znajduje się stopień pośredni (złożony z kondensatora – źródła energii i czasami dławika).
Za pomocą falownika możliwe jest pożądane
kształtowanie zarówno prędkości obrotowej,
jak też momentu uzyskiwanego przez silnik.
W celu uzyskania równie elastycznego sterowania silników prądu przemiennego z magnesami trwałymi w wirniku (serwosilnik) stosuje się
serwonapędy. W silniku takim występuje wbudowany układ pomiarowy w postaci enkodera.
Właściwie nie różnią się one od falowników stosowanych dla silników klatkowych, w których
steruje się wektorem pola. W tym wypadku nie
jest potrzebny regulator prądu magnesującego.
W celu uzyskiwania odpowiedniego położenia
kątowego silnika używa się sterowanego impulsatora kodowanego. Serwosystemy stosowane
są w sytuacjach, gdy wymagana jest duża dynamika ruchu, praca przy małych prędkościach,
bardzo duże dokładności regulacyjne i pozycjonowanie.
Źródło: Apator Control
Za silnikiem
Nawet wykorzystanie odpowiednich układów
zasilania silnika nie zawsze jest w stanie zapewnić pożądane, z punktu widzenia maszyny
roboczej, parametry ruchu. W takiej sytuacji
konieczne jest użycie układów pędnych. Stanowią one ostatni element układu napędowego. Są
to różnorakie rozwiązania mechaniczne pozwalające na odpowiednie dopasowanie parametrów energii ruchu. Do rozwiązań tych zalicza
się: sprzęgła, przekładnie zębate, przekładnie
pasowe i przekładnie planetarne.
Podsumowując: silniki elektryczne wykazują
dobre dopasowanie charakterystyki elektryczno-mechanicznej do napędzanych maszyn, niezawodność, prostotę konstrukcji, niskie koszty
eksploatacji oraz wysoką sprawność przetwarzania energii. Biorąc pod uwagę łatwą regulację prędkości obrotowej, związaną z szybkim
rozwojem elektroniki i energoelektroniki, stanowią podstawowe źródło w napędach wielu
maszyn i urządzeń. Stosowane do regulacji parametrów pracy silników falowniki lub prostowniki sterowane, jak też same silniki, powodują
znaczny wzrost odkształceń napięcia w sieci,
co związane jest z koniecznością kompensacji
mocy biernej.
Krzysztof Jaroszewski jest asystentem w Zakładzie Automatyki Instytutu Automatyki Przemysłowej Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego.
www.controlengpolska.com
●
CONTROL ENGINEERING POLSKA LIPIEC 2009
●
45
W PRAKTYCE
Linux i EPICS w procesach sterowania przyspieszaczem
Szybkie otwarcie
Wielki Zderzacz Hadronów to najbardziej na świecie znany przyspieszacz cząstek,
ale nie jedyny. Podobnymi konstrukcjami dysponuje między innymi Japonia.
Niedawno, w najbardziej zaawansowanym japońskim przyspieszaczu, zastosowano
sterowniki PLC bazujące na systemie Linux oraz oprogramowanie o otwartym
źródle EPICS. Obie technologie działają w układzie sterowania magnetycznego
oraz maskującego wiązki w dwupierścieniowym, elektronowo-pozytronowym
akceleratorze zderzeniowym.
Shin Kai
W
ieczór 7 października 2008 roku
wyróżnił się spośród innych tym,
że to właśnie wtedy Królewska
Szwedzka Akademia Nauk ogłosiła nazwiska zwycięzców Nagrody Nobla w kategorii: fizyka. Prestiżowy tytuł otrzymali: Makoto Kobayashi, profesor honorowy japońskiej
organizacji badań nad akceleratorami o wysokiej energii (Japan’s High Energy Accelerator
Research Organization – KEK) oraz Toshihide
Maskawa, profesor honorowy Uniwersytetu
w Kioto. Nagrodę Nobla przyznano im za odkrycie pochodzenia złamanej symetrii, znanej jako
naruszenie symetrii C i symetrii P (CP violation),
która przewiduje występowanie w naturze naj-
mniej trzech rodzin kwarków. Zwycięstwo obu
naukowców świętowali wszyscy badacze oraz
inżynierowie organizacji KEK, która ma olbrzymie zaplecze badawcze 60 kilometrów na północny wschód od Tokio.
Cieszyli się, bo to właśnie KEK odegrała decydującą rolę w weryfikowaniu teorii asymetrii pomiędzy materią i antymaterią. Teoria ta
została ogłoszona przez Kobayashiego i Maskawę w 1973 roku. Potwierdzono ją więc dopiero
po ponad trzech dekadach prac.
KEK B-factory jest naładowanym przyspieszaczem cząstek z systemem pierścieniowego
akumulowania. Przeznaczony został do eksperymentalnego weryfikowania modelu naruszenia symetrii C i symetrii P. Składa się z: injektora elektronów / pozytronów (akcelerator liniowy
lub Linac), dwupierścieniowego urządzenia zderzającego z pierścieniami akumulującymi wiązkę elektronów o energii 8 GeV oraz wiązkę pozytronów o energii 3,5 GeV.
Wiązki biegną z prędkością bliską prędkości
światła w przeciwnych kierunkach przez 3-kilometrowy tunel i zderzają się pośrodku detektora Belle’a. Detektor Belle’a rejestruje proces
rozpadu niezmiernie krótko żyjących mezonów.
To właśnie eksperyment Belle’a, przeprowadzony w 2002 roku, mocno ugruntował słuszność
teorii Kobayaskiego i Maskawy.
Sterowanie akceleratorem
i EPICS
Fot. 1. Centrum sterowania i nadzoru w KEK śledzi osiągi oraz częstotliwość zderzeń
wiązki, a także odchylenie wiązki od orbity; nadzoruje współczynnik zakłóceń oraz
lokalizator pozycji wiązki.
46
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
W głównym pomieszczeniu sterowni KEK
B-factory badacze oraz inżynierowie nadzorują
położenie i rozmiar wiązki, sprawdzają działa-
W PRAKTYCE
Fot. 2. Wiązka w trakcie poruszania się po pierścieniu
akceleratora traci energię. Działo elektronowe dostarcza
wysoką energię o częstotliwości radiowej do ponownego
przyspieszenia naładowanych cząsteczek.
nie systemu sprzężenia zwrotnego oraz poziom
próżni. Zajmują się również analizą informacji
o orbicie oraz obsługują serwery, na których
instalowane są nowe programy. System sterowania uruchamia oprogramowanie aplikacyjne
nazwane eksperymentalnym fizycznym i przemysłowym systemem sterowania (Experimental
Physics and Industrial Control System – EPICS).
Oprogramowanie to, napisane wspólnie przez
Los Alamos National Laboratory (LANL) i Argonne National Laboratory (ANL), jest obecnie
używane przez wiele dużych zapleczy naukowych na świecie.
– Na początku EPICS został wdrożony do użytku w przyspieszaczu cząstek w zaawansowanych
na szeroką skalę instytutach oraz organizacjach
badawczych, a także w obserwatoriach astronomicznych na całym świecie – mówi dr Noboru
Yamamoto, który jest odpowiedzialny za działanie sterowania w KEK Accelerator Laboratory.
– Z uwagi na to, że EPICS wykorzystuje schematy
o otwartych źródłach, użytkownicy mogą współdzielić rezultaty rozwijanych części oprogramowania.
System sterowania KEK zawiera prawie 100
kontrolerów z systemami We/Wy, które bazują
na VME (IOCs). W obszarze połączeń zastoso-
wano 200 interfejsów VXI mainframes z interfejsami MXI-2. Bezpośrednio do szeregowych
arterii zapakowanych zostało 50 CAMAC, a ponadto w szkieletach VME zainstalowano dodatkowo 200 segmentów ARCnet. Zaangażowano
także wiele urządzeń IEEE-488, RS232C oraz
sterowników swobodnie programowalnych.
EPICS był początkowo skojarzony z systemem
czasu rzeczywistego VxWorks, ale coraz większa liczba systemów IOCs pracuje obecnie przy
wykorzystaniu systemów operacyjnych, takich
jak: Linux, RTEMS, μITRON, Mac OS oraz Windows XP.
Liniowy akcelerator elektronowo-pozytronowy jest w użyciu od 1982 roku. Jego system
sterowania był poprawiany w roku 1991 oraz
1993, tuż przed zaakceptowaniem projektu KEK
B-factory. Pracował na oddzielnym systemie
sterowania, obejmującym: 30 VME, 170 PLC,
15 CAMAC, 30 VXI, 24 inteligentne oscyloskopy,
wiele komputerów pracujących pod nadzorem
systemu operacyjnego Unix oraz redundantne gigabitowe sieci ethernetowe. Projekt całego
sytemu bazował na użyciu standardów, takich
jak: Unix, VME oraz TCP/IP z wykorzystaniem
optycznych sieci Ethernetowych dla wszystkich
urządzeń
Fot. 3. Odchylanie wiązki od jej orbity grozi zniszczeniem detektora Belle’a.
W celu uniknięcia takiego zagrożenia wyposażenie maski wiązki zainstalowane jest
w dwóch miejscach na każdym okręgu. Pozycją masek wiązek sterują PLC, pracujące
pod nadzorem systemu operacyjnego Linux.
www.controlengpolska.com
●
CONTROL ENGINEERING POLSKA LIPIEC 2009
●
47
W PRAKTYCE
Mniejsze zatrudnienie jest możliwe dzięki
wykorzystaniu zwykłych narzędzi skryptowych SAD
i EPICS, które pozwoliły na współdzielenie opisów
projektów.
sterujących bez żadnych specjalnych obszarów
sieciowych.
Furukawa zaznaczył, że języki skryptowe, jak:
SADscript, Pyton i Tcl, są ważną częścią obszaru programowego w KEK.
– Podczas gdy sterowniki sprzętowe są programowane w środowisku czasu rzeczywistego na systemach IOC, wiele algorytmów obsługi jest implementowanych przy użyciu języków
skryptowych – mówi dr Kazuro Furukawa, szef
KEKB Control and Linac Control Groups. –
Rys. 1. Obiegnięcie 3-kilometrowego okręgu
zajmuje cząsteczkom 10 milisekund. Obieg
kontrolowany jest przez 2 000 elektromagnesów.
System KEK B-factory testuje dwa zestawy
sterowników swobodnie programowalnych,
które pod nadzorem systemu operacyjnego Linux
sterują jednym z magnesów czteropolowych.
Badacze oraz inżynierowie polegają głównie
na językach skryptowych dla zadań szybkiego
prototypowania.
Skrypt strategicznego projektu akceleratora
(Strategic Accelerator Design – SAD) był rozwijany przez KEK, w celu obliczenia oddziaływania
wiązki akceleratora. Zawierał funkcje listy procesów programu Mathematica, które pozwalają
na szybki rozwój systemu działającego online.
Jak mówi Furukawa, SAD pozwala badaczom
testować ideę dopasowania wiązki w projekcie bazującym na modelu. KEK B-factory an48
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
gażuje ponad stu inżynierów i badaczy, podczas
gdy projekt Belle’a angażował od 200 do 300.
Mniejsze zatrudnienie jest możliwe dzięki wykorzystaniu zwykłych narzędzi skryptowych SAD
i EPICS, które pozwoliły na współdzielenie opisów projektów.
EPICS oraz sterowniki PLC
Noboru Yamamoto zwraca uwagę, że szefostwu
KEK bardzo zależało na zmniejszeniu kosztów konstrukcji KEK B-factory. Z tego względu wykorzystano wiele rodzajów dostępnego
wyposażenia typu We/Wy z Tristana, a więc
poprzedniego urządzenia zderzającego elektrony-pozytrony. Zainstalowano także płyty We/Wy
ARCnet w systemie sterowania zasilaniem.
– Z punktu widzenia poziomu aplikacji wszystkie różnice w specyfikacji fieldbusa będą wchłonięte na poziomie IOC – tłumaczy Yamamoto.
– EPICS „ukryje” wszystkie różnice, więc integracja tego oprogramowania jest dla nas najwyższym
priorytetem.
Dla niektórych systemów szynowych, takich jak GPIB i Modbus, standardowy interfejs
EPICS-a jest dostępny od innych grup użytkowników oprogramowania. KEK rozwinęło indywidualny interfejs na własne potrzeby. Do pierścienia KEK B-factory wprowadzono PLC
do sterowania systemem zasilania. Dodatkowa
instalacja została przeprowadzona, kiedy KEK
wprowadził system ochrony inżynierów przed
promieniowaniem.
– Użycie PLC zostało rozszerzone nawet do sterowania akceleratorem w obszarach, gdzie nie jest
wymagana wysoka prędkość sterowania – podkreśla Yamamoto.
Było kilka powodów, dla których KEK przyspieszył adaptację PLC w systemie kontroli:
• PLC kosztują mniej, w przeliczeniu na kanał,
niż karty VME; w ten sposób zaoszczędzono
nawet jedną trzecią kosztów;
• inżynierowie i badacze czuli, że podzielenie
prac będzie łatwiejsze z uwagi na strukturę
sprzętową i oprogramowanie PLC, w przeciwieństwie do płyt VME; instalacja i programowanie PLC było przekazane do grup wyposażenia, podczas gdy sieci oraz wyższe
połączenia EPICS przekazano pod opiekę
grupie kontroli;
• łatwiejsze okazało się testowanie programów
i systemów.
Instalacja EPICS i PLC oraz adaptacja Ethernetu w systemach sterowania przyspieszaczami
W PRAKTYCE
cząstek pozwala na redukcję kosztów oraz czasu rozwoju oprogramowania. Z drugiej strony
mamy tu do czynienia z kilkoma problemami,
jak chociażby szufladkowanie logiki pomiędzy
oprogramowaniem napisanym w języku drabinkowym i oprogramowaniem napisanym w językach wyższego poziomu.
– Inżynierowie powinni rozwijać programy logiczne w języku drabinkowym, ale sporadycznie
grupa inżynierów sterowania projektuje funkcje
logiczne w EPICS, co komplikuje obsługę systemu
sterowania – twierdzi Furukawa. – Wzrost kosztów ponoszonych na naukę programowania jest
kolejną problematyczną kwestią.
w EPICS sprawdziły się już w procesie testowania, jak też normalnej pracy.
– Od kilku miesięcy sprawdzamy pierwsze sterowniki zagnieżdżone w EPICS – mówi Furukawa. – Kontrolują one maskę wiązki w pierścieniu KEK B-factory. Następnie dodaliśmy dwa
z nich do sterowania impulsu magnesów czteropolowych. Na początku byliśmy ostrożni, ale nie
stwierdziliśmy żadnych problemów.
Furukawa dodał, że w przyszłości łączność
ethernetowa będzie przepustką do sterowania
akceleratorami w urządzeniach i komponentach.
Shin Kai
Przyszłe systemy sterowania
akceleratorów
Artykuł pod redakcją Krzysztofa Jaroszewskiego, asystenta w Zakładzie Automatyki Instytutu
Automatyki Przemysłowej Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego
Odnosząc się do protokołów sieciowych, Furukawa powiedział: „Kiedy łączymy drabinkowe
jednostki centralne przez Ethernet, mamy dwupoziomowy system komunikacji. Oprogramowanie serwera EPICS komunikuje się z protokołami PLC na niższym poziomie, zaś z protokołami
EPICS na wyższym poziomie. Jeśli moglibyśmy
zrobić sieć jednopoziomową, można by uprościć narzędzia do rozwijania i debagowania
procedur”.
– Ponieważ występuje komunikacja pomiędzy jednostkami centralnymi PLC i komputerami VME (IOC), która wspiera protokół wymiany,
wsparcie programowania urządzeń / sterowników
wydaje się być bardzo skomplikowane – dodaje
Yamamoto. – Niemniej jasne jest, że cały system
sterowania powinien być zintegrowany z EPICS.
Ostatnio producenci automatyki dostarczają PLC, które mają jednostkę centralną pracującą pod systemem operacyjnym Linux. Używając
wersji beta tego modelu, KEK oraz dwóch innych użytkowników EPICS zainicjowało wspólny projekt. Celem jest rozwój PLC, które mogłyby być obsługiwane jako EPICS IOC.
Zarówno Linux, jak też EPICS należą do oprogramowania o otwartym źródle. Sterowniki PLC
bazujące na systemie Linux mogą być połączone z konwencjonalnymi sterownikami programowanymi w języku drabinkowym. Jeśli użytkownik chciałby zaprojektować nowy system
sterowania od podstaw, z tak dzieloną funkcjonalnością procesów byłoby to możliwe. Skomplikowana logika byłaby przetwarzana przez
PLC bazujące na systemie Linux, podczas gdy
proste przetwarzanie mogłoby być przekazane w języku drabinkowym. PLC zagnieżdżone
W PRAKTYCE
Bezprzewodowo – bezpieczniej i efektywniej
Na ratunek Ethernet
Dzięki instalacji sześciu modułów radiowych Ethernet z przełączaniem częstotliwości
duży koncern motoryzacyjny uniknął kłopotliwych przestojów i oszczędza rocznie
kilkaset tysięcy USD.
Adrienne Lutovsky
W
zakładach hiszpańskiego koncernu Gestamp Automoción (dostawcy komponentów dla firm samochodowych) zlokalizowanych
w McCalla w stanie Alabama (USA), wszystko jest
ogromne. Podłoga to olbrzymie betonowe pole,
na którym umieszczono dwie, ważące po 2 000
ton prasy wielostopniowe. Sufity hal produkcyjnych są tak wysokie, że umieszczone tam lampy
oświetleniowe wydają się być przyciemnione.
W tej olbrzymiej przestrzeni praktycznie nic
nie można usłyszeć, poza wszechogarniającym
hukiem młotów pras uderzających w połacie metalu i kształtujących je w części samochodowe.
I tylko raz na jakiś czas... zalega nagła cisza.
– Słuchajcie wszyscy, zadzwońcie do swoich żon
i powiedzcie im, że tej nocy wrócicie późno – mówi
pracownikom w takich sytuacjach Mike Mullins,
kierownik utrzymania ruchu. – Trzeba powtórnie
uruchomić nasze prasy. Nieważne, jak długo będziemy pracować, musimy sprostać stawianym
nam wymaganiom. To będzie nas dużo kosztować.
I tak wyglądało to przez wiele lat. Firma dysponuje ponad 70 prasami wielostopniowymi i 100
prasami wielotaktowymi, ale to właśnie dwie
prasy wielostopniowe w zakładach w McCalla
przysporzyły największych problemów. Przynajmniej w jednej czwartej okablowanie sieciowe
dla układów sterujących tymi maszynami (wbudowanych w maszyny) ulegało uszkodzeniom.
To bardzo frustrowało załogę i powodowało dodatkowe koszty utrzymania.
Ostry kąt załamania kabla prowadzonego do bijaka
(widoczny na zdjęciu powyżej), nieuchronnie prowadził
do jego zerwania i przestojów maszyn. Wprowadzenie
komunikacji bezprzewodowej sprawdziło się w stu
procentach, pomimo obecności płyt matrycowych
o grubości około 30 cm.
Źródło: ProSoft
Bijak uderza w nie z siłą 800 do 1 400 ton, powodując
duże wibracje i w efekcie zrywanie kabli.
Źródło: ProSoft
50
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
Szacowanie strat
W 56 centrach produkcyjnych, rozmieszczonych w 17
krajach świata, koncern Gestamp Automoción wytwarza części metalowe dla większości wiodących firm samochodowych świata, w tym: Mercedes-Benz, Porsche,
Bentley i BMW oraz Ford, GM, Nissan i Suzuki. Dwie
prasy wytwarzają w ciągu godziny 1 800 części. Każde
nieprzewidziane zdarzenie powoduje co najmniej dwugodzinną przerwę w ich pracy.
– Kabel koncentryczny RG-6, którego używamy, kosztuje 180 USD za metr – mówi Mike Mullins. – Przy awariach,
które powtarzały się bardzo często, musieliśmy wymieniać
około 50 metrów kabla. Łatwo więc wyliczyć, że sama wymiana kabla kosztowała każdorazowo około 9 000 USD, bez
uwzględniania strat w produkcji związanych z przestojem.
Straty te oszacowano kiedyś na średnią kwotę 2 500
USD za godzinę przestoju pras. Pamiętać przy tym trzeba, że wymiana kabli i ponowne uruchomienie zajmuje
zwykle klika godzin. Ostatecznie średnie koszty nieprzewidzianej awarii w zakładach Gestamp Automoción oszacowano na poziomie 14 500 dolarów plus koszty 1 500
do 2 400 elementów metalowych, które w tym czasie nie
zostaną wyprodukowane.
– Warto zauważyć, że sytuacje takie zdarzały się w naszych zakładach co dwa, trzy miesiące – podkreśla Mullins.
Szukając rozwiązania wspomnianych problemów, przystąpiono najpierw do dokładnej analizy aplikacji, którą
stanowią dwie prasy. Każda ma jeden bijak, dwie matryce
i płyty matrycowe. Te ostatnie to duże, ruchome, metalowe platformy, w których zamontowane są matryce, określające kształt tłoczonych elementów. Tu matryce są wielkości niewielkiej ciężarówki typu pick-up.
Podczas procesu tłoczenia metalowe połacie kładzione
są na płytach matrycowych nad umieszczonymi w nich
matrycami kształtowymi. Bijak uderza w nie z siłą 800
do 1 400 ton, wygniatając metal pomiędzy powierzchnią
swoją i matrycy. Podczas tłoczenia na jednej płycie matrycowej druga jest załadowywana nową połacią metalową.
Kwestią problematyczną było umieszczenie na bijaku
kabla sieciowego, biegnącego w wąskim korytku. Należy
pamiętać, że bijak podlega dużym wibracjom. Kabel położony był w rowku zaginającym się pod bardzo ostrym kątem, co przy częstych wibracjach doprowadzało do jego
zerwania i opisanych wcześniej przestojów maszyn.
A może sieć bezprzewodowa?
Inżynierowie Gestamp Automoción mieli świadomość,
że w tym wypadku konieczne jest zastosowanie bardziej
niezawodnego rozwiązania, które pozwoli pokonać fizyczne przeszkody istniejące na prasie. Padło pytanie: a może
warto pomyśleć o sieci bezprzewodowej? Podstawowym
problemem pozostawała kwestia, czy system bezprzewodowy będzie wystarczająco skuteczny przy tak trudnym
W PRAKTYCE
i wymagającym środowisku pracy? Bezprzewodowe moduły We/Wy musiałyby być zamontowane w trudno dostępnych miejscach pod płytami
matrycowymi.
– Mieliśmy tu do czynienia z wyjątkową aplikacją, gdzie poruszają się duże bloki stalowe – podkreśla Mike Mullins. – Potrzebowaliśmy zatem
modułów radiowych, które będą w stanie komunikować się poprzez platformy stalowe o grubości
około 30 centymetrów.
Ponieważ znalezienie odpowiednich modułów radiowych, które mogłyby
transmitować fale przez płyty stalowe, nie było łatwe, zainstalowano sześć
modułów radiowych Ethernet z przełączaniem częstotliwości.
Sterowanie maszyn realizowane jest przez
programowalne sterowniki automatyki PAC
Rockwell Automation. Ponieważ znalezienie odpowiednich modułów radiowych, które mogłyby transmitować fale przez płyty stalowe nie
było kwestią oczywistą. Mike Mullins zwrócił
się o pomoc do przedstawicieli Rockwell Automation. Zasugerowali oni instalację sześciu
modułów radiowych Ethernet z przełączaniem
częstotliwości (model RLX-FHE) firmy ProSoft
Technology, partnera Rockwell Automation.
– Jeżeli bezpośrednia komunikacja po linii prostej jest utrudniona, sygnał odbija się od przeszkody szukając innych modułów sieciowych tak, aby
wytworzyć inną ścieżkę transmisji – mówi Kevin
Zamzow z ProSoft Technology. – Ponieważ powstaje wiele sygnałów odbitych, docierają one różnymi ścieżkami do odbiornika, który musi mieć
zdolność ich rozróżnienia.
Zadanie to ułatwiają moduły z przełączaniem
częstotliwości w wąskim paśmie, które są znacz52
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
nie bardziej odporne na interferencje sygnałowe
niż standardowe techniki komunikacji bezprzewodowej – szybsze, ale też o szerszym paśmie
transmisyjnym, jak np. standard 802.11.
Niepodważalne prawa fizyki:
czy i jak je ominąć?
Zastępując przewodowy system sterowania
wymieniono cztery moduły komunikacyjne
Flex I/O ControlNet Allen-Bradley – po jednym
na każdy bijak – na adaptery standardu EtherNet/IP i moduły radiowe ProSoft Technology.
Każdy ze sterowników PAC wyposażono w karty
ethernetowe 1756-ENBT i moduły komunikacji
radiowej. Sprawę ułatwił fakt, że EtherNet/IP
opracowano jako standard niezależny od medium transmisyjnego.
– Jedną z podstawowych zalet sieci automatyki przemysłowej opartych na standardzie Ethernet
jest bardzo szeroka oferta w zakresie korzystania
z połączeń bezprzewodowych oraz łatwość rozbudowy – zauważa Harry Forbes z Grupy Doradczej
ARC. – Sprawdza się ona doskonale w zastosowaniach przy złożonych procesach produkcyjnych.
Obawy Mike’a Mullinsa, związane z zakłócaniem transmisji radiowej przez matrycowe płyty
stalowe, nie do końca sprawdziły się. W przypadku, gdy transmisja bezpośrednio przez płytę ulega
np. zerwaniu, system sam poszukuje innej ścieżki
komunikacyjnej, przez moduły pośrednie.
Ta specyficzna aplikacja dla systemów radiowych pokazuje, że prawa fizyczne są niepodważalne, jednakże przeszkody przez nie stawiane
mogą być ominięte przy zastosowaniu odpowiednich narzędzi i technologii, tu odpowiedniego rozwiązania dla sieci bezprzewodowej.
Po dwóch latach od uruchomienia systemu
w zakładach Gestamp Automoción ich pracownicy nie ustają w pochwałach. Podkreślają, że skuteczność działania nowego systemu przerosła
ich oczekiwania. Dzięki komunikacji bezprzewodowej z przełączaniem częstotliwości udało
się wyeliminować tak częste poprzednio przestoje. Przekłada się to bezpośrednio na oszczędność 174 000 USD rocznie.
Adrienne Lutovsky
ProSoft Technology
Artykuł pod redakcją dra inż. Andrzeja Ożadowicza, adiunkta w Katedrze Automatyki Napędu
i Urządzeń Przemysłowych Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie
W PRAKTYCE
Cyfrowy system automatyki
w Zakładach Tłuszczowych Kruszwica
Sterowanie na oleju
Kiedy Zakłady Tłuszczowe Kruszwica postanowiły w pełni zautomatyzować nowy
zakład produkcji oleju rzepakowego, wybrały cyfrową architekturę PlantWeb firmy
Emerson Process Management, system sterowania DeltaV oraz inteligentne urządzenia
wykorzystujące protokół HART. W porównaniu z poprzednim zakładem znacznie
spadło zużycie mediów użytkowych, a koszty utrzymania ruchu zmalały o 50%.
Piotr Burgs
Z
akład w Kruszwicy został przejęty
od Skarbu Państwa w 2001 r. przez
firmę Cereol, francuskiego przetwórcę
olejów. Był wówczas jednym z najbardziej zautomatyzowanych zakładów przetwórczych tego typu w Polsce. Jednak spora część
urządzeń pochodziła jeszcze z lat 50-tych ubiegłego wieku. Sterowanie opierało się głównie
na ręcznych i pneumatycznych zaworach oraz
bardzo prostych i przestarzałych układach PLC.
Zgodnie z umową ze Skarbem Państwa nowy
właściciel nie podjął się modernizacji starej instalacji, ale wybudowania całkowicie nowego
zakładu, który miał stanąć naprzeciw starego,
po drugiej stronie drogi.
Aby zapewnić firmie wiodącą pozycję na rynku tłuszczów roślinnych, postanowiono, opierając się na zaawansowanej architekturze sterowania procesem, zbudować nowy, w pełni
zautomatyzowany zakład produkcyjny, efektywny i ekonomiczny w utrzymaniu. ZT Kruszwica
miały zmniejszyć koszty operacyjne i zaimplementować rozwiązania optymalizujące parametry procesowe, by ograniczyć zużycie energii
i mediów użytkowych.
ZT Kruszwica chciały, by nowa instalacja zapewniała wysoką jakość produktu zgodnie z zasadami dobrej praktyki produkcyjnej (Good Manufacturing Practice GMP). Głównym celem tej
polityki jest sterowanie i zarządzanie procesami
produkcji w sposób zapewniający wysoką jakość
i niezmienność składu produktów.
Precyzyjne sterowanie minimalizuje zmienność procesu produkcyjnego, zmniejszając ilość
produktu niezgodnego z recepturą, eliminując
problemy związane ze złą jakością oraz ograniczając ilość odpadów i produktów wymagających ponownego przetworzenia. Dodatkową korzyścią jest zmniejszenie wpływu procesu
produkcyjnego na środowisko naturalne. Polityka ochrony środowiska ZT Kruszwica zakłada jak najmniejsze zużycie wody i ograniczenie
produkcji ścieków i innych odpadów zgodnie ze
standardami europejskimi oraz redukcję emisji
zanieczyszczeń do atmosfery.
Aby spełnić te wymagania, konieczne było
zbudowanie w pełni zautomatyzowanego zakładu produkcyjnego, z architekturą wykorzystującą otwarte standardy komunikacyjne do połączenia dużej liczby urządzeń monitorujących,
sterujących, systemów i aplikacji w jedną sieć
zakładową. Takie podejście zapewnia szeroki i łatwy dostęp do wszystkich krytycznych danych dotyczących procesu. Za projekt systemu
sterowania produkcją dla całego zakładu, łącznie ze wszystkimi liniami technologicznymi, odpowiedzialny był Jacek Brauer z ZT Kruszwica,
specjalista automatyki przemysłowej i kierownik projektu.
W 2002 roku ZT Kruszwica wybrały rozwiązanie oparte na cyfrowej architekturze PlantWeb
firmy Emerson z systemem sterowania DeltaV
i protokołem HART do komunikacji z siecią inteligentnych urządzeń polowych.
Protokół HART umożliwia w czasie rzeczywistym zmianę zakresów pomiarowych i jednostek miary w urządzeniach pomiarowych. Wybór padł na komunikację cyfrową HART także
dlatego, że jest ona w pewnym sensie naturalnym następcą systemów 4-20 mA. ZT Kruszwica
chciały, by w przyszłości wszystkie modyfikacje
lub zmiany mogły być wykonywane szybko i ławww.controlengpolska.com
●
CONTROL ENGINEERING POLSKA LIPIEC 2009
●
53
W PRAKTYCE
two przez lokalnych inżynierów. Ponadto pewna liczba przetworników HART już pracowała
w starym zakładzie produkcyjnym w Kruszwicy.
Głównym powodem wyboru architektury PlantWeb było przekonanie Jacka Brauera,
że będzie ona bardziej efektywna od porównywalnych systemów opartych na sterownikach
PLC. Kiedy okazało się, że każdy procesor w zakładzie może być sterowany i konfigurowany
z każdej stacji inżynierskiej, wybór stał się oczywisty.
Jacek Brauer przystąpił do programowania systemu
po jednodniowym szkoleniu w zakresie konfiguracji
architektury PlantWeb. Język sekwencyjny systemu
DeltaV okazał się bardzo łatwy do wyrażania
potrzeb zakładu i umożliwił stworzenie własnych
narzędzi programowych do automatycznego
generowania strategii sterowania.
Jacek Brauer po dokładnym zapoznaniu się
z alternatywnymi rozwiązaniami wybrał PlantWeba, gdyż najlepiej pasował do potrzeb ZT
Kruszwica. Rozważano różne sterowniki, lecz
tylko system DeltaV spełniał wszystkie stawiane wymagania. Krytycznym warunkiem było,
żeby rozwiązanie dawało operatorom szerokie możliwości w zakresie zarządzania i prowadzenia procesów technologicznych. Istotną
zaletą była jedna baza danych i jednolite środowisko konfiguracyjne (w tym dla schematów sekwencyjnych) systemu DeltaV zgodne z normą
IEC61131-3.
System musiał być stabilny i łatwy do wdrożenia i utrzymania. Ważny był szybki rozruch,
gwarantujący wcześniejszy zwrot nakładów inwestycyjnych. ZT Kruszwica poszukiwały rozwiązania, które nie generowałoby dodatkowych
kosztów utrzymania ruchu i nie wymagałoby
zewnętrznych prac inżynierskich przy nowych
projektach lub modyfikacji już istniejących.
Nowy zakład produkcyjny w Kruszwicy, w porównaniu ze starym, zwiększył produkcję prawie dwukrotnie – z 700 do 1300 ton dziennie.
Udało się to osiągnąć głównie dzięki zainstalowaniu nowych maszyn, m.in. dużego ekstraktora. Architektura PlantWeb pomogła w dalszym
zwiększaniu produkcji. Dostęp do większej liczby danych pomiarowych umożliwił identyfika54
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
cję wąskich gardeł procesu obniżających wydajność zakładu.
System sterowania DeltaV firmy Emerson
odegrał kluczową rolę w zmniejszeniu zmienności procesu produkcyjnego. Łatwy dostęp do danych trendowych umożliwił określenie odchyleń
od wartości optymalnych. Wykorzystując te informacje, Jacek Brauer zmodyfikował i ulepszył
algorytmy sterowania wykorzystywane przez
system DeltaV i zoptymalizował proces. Dzięki
temu można było prowadzić proces bliżej maksymalnej wydajności bez pogorszenia jakości
produktu końcowego.
Na niektórych etapach procesu filtracji i wybielania wydajność wzrosła prawie o 50%, a produkcja, w porównaniu z sytuacją tuż po rozruchu, wzrosła o 10%.
Wprowadzenie w nowym zakładzie cyfrowego systemu automatyki firmy Emerson przyniosło spore oszczędności. Na przykład znacznie
spadło zużycie surowców i mediów użytkowych.
Zużycie heksanu i wybielaczy zmniejszyło się
o 25%. To efekt nieustannie modyfikowanych algorytmów systemu DeltaV. Na przykład nowy,
zamknięty system odzyskujący wodę dla procesu zmniejszył zużycie wody o 75%.
Podstawowym wymaganiem każdego zakładu przetwórstwa żywności i produkcji napojów
jest łatwy dostęp do danych historycznych. Tak,
aby móc śledzić jakość i bezpieczeństwo produktu na każdym etapie produkcji. Dane historyczne zintegrowane są z systemem jakości ZT
Kruszwica, zgodnym z normą ISO 9001:2000,
zawierającym analizę zagrożeń i punktów krytycznych (Hazard Analysis and Critical Control
Points HACCP). DeltaV zbiera wszystkie potrzebne dane w module historycznym (historian), umożliwiając śledzenie jakości produktu.
Łatwy dostęp do tych informacji usprawnia prowadzenie procesu i raportowanie, rozliczanie
itp. Elastyczne funkcje raportowania spełniają
złożone wymagania krajowych i zagranicznych
klientów, także w zakresie uzyskiwania certyfikatów analizy. Istnieje również możliwość integracji z systemami zarządzania przedsiębiorstwem ERP (Enterprise Resource Planning).
System sterowania pomaga w eliminacji błędów ludzkich, który może pogorszyć jakość produktu końcowego. System DeltaV wykorzystuje
do optymalizacji procesu zaawansowane algorytmy napisane przez Jacka Brauera, zmniejszając zużycie energii i zużycie surowców przy
W PRAKTYCE
jednoczesnym utrzymaniu wysokiej jakości produktu.
Urządzenia firmy Emerson i system sterowania DeltaV pomagają zmiejszyć zużycie energii w ZT Kruszwica. Jednym z przykładów jest
wprowadzenie nowych punktów pomiarowych
temperatury na wymienniku ciepła. Zamiast
jednego przetwornika temperatury działają teraz cztery. Większa ilość danych z dodatkowych
przetworników wykazała tylko 50% wydajność
wymiennika ciepła. Poprawki wprowadzone
do programu sterującego działaniem tej części
procesu technologicznego i zaimplementowane w systemie sterowania podniosły wydajność
wymiennika do 90%. To pozwoliło oszczędzić
1 300 GJ miesięcznie, czyli 77 000 EUR rocznie.
Jako część cyfrowego systemu automatyki inteligentne urządzenia polowe firmy Emerson są
wykorzystywane do pomiarów i monitorowania
wszystkich etapów procesu technologicznego, począwszy od tłoczenia, a na uzyskiwaniu finalnego
produktu kończąc. Urządzenia wykorzystywane
są do: ciągłych pomiarów natężenia przepływu
i gęstości oleju, kontroli chemikaliów i gazów
wykorzystywanych podczas procesów odśluzowywania, oczyszczania kaustycznego i wybielania. Monitorowaniu podlegają również temperatura i poziom oleju w zbiornikach, a ilości oleju
dostarczanego do klientów obliczane są na podstawie pomiarów przepływu rozliczeniowego.
Wyjątkowość ZT Kruszwica polega na tym,
że produkują one wyjątkowo szeroki asortyment
produktów końcowych dla odbiorców zewnętrznych. Mimo że zakłady działają w trybie pracy
ciągłej, wykorzystują również quasi system wsadowy z wieloma recepturami do produkcji różnych produktów końcowych. Produkty te wysyłane są przez specjalny system rurociągów,
połączeń i zaworów regulacyjnych do oddzielnych zbiorników. Proces ten jest w pełni zautomatyzowany dzięki architekturze PlantWeb,
która wykorzystuje ponad 100 zaworów regulacyjnych marek Baumann i Fisher oraz ponad
950 zaworów dwustanowych On/Off, wyposażonych w siłowniki Emersona El-O-Matic. Wszystkie zawory sterowane są przez system DeltaV,
zapewniając wydajne i czyste środowisko dystrybucji produktów.
System DeltaV ma 6 200 We/Wy i podłączonych jest do niego ponad 1 000 urządzeń HART,
takich jak przetworniki, zawory itp. ZT Kruszwica zamiast dotychczasowych przepływomierzy o zmiennym przekroju (rotametrów), za-
stosowały przepływomierze masowe Coriolisa
firmy Micro Motion, które mogą mierzyć przepływ zanieczyszczonego, surowego oleju. Przepływomierze Micro Motion są również wykorzystywane do pomiarów natężenia przepływu
i gęstości surowego oleju między kolejnymi etapami oczyszczania, gdyż są to urządzenia dokładne, łatwe w obsłudze, niezawodne i wyjątkowo proste w instalacji i konserwacji. Media
użytkowe są mierzone przez przepływomierze
Vortex firmy Rosemount i elektromagnetyczne
przepływomierze kołnierzowe.
Przetworniki temperatury Rosemount 3144
i przetworniki ciśnienia Rosemont 3051 są stosowane, by spełnić wymagania HACCP. Podwójne czujniki w tych urządzeniach są wykorzystywane nie do rekalibracji i uzyskania zgodności
z właściwymi normami, lecz do zweryfikowania
prawidłowego działania. System DeltaV kontroluje, czy pomiary z obu czujników nie różnią się
między sobą, bo to potwierdza poprawne działanie urządzeń.
W sumie koszty utrzymania ruchu w porównaniu ze starym zakładem zmalały o 50%. Nowe,
wysokiej jakości urządzenia kontrolno-pomiarowe i sterujące firmy Emerson znacznie przyczyniły się do obniżenia kosztów, gdyż wymagają
mniejszych nakładów prac serwisowych. Nowy
www.controlengpolska.com
●
CONTROL ENGINEERING POLSKA LIPIEC 2009
●
55
W PRAKTYCE
Konfiguracja
system sterowania wyeliminował konieczność
stosowania urządzeń monitorujących, a nowe
procedury umożliwiają szybkie i wydajne określenie źródeł problemów.
Po napełnieniu zbiorników wymaganą ilością
oleju produkt jest sprzedawany. Sprzedaż realizowana jest na dwa sposoby. Olej może być dostarczany hurtowo w cysternach samochodowych lub kolejowych albo zostać zabutelkowany
i zapakowany w zakładzie. W obu przypadkach
ilość oleju pobierana ze zbiorników jest mierzona przy użyciu przepływomierzy Micro Motion.
Wyniki pomiarów wysyłane są przy użyciu protokołu HART i zapisywane w systemie DeltaV,
który gromadzi informacje konieczne do wydruku receptury dostarczonego oleju i faktury.
ZT Kruszwica mają również linię butelkowania,
gdzie olej jest butelkowany i pakowany zgodnie
z zamówieniem.
Drugi strumień wysokiej jakości produktów
stałych (margaryny itp.) kierowany jest do linii
technologicznej, gdzie jest pakowany i pudełkowany. Do przesuwania oleju w rurociągach
wykorzystywany jest azot. Po otwarciu zaworu
w zbiorniku azot pod ciśnieniem wymusza przepływ stałego produktu do pakowaczek. Procesem sterują siłowniki Emersona El-o-Matic i zawory ASCO Numatics.
56
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
Ponieważ cały system sterowania został stworzony właściwie w całości przez dwuosobowy
zespół składający się z Jacka Brauera i Zbigniewa Klesyka, ważne było silne wsparcie ze strony
dostawcy przy konfiguracji systemu sterowania.
Przy tym ZT Kruszwica wolały same skonfigurować proces produkcyjny i system sterowania,
niż zlecać prace zewnętrznym integratorom lub
dostawcy. Tak więc Jacek Brauer wykonał samodzielnie większość prac związanych z programowaniem i konfiguracją.
Jacek Brauer przystąpił do programowania
systemu po jednodniowym szkoleniu w zakresie konfiguracji architektury PlantWeb. Język
sekwencyjny systemu DeltaV okazał się bardzo
łatwy do wyrażania potrzeb zakładu i umożliwił stworzenie własnych narzędzi programowych do automatycznego generowania strategii sterowania. Do przyspieszenia konfiguracji
prostych części procesu wykorzystano Microsoft Excel. Około 80% zbiorów konfiguracyjnych DeltaV zostało wygenerowanych automatycznie, a funkcja symulacji znacznie skróciła
czas potrzebny na stworzenie kodu. Umożliwiło
to wyjątkowo szybki rozruch, ponieważ Emerson dostarczył wszystkie urządzenia pomiarowe
wstępnie skonfigurowane zgodnie z parametrami podanymi przez ZT Kruszwica.
Przed rozruchem Jacek Brauer sprawdził poprawność instalacji i konfiguracji wszystkich
urządzeń za pomocą programu AMS Suite – kluczowego elementu architektury cyfrowej PlantWeb. Przyśpieszyło to znacznie proces przekazania do eksploatacji i wniosło znaczny wkład
w bezproblemowy rozruch instalacji. Gdy wystąpiły jakiekolwiek problemy, można było zapytać system o lokalizację urządzenia i zaworu
w instalacji, sieci fizycznej lub przy użyciu innych kryteriów. Narzędzie to pomogło małemu
zespołowi ZT skonfigurować poszczególne instalacje zakładu w ciągu dwóch dni.
AMS jest obecnie używany do sprawdzania
działania czujników w przepływomierzach oraz
sprawdzania i rekalibracji urządzeń do pomiarów poziomu. Monitoruje także stan urządzeń
krytycznych, w szczególności tych zainstalowanych w obszarach zagrożonych. W strefach Ex
demontaż przetworników jest utrudniony, więc
program AMS znacznie ułatwia ich konfigurację.
Piotr Burgs, Sales Manager,
Emmerson Process Management
PRODUKTY
Turck
Plot Electronics
Czujniki przemieszczeń
liniowych
Obrabiarka Duelmach
Jako dostawca czujników przemieszczeń
liniowych firma TURCK wprowadziła
do swojej oferty nową serię „Q25L” o strefie zadziałania do 200 mm, co stanowi wypełnienie brakującego do tej pory zakresu
pomiarowego w naszej ofercie.
Podstawowe zalety:
• bardzo mała strefa martwa – tylko
20,5mm na każdym z końców,
• czujnik składa się maksymalnie z 50 elementów Hall’a, z których sygnały w sposób ciągły są przetwarzane przez wewnętrzny mikroprocesor,
• filtrowanie zakłóceń pochodzących z zewnętrznych pól magnetycznych,
• sygnał wyjściowy 0…10 V, 4…20 mA jest
liniowy i niezależny od orientacji magnesu (N/S),
• łatwy sposób zmiany sygnału wyjściowego 10…0 V, 20…4 mA poprzez odwrócenie czujnika,
• funkcja „in-range” która określa czy magnes znajduje się w zakresie pomiarowym czy też go opuścił.
Czujniki należące do rodziny Q25L idealnie nadają się do pracy w aplikacjach
w których wymagany jest precyzyjny sygnał w całym zakresie pomiarowym. Do takich aplikacji należą między innymi pompy
pneumatyczne, sanie obrabiarek, wykrawarki, urządzenia formujące, kontrola pływaka
w przepływomierzach lub kontrola poziomu. Dostępne akcesoria pozwalają na montaż w prawie każdym typie aplikacji.
Czujniki również mogą być wykorzystywane do detekcji położenia tłoka w cylindrach pneumatycznych z profilowanym
rowkiem typu „T” dając dokładną informację użytkownikowi w którym miejscu znajduje się tłok.
www.turck.pl
Urządzenie ma możliwość frezowania, cięcia
materiałów, stemplowania i znakowania laserowego. Materiały frezowane to: stal, metale kolorowe,
drewno, tworzywa sztuczne. Materiały cięte to: tkaniny, folie, guma, skóry, materiały uszczelnień technicznych, kartony. Materiały
stemplowane: folie, kartony, drewno, tworzywa sztuczne. Materiały znakowane
laserowo: tworzywa sztuczne, folie, kartony, guma.
Parametry maszyny: prędkość 740 mm/s; wrzeciona do 2-8 KW, sterowanie
CncGraf; głowica tangensowa, model Turbo; szybkość oscylacji do 12 tysięcy
na minutę; laser znakujący od 2-20 W – dioda lub Fiber.
Standardowe wyposażenie obrabiarki Duelmach: • dotykowy panel sterowniczy • skaner 3D • stół podciśnieniowy • regulator prędkości oscylacji • układ
chłodzenia frezu • kable podłączeniowe • kable programujące Servo • komplet
tulei • komplet noży tnących • nakrętka wrzeciona • komplet kluczy • komplet
frezów • czujnik długości narzędzi • czujnik wysokości materiału • czujnik laserowy bazy materiału • chemia – smary, oleje • pamięć przenośna • licencje • kopia zapasowa dysku • komplet dokumentów instrukcje do falownika, wrzeciona,
serwomotorów, panelu itp.
Opcjonalnie wyposażenie: oś obrotowa 4D, znakowanie laserowe.
Więcej informacji na stronie polskiego producenta:
www.obrabiarki-CNC.pl
Simex
Wielokanałowy regulator MultiCon CMC-99
Simex zaprojektował i wprowadził do sprzedaży
nowy wielokanałowy regulator MultiCon CMC-99.
Urządzenie korzysta z systemu operacyjnego Linux.
Stanowi alternatywę dla zastosowań, w których niezbędna jest jednoczesna regulacja i obserwacja wielu parametrów analogowych. Regulator wyposażono
w kolorowy wyświetlacz z ekranem dotykowym.
MultiCon CMC-99 jako kompaktowy (obudowa 96
x 96 mm) komputer przemysłowy, w wersji rozbudowanej może być wyposażony w dodatkowy moduł komunikacji (Ethernet, trzeci
port USB-Host, dwa kolejne porty szeregowe) oraz inne typy We/Wy.
Podstawowe parametry urządzenia to: • wejścia pomiarowe (do wyboru): max.
48 analogowych; max. 12 uniwersalnych; maks. 24 wejścia TC; maks. 12 wejść
RTD, • 1 wejście cyfrowe 24 V DC z optoizolacją • maks. 8 wyjść prądowych lub
16 przekaźnikowych/SSR • wyjście zasilania czujników 24 V DC • wyświetlacz
3,5" TFT 320 x 240 piks. z ekranem dotykowym • komunikacja: wersja podstawowa: RS-485 (Modbus RTU), USB Host, USB Device; wersja rozbudowana:
3 x RS-485/RS-232, 2 x USB Host, USB Device, Ethernet 10 MB • możliwość sterowania wielu wyjść z jednego kanału pomiarowego • bezpośrednie podłączanie
zewnętrznych modułów pomiarowych • bezpośrednie sterowanie urządzeń wykonawczych • funkcja PID do regulacji procesami wolnozmiennymi • dowolny sposób wizualizacji danych: w formie cyfrowej, wykresu, bargrafu • programowanie
za pomocą ekranu dotykowego lub po podłączeniu myszy PC do portu USB.
www.simex.pl
www.controlengpolska.com
●
CONTROL ENGINEERING POLSKA LIPIEC 2009
●
57
PRODUKTY
Phoenix Contact
Moduł radiowy RAD-ISM-2400-DATA-BD
Nowe urządzenie Phoenix Contact do interfejsów
szeregowych umożliwia bezprzewodowe połączenie siecią kilku sterowników lub innych urządzeń
peryferyjnych pomiędzy sobą. Technologia Trusted
Wireless zapewnia transmisję danych o zasięgu
do dwóch kilometrów, również w trudnych warunkach przemysłowych. Ponieważ komunikacja
bezprzewodowa działa w paśmie 2,4 GHz ISM, stosowanie
urządzeń nie wymaga licencji ani opłat.
Za pomocą załączonego oprogramowania instalacyjnego
moduł można skonfigurować jako: urządzenie nadrzędne (master), urządzenie podrzędne (slave) lub jako podporządkowane
urządzenie pośredniczące (repeater slave) pracujące w trybie
„store-and-forward”. Umożliwia to budowanie różnorodnych
sieci, od prostych technologii single-hop i niewielu urządzeń
po złożone technologie multi-hop i 254 urządzenia, przy użyciu tylko jednego typu urządzenia. W sieci typu multi-hop łączenie urządzeń z urządzeniami nadrzędnymi jest zadaniem
urządzeń pośredniczących (repeater slave). Dodatkową zaletą
jest to, że stacje te mogą także odbierać i wysyłać dane.
Większe
bezpieczeństwo
transmisji danych zapewnia
roaming. Umożliwia on urządzeniom końcowym w sieci,
połączonym z urządzeniem
nadrzędnym poprzez urządzenie pośredniczące, wyszukanie nowego urządzenia pośredniczącego, które połączy
je z urządzeniem nadrzędnym,
gdy połączenie bezprzewodowe zostanie przerwane. Stan roboczy urządzenia i jakość bezprzewodowego połączenia można łatwo rozpoznać na miejscu na podstawie diody LED. Ponadto beznapięciowy styk RF-Link i analogowy sygnał RSSI
(Received Signal Strength Indicator – wskaźnik poziomu odbieranego sygnału) ułatwiają zdalne monitorowanie. Jeszcze wygodniejsze jest diagnozowanie za pomocą komputera PC lub
laptopa, podłączonych za pośrednictwem interfejsu RS 232
do urządzenia nadrzędnego jako port diagnostyczny. Można
stąd wygodnie monitorować dane o wszystkich urządzeniach
sieci, takie jak: stan łącza bezprzewodowego, sygnał RSSI czy
też napięcie zasilające.
www.phoenixcontact.pl
Antykor Controls
OptiNav
Nowe piece kalibracyjne
OptiScan – optyczne urządzenie skanujące
Antykor
Controls
wprowadził do sprzedaży nową serię pieców kalibracyjnych.
Charakteryzują
się
szerokim
zakresem
temperatury: od -45°C
do +700°C, co znacznie poszerza sferę
zastosowań kalibratorów, np. o elektrownie.
Seria RTC wyposażona jest w funkcję DLC
(dynamiczna kompensacja wkładu). Dzięki
temu dokonywany jest automatyczny pomiar temperatury wewnątrz wymiennego
wkładu. Na podstawie jego wyników korygowane są parametry nagrzewania bloku
odpowiednio do ciepła odbieranego przez
kalibrowane czujniki. Jednorodność temperatury, uzyskiwana dzięki DLC, polepsza
stabilność kalibracji do 0,005°C oraz zapewnia wysoką dokładność, bez względu
czy kalibrowany jest czujnik o średnicy
3 mm, czy też 12 mm.
www.antykor.pl
Polska firma OptiNav opracowała system
optycznego skanowania obiektów 3D poprzez ich obrysowywanie. System wyposażono w zaawansowane algorytmy matematyczne, wspomagające modelowanie obiektu 3D
oraz wyszukiwanie w nich charakterystycznych cech, np. osi optymalnego wiercenia.
OptiScan wykorzystuje optyczną technologię identyfikacji i śledzenia obiektów w przestrzeni 3D – OptiTrace. System sprawdzi się
wszędzie tam, gdzie potrzebujemy zeskanować złożone obiekty 3D, wprowadzić ich modele do komputera lub dokonać ich
analizy matematycznej, takiej jak: porównanie obiektu ze wzorcem, wyznaczenie
osi i kontów, odtworzenie krzywych, modelowanie itd.
Ciekawym miejscem zastosowania systemu OptiScan jest ortopedia, a dokładniej operacje kapoplastyki stawu biodrowego. W trakcie takich operacji chirurg
musi określić optymalną oś wiercenia przechodzącą przez środek szyjki kości
udowej. Skanowana jest więc szyjka kości udowej operowanego pacjenta, a nastepnie złożone algorytmy matematyczne tworzą jej model komputerowy i znajdują oś prowadzenia wiertła dla systemu nawigacji operacyjnej.
Oczywiście możemy wyobrazić sobie znacznie więcej zastosowań urządzenia OptiScan, a najbardziej naturalnym jest prototypowanie w przemyśle. Firma
OptiNav specjalizuje się w opracowywaniu indywidualnych rozwiązań dopasowanych do konkretnych potrzeb klienta.
www.optinav.pl
58
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
Pepperl+Fuchs
Kompaktowy system zasilania
P+F wprowadziło na rynek
nową wersję kompaktowego
systemu zasilania typu Power
Hub. Producent zwiększył
rozporządzany prąd zasilania z 360 mA do 500 mA przy
zachowaniu wymagań dotyczących rozmiarów urządzenia. Urządzenie ma małe
wymiary, przez co wymaga
minimalnej przestrzeni we
wnętrzu szafki sterowniczej. Specjalnie zoptymalizowane obwody o małej stracie mocy zapewniają lepsze
parametry termiczne w porównaniu do poprzedniego
modelu, co pozwala na ustawienie tablicy w dowolnym
kierunku.
Kompaktowy system zasilania Power Hub 500 mA
jest komponentem systemu FieldConnex, przeznaczonym do zasilania urządzeń opartych na topologii magistrali wysokiej mocy firmy Pepperl+Fuchs. Topologia
ta zapewnia wydajne zasilanie energii dla dużej liczby urządzeń polowych instalowanych w obszarach zagrożonych wybuchem, przy zachowaniu maksymalnej
długości przewodów. Każde z odgałęzień ma zabezpieczenie przed prądem maksymalnym w formie barier polowych lub ochronników segmentu, co umożliwia działanie urządzeń polowych w warunkach strefy
bezpiecznej 1/Div. 1. Urządzenia mogą być podłączane,
odłączane lub serwisowane bez zakłócania normalnej
pracy systemu.
Kompaktowy system zasilania Power Hub jest kompatybilny ze wszystkimi systemami typu Host. Na standardowej płycie głównej można zainstalować do 8 modułów
zasilających, co pozwala na podłączenie 4 segmentów
systemu FOUNDATION Fieldbus H1. Pasywna regulacja zasilania zapewnia maksymalnie niezawodne działanie systemu. Zintegrowane przyłącza sieciowe Fieldbus
pozwalają na łatwe konfigurowanie sieci. Natomiast złącza wtykowe ze śrubami mocującymi gwarantują pewność połączeń, które dzięki temu są odporne na drgania
oraz ryzyko przypadkowego rozłączenia.
System zasilania typu Power Hub może być opcjonalnie wyposażony w moduł diagnostyki zaawansowanej,
umożliwiający prowadzenie ciągłej kontroli i diagnostyki warstwy fizycznej sieci Fieldbus. W połączeniu z oprogramowaniem Advanced Diagnostic Manager zapewnia
to pełny wgląd na całą warstwę fizyczną sieci Fieldbus
z poziomu pomieszczenia sterowni.
www.pepperl-fuchs.com
PRODUKTY
Advantech
TiePie engineering
Zarządzalny switch do szaf rackowych 19"
Przystawka oscyloskopowa
Advantech poszerzył ofertę o zarządzalny switch
ethernetowy EKI-4654R,
przeznaczony do montażu w szafach rackowych.
Switch wyposażony został w 24 szybkie porty Ethernet 10/100Base-TX oraz dwa porty SFP. EKI-4654R przeszedł testy zgodności
z normami IEC61850-3 i IEEE1613, które definiują zbiór cech
i funkcji, które można wykorzystać do stworzenia systemu komunikacyjnego w stacjach energetycznych. Do jego budowy może
skutecznie posłużyć redundantny protokół Advantech X-Ring,
który umożliwia rekonfiguracje sieci w postaci pierścienia w czasie krótszym niż 10 ms. Oprócz tego switch wspiera takie protokoły, jak: RSTP, IGMP Snooping, VLAN, QoS, CoS/ToS, LACP,
SNMP, Port Mirroring, Port Trucking i inne.
EKI-4654R przystosowany został do pracy w trudnych warunkach przemysłowych w zakresie temperatury od -40 do 75°C.
Wszystkie porty Ethernet wyposażono w ochronę ESD przed
przepięciami 4 000 V DC. Redundantne zasilanie, z zakresu 100-240 V DC i 100-240 V AC, w przypadku awarii czy spadku napięcia umożliwia automatyczne przełączenie do równorzędnego
źródła zasilania. Wbudowane wyjście przekaźnikowe oraz diody
LED informują administratora o zaistniałym zaniku napięcia.
Switche marki Advantech dystrybuuje Elmark Automatyka.
www.elmark.com.pl
Najnowsza przystawka
oscyloskopowa firmy
TiePieSCOPE HS805,
podłączana do PC przez
USB 2.0, to połączenie
DSO z generatorem
AWG. Jest to najszybsza przystawka DSO, z próbkowaniem
rzeczywistym do 1 GS/s. HS805 ma dwa wejścia sygnałowe
BNC, próbkuje z maksymalną szybkością 1 GS/s przy pracy
1-kanałowej lub 500 MS/s przy pracy 2-kanałowej.
Pasmo przenoszenia wynosi 250 MHz (-3 dB), rozdzielczość 8 bitów. Zakresy napięć wejściowych dochodzą do 80
V, przy zabezpieczeniu wejść dla wszystkich zakresów
do 200 V (DC + AC peak <10 kHz) przy podłączeniu bezpośrednim lub 600 V (DC + AC peak <10 kHz) dla pracy
z sondą 1:10. Wejścia mogą być sprzęgane AC i DC, impedancja wejściowa wynosi 1 MΩ//20 pF. Moduły mają dużą
pamięć pomiarową 32 MS / kanał.
Generator sygnałowy AWG to jedno wyjście BNC z maksymalnym próbkowaniem 200 MS/s, pasmem 20 MHz
i rozdzielczością 14 bitów dla 200 MS/s. Generowane przebiegi: sinus, trójkąt, prostokąt, DC, szumy oraz zdefiniowany przez użytkownika. Zakres generowanych napięć -12
V...+12 V, sprzęganie DC, impedancja wyjściowa 50 Ω. Pamięć przebiegów to 32 MS.
Rozbudowany układ wyzwalania pozwala na wybór różnych źródeł: CH1, CH2, AND, OR, zewnętrzny sygnał analogowy, zewnętrzny sygnał cyfrowy, AWG Start, AWG Stop,
AWG New Period, oraz trybów wyzwalania: zboczem narastającym, zboczem opadającym, wewnątrz okna, zewnątrz
okna. Moduł TiePieSCOPE HS805 pracuje na USB 2.0
High Speed (480 Mb/s), jest zgodny z USB 1.1 Full Speed (12 Mb/s). Zasilany jest z dołączanego zewnętrznego zasilacza. Dodatkowo moduł jest wyposażony w dwie sondy
oscyloskopowe 1:1-1:10 HP-9250.
W zestawie oprogramowania dołączanego na płytce
CD do modułu znajdują się sterowniki pod Windows 98/
ME/2000/XP/Vista32, rozbudowany program MultiChannel pod Windows 98/ME/2000/XP/Vista32 (w polskiej wersji językowej) oraz zestaw narzędzi dla programistów: biblioteka DLL 32-bit pod Windows 98/ME/2000/XP/Vista32,
przykłady do Borland C++ Builder, Borland Delphi, DasyLab, Matlab 6.5+, Matlab do 6.5, Microsoft Visual Basic 6,
Python 2.4 i 2.5. Pod kontrolą dołączanego oprogramowania HS805 może pracować w 5 trybach: oscyloskop cyfrowy (DSO), generator przebiegów (AWG), analizator widma
(FFT), woltomierz oraz rejestrator.
Dystrybutorem urządzenia na polskim rynku jest Egmont Instruments.
www.egmont.com.pl
Datasensor
Czujniki wizyjne SVS2
Datasensor zaprezentował nowe modele czujników wizyjnych SVS2.
Wersja AOR (Advanced Object Recognition – zaawansowane rozpoznawanie obiektów) dysponuje
nowym narzędziem lokalizowania i dopasowywania wzorców
geometrycznych, które odnajduje wzorzec niezależnie od rototranslacji. Czujnik o zasięgu 360° lokalizuje obiekty nawet wtedy,
gdy ich położenie i orientacja nie są z góry znane.
Tryb Turbo podwaja prędkość wykonywania algorytmu, przez
co o połowę zostaje skrócony czas przetwarzania. Czujnik SVS2
AOR może też odczytywać obrazy ze zmniejszoną rozdzielczością. Funkcja ta, w połączeniu z przyspieszeniem pracy czujnika,
pozwala uzyskać niewiarygodną prędkość działania.
Narzędzia logiczne w intuicyjny i prosty sposób łączą wyniki poszczególnych kontroli. Istnieje możliwość stosowania najczęściej występujących funkcji logicznych, takich jak: AND, OR,
NOT, NAND itp.
Dystrybucję czujników SVS2 w Polsce prowadzi Eltron.
www.eltron.pl
60
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
WYDARZENIA
XIII Konferencja Automatyków „Rytro” 2009
Pecha nie było
Po raz trzynasty odbyła się Konferencja Automatyków „Rytro”. Choć w mniemaniu
przesądnych mogła być pechowa, to jednak po raz kolejny, dzięki staraniom
głównego organizatora – firmy Skamer, przebiegła bezproblemowo.
Zgromadziła przeszło 250 uczestników.
M
ajowa Konferencja Automatyków
w Rytrze skupia przede wszystkim
przedstawicieli firm i zakładów
przemysłowych, którzy zajmują
się szeroko rozumianą automatyką, monitoringiem i sterowaniem.
Podobnie jak w latach poprzednich, na początku pierwszego dnia obrad, swoje referaty zaprezentowali przedstawiciele środowiska
naukowego uczelni technicznych z południowej Polski. Prof. Ryszard Tadeusiewicz omówił
kwestie związane z bezpieczeństwem dostępu
użytkowników do sieci sterowania i wymiany
danych, wraz z różnymi metodami ich identyfikacji. Kwestia ta nabiera obecnie szczególnego
znaczenia ze względu na coraz bardziej rozpowszechnione rozwiązania sieciowe, a zwłaszcza bezprzewodowe. W prezentacjach pozostałych prelegentów dominowały tematy związane
z automatycznym strojeniem nowoczesnych regulatorów, diagnostyką sterowania procesów
przemysłowych czy zastosowaniem systemów
automatyki w diagnostyce stanu zdrowia osób
hospitalizowanych.
Druga połowa dnia to bloki prezentacji oferty
i najnowszych rozwiązań firm-sponsorów konferencji. Przedstawiono między innymi moduły sterowania dla stref zagrożonych wybuchem oraz
do stosowania w wymagających aplikacjach (zanieczyszczenie, zaburzenia elektromagnetyczne
itp.). Ponadto poruszano także kwestie związane z jakością energii eklektycznej, a w szczególności monitoringu jej podstawowych parametrów oraz konieczności ich zachowania nie tylko
przez dostawcę, ale również odbiorcę, zgodnie
z zapisami zawartymi w umowach podpisywanych z zakładem energetycznym. Jedna z firm
przedstawiła również swoje najnowsze rozwiązania w zakresie diagnostyki maszyn wirujących, oparte zarówno na technologii klasycznej,
jak i modułach bezprzewodowych. Nie zabrakło również tematyki związanej z pompami ciepła, ogniwami fotowoltaicznymi i dedykowanymi do ich obsługi układami sterowania.
Podczas prezentacji firmowych uczestnicy
mogli dokładniej zapoznać się z rozwiązaniami
omawianymi w dniu poprzednim. Był również
czas na pytania i dyskusję, wykorzystany przez
uczestników między innymi na rozmowy i polemiki z obecnymi na konferencji przedstawicielami świata nauki. Szczególnie mocno „wypłynął” temat konieczności pogłębienia współpracy
przemysłu i uczelni technicznych oraz dostępnych możliwości w tym zakresie.
Skamer, główny organizator Konferencji Automatyków, poinformował uczestników o Katalogu Automatyki, który jest realizowany w ramach
wsparcia finansowego z funduszy unijnych. Projekt ten ma na celu stworzenie jednolitej platformy informacyjnej o aktualnej ofercie firm branży automatyki obecnych na rynku polskim oraz
portalu wymiany wiedzy w zakresie automatyki przemysłowej. Między innymi organizowane
mają być tam tzw. wirtualne targi, panele dyskusyjne itp.
Andrzej Ożadowicz
www.controlengpolska.com
●
CONTROL ENGINEERING POLSKA LIPIEC 2009
●
61
WYDARZENIA
Oszczędzanie energii w przedsiębiorstwach przemysłowych
Niewidzialny koszt
Prąd to niewidzialny przyjaciel działu produkcji a zarazem niewidzialny wróg
z punktu widzenia księgowości zakładu przemysłowego. Rosnące ceny energii
skłaniają szefów zakładów przemysłowych do szukania sposobów na obniżkę
związanych z tym kosztów. Szereg przydatnych metod zaprezentowano podczas
sympozjum zorganizowanego w końcu maja przez wydawnictwo Trade Media
International Holdings.
S
ympozjum dowiodło, że optymalizacja zużycia energii elektrycznej
to przysłowiowy „temat rzeka”. Duża
liczba potencjalnych sposobów powinna skłonić zakłady przemysłowe do skorzystania z usług firm, które przeprowadzają audyty
energetyczne w tym właśnie zakresie. Celem audytu jest odpowiedź na pytanie: w jakich obszarach przedsiębiorstwo ponosi zbyt duże koszty
energii i w jaki sposób można je zredukować.
Ofertę takiego audytu przedstawił prelegent z firmy Innova Energy wraz z kooperantami: KAPE oraz 3MC Poland. Do tematu nawiązał też gość z Polsko-Japońskiego Centrum
Efektywności Energetycznej, który przedstawił
możliwości ograniczania energochłonności typowych instalacji i urządzeń przemysłowych
na podstawie wniosków z dotychczas przeprowadzonych audytów.
62
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
Ciekawe sposoby na obniżenie liczby na rachunkach za energię elektryczną pokazali również przedstawiciele czołowych firm z rynku automatyki. Danfoss omawiał zalety przetwornic
częstotliwości VLT, które można wykorzystać
do optymalizacji zużycia energii w układach napędowych pomp i wentylatorów. Z kolei Panasonic Electric Works Polska zaprezentowało,
wraz z NMG, zalety systemu ERCO.Net, który
umożliwia kontrolę i zarządzanie bieżącym zużyciem mediów energetycznych (energia elektryczna, gaz, woda, sprężone powietrze, para
wodna itp.), a także ściekami przemysłowymi.
Z kolei Sabur omawiał korzyści płynące ze stosowania SOiRE – Systemu Odczytu i Rozliczania Energii. Własne koncepcje zmiejszania kwot
przeznaczanych na zużycie prądu przedstawili
także goście z MPL Technology oraz IrPomiar,
partnera FLIR Systems.
Ciekawe okazały się prezentacje dotyczące
energooszczędnych metod produkcji, przesyłu i użytkowania sprężonego powietrza w przemyśle (firma Vector) oraz outsourcing tego właśnie nośnika energii (firma Marani). Prelegent
z Wydziału Administracji i Nauk Społecznych
Politechniki Warszawskiej przybliżył słuchaczom kwestię certyfikacji energetycznej budynków. Uczestnicy sympozjum mogli też zapoznać
się z możliwościami dofinansowania inwestycji
w odnawialne źródła energii z unijnego Programu Operacyjnego Infrastruktura i Środowisko.
Informacje na ten temat przekazała przedstawicielka Instytutu Paliw i Energii Odnawialnej.
Informacje na temat kolejnych seminariów
znajdują się na stronie www.seminaria.trademedia.us.
Tomasz Gołębiowski
WYDARZENIA
Seminarium TMI
Lean w produkcji
i łańcuchu dostaw
Tematyce Lean w produkcji
i łańcuchu dostaw było poświęcone
seminarium zorganizowane
w Poznaniu przez wydawnictwo
Trade Media International Holdings.
W spotkaniu wzięło udział
kilkudziesięciu inżynierów.
Produs: szkolenie na temat
Ethernetu przemysłowego
Sieć i praktykuj
Nowoczesne rozwiązania w zakresie Ethernetu
przemysłowego w oparciu o urządzenia
firmy Hirschmann były tematyką szkolenia
zorganizowanego przez firmę Produs.
S
eminarium rozpoczął Konrad
Gurbała z firmy Advantage, który opowiedział o praktycznym
wykorzystaniu mechanizmów
Lean na przykładzie zakładów Toyoty.
Kolejne dwie prezentacje firm BPSC oraz
Epicor Software Poland prezentowały ich
własne produkty – Impuls 5 oraz Epicor
9. Zastosowanie systemów może się przyczynić do zmniejszenia kosztów produkcji
oraz poprawy organizacji pracy i tym samym polepszenia jakości.
Efektywne zarządzanie produkcją praktyczne podejście do automatyzacji i informatyzacji „odchudzonej” produkcji było
tematem wystąpienia przedstawiciela
ASTOR, natomiast o dopasowaniu rozwiązań ERP do specyfiki branży produkcyjnej
opowiadał reprezentant IFS Poland.
Poprawieniu organizacji produkcji nie
służą tylko bezpośrednio stosowane metody Lean, ale także wiedza o nich. Przekonywał o tym Bogusz Dworak z MPM
Productivity Managment w prezentacji zatytułowanej „Zwiększenie produktywności poprzez planowanie i zarządzanie zintegrowane”.
Seminarium zakończyło wystąpienie
Władysława Popławskiego z Polish Six
Sigma Academy pod tytułem „Lean Six
Sigma – remedium na kryzys”. Uczestnicy poznańskiego seminarium mogli także zapoznać się bliżej z wybranymi tematami na stoiskach zorganizowanych przez
uczestniczące firmy.
Więcej informacji na stronie www.seminaria.trademedia.us.
Z
jazd miał charakter warsztatów technicznych, podczas których uczestnicy poznawali
praktyczne mechanizmy budowania struktur
redundantnych, wpływających na zabezpieczenie cyklu transmisji danych w kluczowych systemach
sieciowych.
Szkolenie obejmowało wszelkiego rodzaju aspekty
transmisji od kablowej (światłowody, kable miedziane)
poprzez najnowsze rozwiązania radiowe, które znajdują
coraz większe zastosowanie w systemach rozproszonych.
Nie zabrakło również informacji na temat zaawansowanych metod konfiguracji sieci oraz sposobów ich zabezpieczenia. Zajęcia teoretyczne i praktyczne prowadzone
były przez inżynierów firmy Produs i Hirschmann.
Tegoroczna seminarium pokazało, że technologie związane z Ethernetem przemysłowym zostały adoptowane
przez rynki automatyki i sterowania. Wiedza i świadomość uczestników jest coraz większa, co znalazło odzwierciedlenie w wysokich wynikach testów kompetencyjnych, które są podstawą do wystawienia certyfikatów.
Tomasz Kurzacz
Tomasz Gołębiowski
www.controlengpolska.com
●
CONTROL ENGINEERING POLSKA LIPIEC 2009
●
63
Giełda Control Engineering Polska
Giełda Control Engineering Polska
64
●
LIPIEC 2009 CONTROL ENGINEERING POLSKA
●
www.controlengpolska.com
Giełda Control Engineering Polska
Giełda Control Engineering Polska
www.controlengpolska.com
●
CONTROL ENGINEERING POLSKA LIPIEC 2009
●
65
Aby zamówić lub zaktualizować prenumeratę
prosimy wypełnić poniższy formularz zgłoszeniowy
oraz odesłać go na adres redakcji:
Trade Media International Holdings sp. z o.o.,
ul. Wita Stwosza 59 a, 02-661 Warszawa
lub faksem na numer: 0 22 899 29 48.
W razie pytań lub wątpliwości
prosimy o kontakt: 0 22 852 44 15
Numer:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Kod pocztowy:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Miasto:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Województwo:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Telefon:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fax:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
E-mail:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Imię:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Nazwisko:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Stanowisko:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Nazwa firmy:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Dział:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ulica:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Do jakiej branży należy główny produkt lub
usługa wytwarzany w Pani/Pana zakładzie pracy?
Produkcyjne gałęzie przemysłu:
q przemysł spożywczy
q przemysł maszynowy
q przemysł tekstylny
q przemysł celulozowo-papierniczy
q przemysł petrochemiczny
q przemysł rafineryjny
q przemysł chemiczny
q przemysł farmaceutyczny
q przemysł elektryczny
q przemysł metalurgiczny
q przemysł komputerowy
q przemysł elektroniczny
q przemysł medyczny
q przemysł lotniczy
q inna (prosimy wpisać jaka?)
Nieprodukcyjne gałęzie przemysłu:
q górnictwo
q usługi komunalne
q inżynieria, integracja systemów
q usługi naukowo-badawcze
q przetwarzanie danych i usługi związane
z oprogramowaniem
q rząd i wojsko
q inna (prosimy wpisać jaka):..........................
Jaki jest rodzaj wykonywanej przez Panią/Pana
pracy?
q
q
Integracja systemów, konsultacje
Inżynieria produkcji, procesu, wytwarzania
q
q
q
q
q
q
q
q
Adres dostawy (prosimy wypełnić jeżeli adres dostawy
czasopisma jest inny niż adres firmy):
Ulica:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Numer:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Kod pocztowy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Miasto:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Telefon:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Inżynieria sterowania
Kontrola jakości, standardów
Projektant produktów
Projektowanie systemów
Utrzymanie Ruchu
Zarządzanie
Inna inżynieria, włączając projektowanie,
programowanie, elektronikę, elektrykę
Inny (prosimy wpisać jaki):..........................
Które z wymienionych produktów i systemów
Pani/Pan rekomenduje, dokonuje specyfikacji
bądź też kupuje? (prosimy zaznaczyć wszystkie,
które odpowiadają)
q Czujniki i przekaźniki
q Czujniki i regulatory
q Interfejs Człowiek-Maszyna
q Łączniki, przewody, kable
q Oprogramowanie
q Panele sterowania, sygnalizacji, blokad
q PLC
q Przekaźniki, wyłączniki, regulatory czasu
q Rejestratory
q Silniki i napędy
q Sprzęt komputerowy
q Systemy kontroli ruchu
q Systemy mocy
q Systemy sterowania
q Systemy wbudowane
q
q
q
q
Zamów bezpłatną
prenumeratę magazynu
Prenumerata realizowana jest
od kolejnego wydania czasopisma
Czy jest Pani/Pan zaangażowana/ny
w integrację systemów?
q Tak
q Nie
Ile wydaliście Państwo (w PLN) w latach
2006-2007 na inwestycje w produkty
oraz systemy automatyki i sterowania
w procesach produkcyjnych:
q powyżej 1 mln
q 500001- 1 mln
q 100001- 500 000
q poniżej 100000
Jaka jest przybliżona liczba pracowników
w Państwa firmie:
q poniżej 30 pracowników
q 31 -100 pracowników
q 100-301 pracowników
q 301-700 pracowników
q powyżej 700 pracowników
Które z poniższych magazynów Pan/Pani czyta?
q Napędy i Sterowanie
q Elektro Systemy
q Elektronik
q Inżynieria & Utrzymanie Ruchu
Zakładów Przemysłowych
q PAR
Iloma osobami Pan/i zarządza?
q 16 lub więcej
q 6-15
q 1-5
q nie zarządzam
Z jakiego źródła dowiedział/a się Pan/i
o Control Engineering Polska?
q egzemplarz magazynu przesłany pocztą
q informacje przesłane e-mailem
q z magazynu otrzymanego na targach
q z reklamy (prosimy podać źródło) ..................................
q inne źródło (prosimy podać jakie) ..................................
q
q
Zawory, aparaty
Inne(prosimy opisać jakie):..........................
Systemy wizyjne
Który z poniższych działów/departamentów
w Państwa firmie jest odpowiedzialny
za implementacje, wsparcie i utrzymanie
automatyki, przetwarzanie danych
oraz komunikację?
q Dział Automatyki
q Dział IT
q Wspólnie dział automatyki i dział IT
q Inny(prosimy wpisać jaki?) ..........................
Urządzenia analityczne
Urządzenia do pozyskiwania danych
Urządzenia testujące i kalibrujące
Czy jest Pan/i częścią tego zespołu?
q Tak
q Nie
Zgodnie z ustawą z dnia 29 sierpnia 1997 r. o ochronie danych
osobowych (Dz. U. Nr 133, poz. 883) wypełniając ten formularz
wyrażasz zgodę na przetwarzane Twoich danych osobowych
i wykorzystywanie ich tylko do wewnętrznych celów statystycznych
i marketingowych. Jednocześnie masz prawo wglądu do swoich
danych, ich poprawienia lub usunięcia. Administratorem danych
osobowych jest Trade Media International sp.z o.o.
Tak, wyrażam zgodę
Data..........................
Podpis:...........................
Nasi Reklamodawcy
Firma
Balluff sp. z o.o.
Beckhoff Automation sp. z o.o.
strona
25
IV okładka
www
telefon
www.balluff.pl
(71) 338 49 29
www.beckhoff.pl
(22) 757 26 10
Elmark Automatyka sp. z o.o.
49
www.elmark.com.pl
(22) 773 79 37
Eltron
35
www.eltron.pl
(71) 343 97 55
Festo sp. z o.o.
31
www.festo.pl
(22) 711 41 00
Multiprojekt Elżbieta Góral
65
www.multiprojekt.com.pl
(12) 413 90 58
P.P.H. Wobit Witold Ober
64
www.wobit.com.pl
(61) 835 06 20
Pepperl+Fuchs sp. z o.o.
II okładka
www.pepperl-fuchs .pl
(22) 398 81 25
Phoenix Contact sp. z o.o.
7
www.phoenixcontact.pl
(71) 398 04 60
Rittal
59
www.rittal.pl
(22) 724 27 84
Sels sj
39
www.sels.pl
(22) 848 08 42
SEW-EURODRIVE Polska sp. z o.o.
37
www.sew-eurodrive.pl
(42) 67 65 300
Siemens sp. z o.o.
16, 17
www.siemens.pl
TME
21
www.tme.eu
(42) 645 55 55
Turck sp. z o.o.
27
www.turck.pl
(77) 443 48 00
PODSTAW
WRACAJĄC DO...
Kalibracja enkodera: o czym warto pamiętać
Wszystko wymaga
kalibracji
C.G. Masi
W
Niebezpieczne punkty
enkoderów
ytwarzanie bardzo małych eleGeneralnie kalibracja jako taka nie odnosi się
mentów, jak na przykład ukłajedynie do powolnych zmian związanych ze stadów scalonych, w przypadku
rzeniem się urządzeń. W obrębie zainteresowań
których krytycznymi odległościadziału kalibracji znajduje się wszystko, co może
mi są dziesiąte części nanometra, wymaga barwpłynąć na dokładność finalnego położenia
dzo precyzyjnych elementów wykonawczych.
narzędzia. Dlatego też tak ważne jest spojrzeStworzenie bardzo dokładnego liniowego ennie na strukturę typowego robota i wyszukanie
kodera wymaga z kolei bardzo dużej,
pikometrowej dokładności kontroli
pozycji silników. Jeden z najwięk„Niebezpieczne” punkty kalibracji enkodera
szych problemów stanowią wówczas
narzędzie
miejsce
CNC
czujnik
zmiany temperatury.
mocowania
enkodera
dysk
czujnika
Z drugiej strony, w przypadku roostry
silnik
enkodera
do ramienia
koniec
botów wykorzystywanych w procesach obróbczych w obrabiarkach
CNC, najbardziej wymagające elementy będą najczęściej miały tolerancje pięć, sześć razy rzędów niższą
niż te wymagane przy tworzeniu wyramię chwytaka
sokiej precyzji enkoderów. Kalibracja
narzędzia
temperaturowa jest tu znacznie mniej
istotna.
miejsce
Wnioski, jakie można wyciągnąć
mocowania enkodera
do obudowy silnika
z powyższych przykładów, są takie,
że na pytania dotyczące kalibracji
Źródło: Control Engineering
zawsze odpowiadamy w kontekście
konkretnej aplikacji. Przy poziomach
Istnieją trzy „niebezpieczne punkty” (zaznaczone kolorem
precyzji wymaganych w obrabiarczerwonym) w osi robota, dla których poziom niepewności pomiaru
kach CNC zazwyczaj stosuje się perznacznie wzrasta.
fekcyjnie stabilne enkodery absolutne wykonane z zeroduru, czyli szkła
z „zerowym współczynnikiem temperaturowszystkich słabych punktów, w których mogą
wym” (ang. zero-temperature-coeficient). Stosopowstawać błędy pomiarowe.
wane są również enkodery obrotowe, które są
Optyczne enkodery obrotowe składają się
dużo bardziej odporne na zmiany temperatuz dysku z naniesionymi punktami podziałki, który niż enkodery liniowe. Tradycyjna kalibracja,
rego obrót w pobliżu czujnika odczytu wytwaktóra eliminuje zmiany pojawiające się wraz ze
rza sygnał wyjściowy. Dyski enkoderów często
starzeniem się urządzeń, jest dla tych zastosomontowane są do obudowy silnika napędzająwań zbyteczna.
cego oś, zaś sensory na zewnętrznym wałku. Powww.controlengpolska.com
●
CONTROL ENGINEERING POLSKA LIPIEC 2009
●
67
WRACAJĄC DO PODSTAW
minąwszy bezpośrednie uszkodzenie dysku lub
zniszczenie czujnika, istnieją jeszcze trzy miejsca, w których może stać się coś, co obniży dokładność pomiaru.
Redundatny sygnał enkoderowy:
dobry sposób na poślizg
Pierwszym z niebezpiecznych punktów jest
miejsce przymocowania enkodera do obudowy
silnika. Każde przesunięcie, poślizg dysku enkodera w stosunku do obudowy silnika spowoduje
zakłócenie i w konsekwencji przekłamania pomiarów. Podobnie, każde przesunięcie (poślizg)
pomiędzy ramieniem, na którym zamocowany
jest czujnik a (nazwijmy to sobie jak chcemy)
dźwignią czy ramieniem, na której zamocowane jest narzędzie, spowoduje błąd pomiaru.
I w końcu, jeśli samo ramię odkształca się, gnie
czy z jakiegokolwiek powodu zmienia wymiary,
to narzędzie obrabiarki CNC nie będzie znajdowało się tam, gdzie sterownik będzie „myślał”,
że jest.
Jednym ze sposobów przeciwdziałania tym
problemom jest wprowadzenie redundantnego
sygnału enkoderowego. Sterownik robota śledzący tor ruchu narzędzia, oprócz standardowego sygnału z enkodera absolutnego, może
wykorzystywać również pomiar redundantny.
Każde zdarzenie (np. kolizja z podnośnikiem widłowym) na tyle poważne, że powodujące przesunięcie enkodera lub nawet deformację ramienia obrabiarki, spowoduje utratę pewnej liczby
impulsów w sygnale redundantnym. Stały monitoring pozycji wskazywanej przez redundantne kanały pozwoli kontrolerowi na zauważenie
poślizgów enkodera i wywołanie alarmu.
„Naprawa” enkoderów nie jest konieczna. Powrót do stanu sprzed poślizgu, straty impulsów
i – co za tym idzie – zaistnienia błędu pozycji,
wymagałby jedynie znalezienia nowej wartości
offsetu (kompensacji) dla enkodera absolutnego
i wyzerowania rejestru pozycji enkodera inkrementalnego.
C.G. Masi

Podobne dokumenty