Aktuální vydání

celé číslo

07

2017

Automatizace ve výrobě automobilů a jiných dopravních prostředků

Telematické systémy, automatizace v dopravě

celé číslo
Bezdotykové snímače provozních veličin – přednosti a omezení (část 2)

Karel Kadlec a Dušan Kopecký (dokončení z čísla 11/2016) 5. Bezdotykové snímače složení I mezi snímači složení lze nalézt snímače bezkontaktní. Jsou to např. snímače hustoty využívající radioaktivní záření a snímače vlhkosti pevných látek využívající absorpci a reflexi IČ záření nebo pracující na bázi mikrovlnné spektrometrie či detektory úniku hořlavých a dalších plynů. 5.1 Bezdotykové radiační snímače hustoty Při průchodu radioaktivního záření hmotným prostředím se zeslabuje tok záření a tento jev lze využít k měření hustoty kapalin. Pro zeslabení intenzity záření, které prošlo vrstvou kapaliny o tloušťce l a hustotě ρ, platí vztah:Φ = Φ0 e –μ l ρ          (1)  kde Φ0 je tok záření vystupující ze zdroje, Φ tok záření vystupují z měřeného prostředí, μ   součinitel zeslabení záření [5]. Měřicí zařízení používá stejné komponenty jako radioizotopové snímače hladiny. Podstatné součásti tvoří zdroj a detektor radioaktivního záření  Obr. 12. Radiační hustoměr Density Pro (upraveno podle [6]) (obr. 12). Protože intenzita záření se mění s časem, bývá zavedena automatická kompenzace jako funkce času anebo se provádí pravidelná korekce při kontrolním měření, kdy záření prochází mimo měřenou kapalinu [6]. Snímače hustoty s radioaktivním zářičem se nejčastěji vyrábějí jako průtočné a radioaktivní zářič a detektor procházejícího záření se montují na vnější stranu potrubí nebo provozní nádoby. Jde tedy o typické bezdotykové měření. Měří-li se na potrubí s velkým průměrem či na zásobníku, zářič a detektor se montují podle Obr. 13 Obr. 13. Instalace radiačních hustoměrů  Jestliže je třeba měřit na potrubí malého průměru (d < 150 mm), vzdálenost není pro dosažení požadované citlivosti a přesnosti měření dostatečná, a proto se zářič a detektor montují podle obr. 13b. Pouzdro zářiče bývá vybaveno uzavíracím mechanismem, který uzavírá otvor pro paprsky zářiče během montáže a údržby. Vzhledem k tomu, že cesta ionizačního záření zahrnuje stěny potrubí či nádoby, provádí se empirická kalibrace snímače s použitím roztoků o známé hustotě.  5.2 Snímače vlhkosti využívající infračervenou absorpci a reflexi Molekula vody se vyznačuje trvalým dipólovým momentem, který je příčinou schopnosti vody absorbovat elektromagnetické záření v infračervené části spektra. Voda se v IČ spektru projevuje charakteristickými absorpčními pásy, zejména v oblasti 1,4 až 1,45 µm a dále v rozmezí 1,9 až 1,94 µm. Přítomnost vody v materiálu je indikována na základě jejích absorpčních pásů a množství vody je zjišťováno z intenzit těchto pásů [7]. Při měření se používají zejména analyzátory vlhkosti pracující v blízké infračervené oblasti na vlnové délce 0,78 až 2,5 µm (Near-Infrared Region, NIR). Analyzátory mohou být jednoúčelové (pouze měření vlhkosti) či multifunkční, umožňující měřit i koncentrace dalších látek. Vzhledem k tomu, že u pevných látek je infračervené záření zcela pohlceno již v tenké povrchové vrstvě materiálu, používá se při měření zejména reflexní metoda. Absorpce se používá pouze výjimečně – při měření tenkých materiálů, jako je např. papír, kdy část záření vzorkem také prochází. Intenzita odraženého záření je nepřímo úměrná koncentraci vlhkosti ve vzorku, závislost je nelineár­ní. IČ analyzátor pro měření vlhkosti metodou reflexe je zobrazen v blokovém schématu na obr. 14a.  Obr. 14. Infračervený analyzátor vlhkosti pro měření metodou reflexe: a) blokové schéma, b) měření vlhkosti sypkého materiálu (zdroj: www.ndc.com ), c) měření vlhkosti masové směsi (zdroj: www.polz.cz)   Typické příklady použití zahrnují měření vlhkosti pekařských výrobků, pražené kávy, koření, oliv, sušených rajčat, cukru, soli, cereálií, sýru, obilovin, mouky, oříšků, instantních polévek, masových výrobků, sušeného ovoce a zeleniny a mnoha dalších. Na obr. 14b je provozní IČ analyzátor NDC (www.ndc.com) při měření vlhkosti sypkého materiálu a na obr. 14c je měření vlhkosti masové směsi IČ analyzátorem HK8 firmy Harrer Kassen (www.harrerkassen.com, v ČR dodává www.polz.cz) [8], [9]. 5.3 Snímače vlhkosti na bázi mikrovlnné spektroskopie Snímače vlhkosti na bázi mikrovlnné spektroskopie využívají vysokou relativní permitivitu vody (εr = 80), která velmi selektivně utlumuje mikrovlnné záření. Princip snímání je obdobný jako u infračervených analyzátorů vlhkosti. Mezi základní metody patří měření pomocí absorpce, transmise či reflexe mikrovlnného záření, navíc se zde uplatňují i rezonanční měření [7]. Při měření reflexe mikrovlnného záření se používají vlnovody, popř. koaxiální vedení, které jsou ukončeny dielektrickým materiálem, jehož vlhkost se měří. Na rozhraní ko­axiální vedení – dielektrický materiál se mění impedance, jež způsobuje odraz vysílané mikrovlny. Kombinace vysílaná vlna – odražená vlna vytváří stojaté vlnění, ze kterého lze pomocí jeho velikosti a pozice či pomocí velikosti a fáze odražené vlny vypočítat impedanci materiálu. Z impedance lze poté dopočítat jeho dielektrické vlastnosti. Tato metoda patří mezi měření využívající dvě veličiny. Přesnost měření ovlivňuje několik veličin, a to zejména hustota, iontová vodivost a teplota měřeného materiálu. Fluktuace hustoty vzorku hrají při měření velmi podstatnou roli, zatímco teplotu měřeného materiálu lze relativně snadno stanovit, udržovat konstantní či ovlivňovat. Velikost chyby způsobená iontovou vodivostí materiálu je v porovnání s již jmenovanými činiteli nepatrná. Výhodou mikrovlnného záření oproti záření infračervenému je zejména jeho schopnost pronikat do větší hloubky materiálu. Údaj o vlhkosti je tak získáván z většího objemu materiálu, což je důležité zejména tam, kde je měřen nehomogenní materiál. Konstrukce a nízké výkony snímačů umožňují nedestruktivní a neinvazivní měření, které je výhodné všude tam, kde je nutné dodržovat přísné hygienické normy a čistotu, zároveň jsou snímače bezpečné pro obsluhu. Měření navíc není ovlivňováno okolním prachem a vzdušnými parami. Je také velmi rychlé, a proto vhodné pro online analýzu vzorků na pásových dopravnících, násypkách či v potrubních systémech. Podobně jako IČ analyzátory vyžadují mikrovlnné přístroje specifickou kalibraci na daný vzorek, např. pomocí gravimetrických metod. Mikrovlnné metody se používají v mnoha případech. Například v potravinářském průmyslu jde o měření granulárních a sypkých materiálů (cukr) či tenkých plátů na pásových dopravnících, měření vlhkosti zrnin (obilí, kukuřice), mléčných výrobků (másla, sýrů) a masných výrobků (rybí či hovězí maso). Na obr. 15 je ukázka měření vlhkosti různých produktů na pásovém dopravníku mikrovlnným vlhkoměrem HK1 firmy Harrer Kassen (www.harrerkassen.com, v ČR dodává www.polz.cz) [8], [9].   a) měření vlhkosti sýrů                                                    b) měření vlhkosti sypkého materiálu   Obr. 15. Měření vlhkosti mikrovlnným vlhkoměrem (zdroj: www.polz.cz) 5.4 Bezdotykové detektory úniku plynů Při kontaktním měření úniku plynů se analyzuje vzorek atmosféry v místě měření. Bezdotykové detektory mají jednu základní přednost: umožňují únik detekovat z mnohem větší, bezpečné vzdálenosti. 5.4.1 Detekce úniku plynu laserovým IČ spektrometrem Pro efektivní vyhledávání úniku plynů byly vyvinuty přístroje s infračerveným laserovým spektrometrem. Přístroje založené na metodě TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy) využívají laditelný polovodičový laser ve spojení s absorpční spektroskopií v infračervené oblasti spektra a pracují v režimu reflexe. Při měření se využívá velmi úzké pásmo vlnových délek charakteristické pro sledovanou látku, ve kterém neabsorbuje žádná z vyskytujících se rušivých složek. Velkou předností metody TDLAS je velká citlivost, díky níž přístroje vykazují velmi nízké detekční limity, až v řádu dílů či částic na jeden milion (ppm). Laser je záření monochromatické, avšak u těchto přístrojů se využívá laditelný laser, který se přelaďuje v určitém pásmu, buď změnou teploty, nebo změnou napájecího proudu. Během přelaďování se získá jednak signál charakterizující koncentraci sledované látky, jednak signál charakterizující pozadí. Principiální uspořádání detektoru úniku plynu s laserovým IČ spektrometrem je na obr. 16a. Detekční zařízení může poskytovat údaj o koncentraci na číslicovém displeji nebo může být vybaveno videokamerou, která ve spojení s počítačem s vhodným softwarem poskytuje dokonalou informaci o lokalizaci místa úniku plynu. Hodnota signálu měřená detektorem je úměrná součinu koncentrace detekovaného plynu a vzdálenosti mezi měřicím přístrojem a místem odrazu laserového paprsku; měřicí rozsah a citlivost se proto uvádějí v jednotkách ppm·m. Detektor metanu ELLI firmy Esders [10] má měřicí rozsah 0 až 50 000 ppm·m metanu při rozsahu vzdálenosti snímání 30 m (až 50 m za dobrých podmínek odrazu). Přístroj umožňuje detekovat úniky i v obtížně přístupných místech, popř. v místech s potenciálním nebezpečím přístupu (obr. 16b).  Obr. 16. Detekce úniku plynu laserovým IČ spektrometrem (zdroj: www.esders.de ): a) principiál­ní schéma, b) měření laserovým detektorem ELLI, c) měření přístrojem GASCam SG  Přístroj GasCam SG [10] je velmi důmyslně řešený systém k detekci úniků metanu s citlivostí lepší než 50 ppm·m. Únik plynu je zobrazen v reál­ném čase na monitoru počítače v podobě barevného mraku plynu (obr. 16c) a přítomnost metanu může být spolehlivě indikována na vzdálenost až 100 m. Zobrazený oblak plynu může být znázorněn na různém pozadí reál­ných objektů. Při detekci však nelze využít takové pozadí, na kterém se neodráží laserový paprsek (např. oblohu). Stejný funkční princip používá přístroj SELMA (Street Evaluating Laser Methane Assessment) švýcarské firmy Pergam Suisse AG (www.pergam-suisse.ch, v ČR dodává www.spektravision.cz) [11], [12]. Přístroj je určen k detekci úniku zemního plynu v městské zástavbě nebo v otevřeném terénu  Obr. 17. Detekce úniku plynu (zdroj: Pergam Suisse AG) Laserová měřicí jednotka je umístěna na inspekčním automobilu a snímá přízemní koncentrace metanu nad terénem. Vlnová délka laserového paprsku 1,65 μm zajišťuje vysokou selektivitu měření koncentrace metanu (stanovení neruší uhlovodíky a další složky běžně obsažené ve výfukových plynech automobilů). Citlivost je 20 ppm·m a maximální vzdálenost detekovaného místa 50 m. 5.4.2 Detekce úniků plynu termokamerou Pro detekci a vizualizaci úniků plynů se používají termokamery vybavené chlazeným detektorem s vysokou citlivostí v určitém spektrálním pásmu. Využívá se přitom skutečnost, že při určitých vlnových délkách v infračerveném spektru jsou plyny buď částečně, nebo úplně netransparentní. Tyto plyny mají v dané oblasti spektra relativně malou propustnost (transmitanci) a naopak mají relativně velkou pohltivost (absorbanci). Plyny se pak na termogramu zobrazí jako pruh nebo oblak či mrak v místě výskytu nebo úniku daného plynu (obr. 18).  Obr. 18. Detekce úniku plynu termokamerou FLIR GF: a) zdroj: www.spektravision.cz , b) zdroj: www.tmvss.cz   Termokamera Flir GF 300 [13] je vybavena detektorem pro pásmo vlnových délek 3,2 až 3,4 μm a je schopna detekovat plyny nebo páry uhlovodíků a dalších těkavých organických látek, jako jsou např. metan, etan, propan, butan, pentan, hexan, heptan, oktan, etylen, propylen, izopren, benzen, etylbenzen, toluen, xylen, metanol, etanol, ketony a mnoho dalších. Termokamera FLIR GF306 [13] má detektor pro pásmo vlnových délek 10,3 až 10,7 μm a díky tomu může zobrazit např. čpavek nebo hexafluorid sírový (SF6), který se používá jako dielektrikum do transformátorů. Na trhu jsou k dispozici další typy termokamer s různou spektrální citlivostí pro detekci oxidu uhelnatého a uhličitého nebo pro detekci par různých organických látek vy­užívaných jako chladiva (např. R404A, R407C, R410A a další) [13]. Optické zobrazení úniků plynů při použití termokamer poskytuje spoustu výhod oproti klasickým detektorům úniku, které pracují kontaktními metodami, při nichž vzorek plynu do měřicí komory difunduje nebo se nasává. Termokamerou lze snadno sledovat i místa, která jsou pro kontaktní přístroje obtížně dostupná, a otestování sledovaných prostor a zařízení může být mnohem rychlejší.  (Článek vznikl na základě přednášky přednesené na konferenci ARaP 2016, www.arap.cz.)  Literatura: [5] KADLEC, Karel, Miloš KMÍNEK, Pavel KADLEC a kol. Měření a řízení v potravinářských a biotechnologických výrobách. Ostrava: Key Publishing, 2015. ISBN 978-80--7418-232-7. [6] RMT. Density meter DENSITY PRO. [online]. Paskov: RMT 2005 [cit. 2016-08-19]. Dostupné z: www.rmt.cz/cz/produkty/procesni-instrumentace/mereni-hustoty-kapalin-VYPNUTO/137-hustomer-density-pro.html  [7] KOPECKÝ, Dušan a Karel KADLEC. Měření vlhkosti. In: Měření a řízení v potravinářských a biotechnologických výrobách. Ostrava: Key Publishing, 2015. ISBN 978-80-7418-232-7. [8] HARRER & KASSEN. Process Measurement Techniques: Catalog [online]. 2014, (Edition 9) [cit. 2016-08-19]. Dostupné z: www.harrerkassen.com/pdfs/Katalog%20E.pdf  [9] POLZ INSTRUMENTS. Kontinuální měření vlhkosti [online]. Dvůr Králové nad Labem: Polz Instruments, s. r. o., 2011 [cit. 2016-08-19]. Dostupné z: www.polz.cz/userfiles/files/vlhkost/HK8-NIR-Cz.pdf  [10] ESDERS. Productvideo ELLI & GasCam [online]. Haselünne, Germany: Esders GmbH, 2013 [cit. 2016-08-19]. Dostupné z: https://youtu.be/3GAm-j_0B0Y  [11] PERGAM-SUISSE. Gas Leak Detection by SELMA [online]. Zuerich, Switzerland: Pergam-Suisse AG, 2014 [cit. 2016-08-19]. Dostupné z: www.pergam-suisse.ch/fileadmin/medien/Selma/SELMA_CH_klein.pdf  [12] SPEKTRAVISION. Detekce úniku zemního plynu [online]. Nupaky: Spektravision, s. r. o., rok neuveden [cit. 2016-08-19]. Dostupné z: www.spektravision.cz/produkty/detekce-uniku-zemniho-plynu/  [13] FLIR. Optical Gas Imaging: Handheld GF Series Infrared Cameras [online]. Wilsonwille, USA: FLIR Systems, Inc., 2016 [cit. 2016-08--19]. Dostupné z: www.flirmedia.com/MMC/THG/Brochures/OGI_010/OGI_010_US.pdf    doc. Ing. Karel Kadlec, CSc., Ing. Dušan Kopecký, Ph.D., ústav fyziky a měřicí techniky VŠCHT Praha (karel.kadlec@vscht.cz) Tab. 8. Přednosti a omezení radiačních hustoměrů Přednosti Omezení a nevýhody –  bezkontaktní způsob měření (montáž vně potrubí), –  vykazují minimální poruchovost, –  uplatnění ve velmi těžkých provozních podmínkách, při kterých jiné metody nevyhovují, tj. při měření hustoty kapalin se značným obsahem nečistot, velmi agresivních kapalin a kapalin s velkou viskozitou, a to i při extrémních teplotách a tlacích včetně vakua, při vibracích technologického zařízení apod. –  měřené médium by nemělo obsahovat bubliny plynu; příčinou znatelných chyb jsou také usazeniny na stěnách, –  nevýhodou je nutnost chránit obsluhu před účinky radioaktivního ozáření a povinnost zajistit pravidelné kontroly zařízení předepsané zákonem   Tab. 9. Přednosti a omezení IČ senzorů při měření metodou reflexe Přednosti Omezení a nevýhody –  nedestruktivní, bezdotykové měření, –  schopnost měřit velkou rychlostí velmi malé hodnoty vlhkosti (asi do 10 %), –  měření vlhkosti výrobků přímo na pásových přepravnících –  vyžadují empirickou kalibraci pro daný typ materiálu, –  měří zejména povrchovou vlhkost, –  problémy se mohou vyskytnout při měření nehomogenních materiálů a materiálů tvořených částicemi o různých rozměrech   Tab. 10. Přednosti a omezení mikrovlnných reflexních vlhkoměrů Přednosti Omezení a nevýhody –  nedestruktivní, bezdotykové měření, –  schopnost pronikat do větší hloubky materiálu, –  velmi rychlá odezva, –  měření vlhkosti výrobků přímo na pásových přepravnících a v potrubí, –  možnost využití při vysokých požadavcích na čistotu a hygienu –  vyžadují empirickou kalibraci pro daný typ materiálu   Tab. 11. Přednosti a omezení bezdotykových detektorů úniku plynů Přednosti Omezení a nevýhody –  vysoká citlivost a selektivita stanovení, –  možnost detekovat malé úniky plynů i na velké vzdálenosti a na těžce dostupných místech, –  možnost snímat širokou oblast testovaného prostoru, –  rychlý a efektivní postup testování, –  potenciálně jedovaté či výbušné plyny lze odhalit z bezpečné vzdálenosti, –  možnost detekovat úniky v terénu z jedoucího vozidla –  s laserovými spektrofotometry nelze měřit proti obloze (vždy se musí měřit proti aparatuře či stavbě), –  vysoká cena       

Bezdotykové snímače provozních veličin – přednosti a omezení (část 1)

Karel KadlecV příspěvku jsou uvedeny charakteristické rysy bezdotykových a dotykových snímačů provozních veličin, podrobněji jsou popsány principy vybraných bezdotykových snímačů (snímače teploty, polohy hladiny, průtoku a složení) a diskutovány jejich přednosti a omezení. This paper presents characteristics of contactless and contact sensors of process variables, describes in more details principles of selected contactless sensors (temperature sensors, level sensors, flowmeters and analytical sensors), and discusses their advantages and limitations. 1. Obecně o bezdotykových snímačíchJedním z hledisek, podle kterého lze rozdělovat snímače, je skutečnost, zda snímač je nebo není přímo v kontaktu s měřeným médiem. Podle toho se rozlišují snímače:dotykové (kontaktní) – některá konstrukční část snímače je v přímém kontaktu s měřeným médiem a je nutné počítat se vzájemným ovlivňováním vlastností snímače a měřeného prostředí,bezdotykové (bezkontaktní) – nepřicházejí do přímého styku s měřeným médiem, snímač neovlivňuje měřenou veličinu a měřené médium nepůsobí na materiál snímače. Bezdotykové snímače nejčastěji využívají principy elektromagnetické indukce (snímače indukční), šíření záření a ultrazvuku (snímače optické a ultrazvukové) či změny magnetického a elektrického pole (snímače magnetické a kapacitní). Bezdotykové snímače se obecně používají k vyhodnocování polohy částí strojů, materiálů či výrobků, k měření posunutí, vzdálenosti, úhlu (natočení rotujících částí strojů), frekvence otáčení, ale i k měření dalších provozních (procesních, technologických) veličin, jako jsou teplota, poloha hladiny, průtok a složení provozního média, s nimiž se lze často setkat v chemicko-technologických či potravinářských a dalších výrobách. Předložený příspěvek je věnován právě této skupině bezdotykových snímačů, jejich přednostem a omezením. Bezdotykové snímače mají mnoho předností a díky vyloučení mechanického opotřebení vykazují vysokou spolehlivost, přesnost i dlouhou životnost. Při jejich využití je však nutné se zamyslet i nad případnými omezeními a nevýhodami. Při rozhodování o využití bezdotykových snímačů je vhodné posoudit tato hlediska:existence možnosti bezdotykového měření dané veličiny,schopnost bezdotykového měření poskytnout objektivní informaci o měřené veličině,vliv přítomnosti dotykového snímače v měřeném médiu na hodnotu měřené veličiny a vzájemné působení provozního média a materiálu snímače,dynamické vlastnosti snímače. 2. Bezdotykové snímače teplotyBezdotykové měření teploty je oblast, ve které bylo díky elektronice a optice dosaženo značného pokroku. Přenosné bezdotykové teploměry nacházejí široké uplatnění při detekci tepelných ztrát a poruch, při kontrole potrubních systémů, nádrží apod. K měření rozložení teploty na povrchu objektů a k diagnostickým účelům se stále častěji využívají termokamery, které patří k nejmodernější termodiagnostické technice. Při bezdotykovém měření se teplota vyhodnocuje z intenzity infračerveného záření vyzařovaného měřeným objektem. Toto záření je optickým systémem soustředěno na vhodný detektor, jehož elektrický signál je dále zpracován v elektronických obvodech. K bezdotykovému měření teploty se využívají jednak bezdotykové teploměry (IČ teploměry, pyrometry), které poskytují obvykle číslicový výstup na displeji, a jednak termokamery (IČ termokamery, termovizní kamery), jejichž výstupem je termogram na displeji termokamery. 2.1 Přístroje pro bezdotykové měření teplotyZjednodušené blokové schéma uspořádání IČ teploměru a termokamery je na obr. 1. Tepelné záření vyzařované měřeným objektem se soustřeďuje optickou soustavou na detektor IČ záření měřicího přístroje. Optická soustava většinou funguje i jako filtr a musí propouštět záření požadovaných vlnových délek. Termokamera pracuje na principu bezdotykového měření teploty, a princip funkce je tedy stejný jako u IČ teploměrů. Zásadní rozdíl je v tom, že IČ teploměr vyhodnocuje teplotu v jednom bodě (přesněji řečeno vyhodnocuje průměrnou teplotu v určité oblasti), zatímco termokamera vyhodnocuje teplotní pole na povrchu celých objektů (obr. 1). Většina současných typů termokamer využívá tzv. maticové (mozaikové) detektory. Rozdíl je tedy takový, že v pyrometru je použit jeden senzor IČ záření, v termokameře je maticový detektor, obsahující velký počet jednotlivých senzorů tepelného záření [1]. Jako senzory infračerveného záření se používají senzory teploty, u nichž IČ záření vyvolává změnu teploty, která se poté vyhodnocuje. Takovým senzorem je např. mikrobolometr (miniaturní odporový teploměr), který mění elektrický odpor v závislosti na intenzitě dopadajícího záření. Senzory teploty pracují v široké oblasti vlnových délek a nevyžadují chlazení detekčního systému. Dále se používají kvantové fotonové senzory (fotodiody a fotorezistory), které poskytují po dopadu IČ záření elektrický signál (změna napětí či elektrické vodivosti). Kvantové detektory jsou citlivější než detektory teploty, vyžadují většinou chlazení a detekují záření jen v úzkém rozsahu spektra. Elektronické obvody řízené mikroprocesorem vypočítávají teplotu na základě změřeného zářivého toku dopadajícího na detektor. Většina IČ teploměrů má displej, na kterém je možné číst naměřené hodnoty v požadovaných jednotkách, zobrazit maximální a minimální teplotu v jistém časovém intervalu, vypočtenou průměrnou teplotu, rozdíl teplot, nastavenou emisivitu a popř. i další údaje. Výstupem termokamery je barevný obraz na monitoru – termogram. Počet zobrazených bodů na termogramu odpovídá počtu senzorů na maticovém detektoru a každý bod termogramu obsahuje informaci o teplotě. Hodnotu emisivity, popř. dalších korekcí zadává operátor prostřednictvím obslužné klávesnice. Běžnou součástí bezdotykového teploměru je zaměřovací systém, který umožňuje zaměřit přístroj na žádanou oblast měřeného objektu. K zaměření se v současné době nejčastěji používají laserové zaměřovače, které na měřeném objektu vizuálně vyznačí viditelnou stopu. Bodový laser vymezuje přibližně střed měřeného terče, dvojitý laser vymezuje průměr měřeného terče, kruhový nebo křížový laser vymezuje přibližně plochu měřeného terče. 2.2 Chyby při bezdotykovém měření teplotyJednou z hlavních příčin chybných výsledků měření je nesprávné zaměření snímané plochy měřeného objektu. Při měření musí plocha měřeného objektu zcela vyplňovat zorné pole pyrometru. Je-li tato podmínka splněna, není výsledek měření závislý na vzdálenosti přístroje od měřeného objektu. Jestliže měřený objekt zorné pole přístroje nevyplňuje, je naměřená teplota váženým průměrem teploty objektu a jeho pozadí (váha je dána podílem ploch). Další faktory, které jsou zdrojem chyb při bezdotykovém měření teploty, jsou:charakter povrchu měřeného objektu (lesklý, drsný, barevný, černý nebo také transparentní) – chyby lze kompenzovat nastavením emisivity,odraz záření z rušivých zdrojů (zdrojem záření mohou být všechny předměty v okolí měření) – chyby lze u některých přístrojů kompenzovat nastavením tzv. odražené teploty,zdroj tepelného záření za transparentním měřeným objektem,prostředí mezi měřeným povrchem a IČ teploměrem (prostupnost prostředí ovlivní např. CO2, vodní pára, prach aj.), popř. měření přes okno propustné pro IČ záření. Při měření bezdotykovým teploměrem je třeba mít vždy na zřeteli, že IČ teploměr nebo termokamera měří teplotu povrchu objektu; k měření vnitřní teploty je zapotřebí použít vhodný dotykový teploměr. Pro předcházení chybným výsledkům měření je rovněž nezbytná pravidelná kontrola a případná kalibrace bezdotykového teploměru. 3. Bezdotykové snímače polohy hladinyZjišťování polohy hladiny kapalin a sypkých hmot v zásobnících a provozních nádobách, jako jsou různé tanky, zásobní a provozní nádrže, destilační kolony, odparky, krystalizátory, mísicí nádoby apod., je v provozní praxi jednou z velmi častých úloh. Různorodost požadavků na měření hladiny se odráží ve velkém počtu měřicích metod a přístrojů od jednoduchých, jako je plovák, až po moderní, mezi něž patří i bezdotykové snímače – hladinoměry optické, ultrazvukové, radarové a radioizotopové. 3.1 Optické hladinoměryPrincip optických snímačů polohy hladiny může být založen na využití průchodu, odrazu nebo lomu paprsků viditelného, infračerveného nebo laserového záření [1]. Snímače, které využívají laser, pracují na podobných principech jako radarové (mikrovlnné) hladinoměry a jsou vhodné pro bezkontaktní měření polohy hladiny v náročných podmínkách. Laserové snímače mohou využívat pulzní metodu měření nebo měření frekvenčně modulovanou kontinuální vlnou, které budou zmíněny u radarových snímačů polohy hladiny. V dalším textu jsou uvedeny především snímače pracující se zářením ve viditelné a IČ oblasti. Transmisní (absorpční) snímače využívají průchod paprsku viditelného nebo IČ záření skrz průhlednou či průsvitnou nádobu (ze skla či plastu) nebo přes vhodné okénko. Snímač může pracovat jako mezní spínač nebo může monitorovat hladinu spojitě (obr. 2). Konstrukční části snímače sice nejsou v přímém kontaktu s měřeným médiem, to je však v kontaktu s okénky, na nichž by neměly ulpívat nečistoty a usazeniny. Reflexní snímače využívají pro detekci polohy hladiny odraz paprsků viditelného či IČ světla od hladiny měřeného média, kterým může být jak kapalina, tak i sypká látka (obr. 3). Paprsek světla je směrován k povrchu měřeného média a odráží se zpět směrem k detektoru, který je umístěn ve stejném pouzdru jako světelný zdroj. Tento typ snímače pracuje jako bezdotykový a lze jej použít v případech, kdy je parní prostor čistý. Funkci spínače významně ovlivňují změny v charakteru odrazivosti povrchu měřeného média. Refrakční snímače, které využívají lom světla na rozhraní dvou optických prostředí, patří do snímačů dotykových. 3.2 Ultrazvukové hladinoměryUltrazvukové hladinoměry využívají několik principů. Při spojitém měření polohy hladiny se měří doba průchodu ultrazvukové vlny od vysílače přes odraz od hladiny zpět k přijímači a z naměřené doby se při známé rychlosti šíření ultrazvuku v daném prostředí vypočítá vzdálenost. K limitnímu měření polohy hladiny se využívá jednak útlum (absorpce) ultrazvukových vln v závislosti na složení prostředí, kterým ultrazvuk prochází, jednak měření odrazu ultrazvuku přes stěnu nádoby [1]. Na obr. 4 je nakresleno schéma ultrazvukového hladinoměru, který využívá měření doby šíření ultrazvukového impulzu. Měřicí zařízení tvoří generátor a vysílač ultrazvukového signálu, přijímač ultrazvuku a elektronické vyhodnocovací zařízení. Vysílač a přijímač ultrazvukových impulzů tvoří konstrukční celek, obvykle umístěný v horní části nádrže. Funkci celého zařízení řídí generátor pulzů. Na počátku měřicího cyklu je z vysílače vyslán ultrazvukový impulz, který se po odrazu od hladiny vrací k přijímači. Doba t naměřená elektronickým obvodem závisí na rychlosti ultrazvuku c v daném prostředí a na délce dráhy ultrazvuku L, a tím i na poloze hladiny. Poloha hladiny h se stanovuje odečtením naměřené dráhy L od maximální vzdálenosti Lmax (vzdálenost ke dnu nádrže). 3.3 Radarové hladinoměryRadarové hladinoměry pracují analogicky jako ultrazvukové hladinoměry, využívají však mikrovlnné záření. Mikrovlnné záření je elektromagnetické vlnění o frekvencích 1 až 300 GHz. U radarových hladinoměrů se využívají frekvence v rozmezí 5,8 až 26 GHz. Rychlost šíření mikrovln odpovídá rychlosti světla. Ve vakuu je to 3·108 m·s–1, v jiných médiích je rychlost závislá na permitivitě materiálu. Kvalita odrazu mikrovln závisí na permitivitě povrchu. Téměř dokonale se vlnění odrazí od povrchu hladiny dobře vodivé kapaliny. Při dopadu mikrovlnného záření na elektricky vodivý povrch nastane zkrat elektrického pole a vlnění je účinně odraženo. U elektricky nevodivých kapalin (organické látky) účinnost odrazu významně záleží na hodnotě relativní permitivity média [1]. Radarové hladinoměry lze rozdělit na dvě skupiny, a sice na bezkontaktní a kontaktní. U bezkontaktních radarových hladinoměrů se mikrovlny šíří plynným prostředím nad hladinou měřeného média, u kontaktních radarů se mikrovlny šíří vlnovodem, který je ve styku s měřeným médiem. Bezkontaktní pulzní radarový hladinoměr pracuje s krátkými mikrovlnnými impulzy s frekvencí např. 6 GHz a s dobou trvání asi 1 ns, které jsou pomocí antény vysílány směrem k hladině měřeného média (obr. 5). Na hladině se vlna částečně odrazí zpět k vysílači a částečně prochází do druhého prostředí. Měří se čas potřebný k průchodu elektromagnetických vln z vysílače k hladině (t1) a zpět k přijímači (t2). Podle této doby je metoda označována jako TOF (Time Of Flight). Z doby, která uplyne mezi vysláním a přijetím elektromagnetické vlny (t = t1 + t2) se stanoví poloha hladiny h. Další vysílaný impulz následuje po přestávce, která je potřebná pro příjem odražené vlny (tzv. echa). Po dobu přestávky je vysílač přepnut do funkce přijímače. Jedna perioda měření trvá řádově 106 s. Při technické realizaci tohoto principu se objevují problémy měření velmi krátkých úseků času. Při požadavku měřit polohu hladiny s chybou menší než 1 mm je nutné měřit čas s rozlišením 6·1012 s. Vzhledem k velkým požadavkům na přesnost měření času u pulzního radaru je vhodnějším řešením radar s rozmítaným spojitým signálem. Tento radar využívá frekvenční metodu, která je založena na vysílání spojitého signálu s proměnnou frekvencí (FMCW – Frequency Modulated Continuous Wave). Předností frekvenční metody je skutečnost, že se vyhodnocuje rozdíl frekvencí (řádově v kilohertzích), který lze stanovit velmi přesně, což umožňuje stanovit polohu hladiny s přesností až ±1 mm [1]. 3.4 Radioizotopové hladinoměryRadioizotopové hladinoměry využívají skutečnost, že intenzita radioaktivního záření klesá úměrně s tloušťkou vrstvy materiálu mezi zářičem a detektorem. Vyhodnocuje se tedy zeslabení svazku ionizujícího záření při jeho průchodu monitorovaným hmotným prostorem. Měřicí zařízení tvoří radioaktivní zářič a detektor záření s elektronickými obvody. Intenzita záření dopadající na detektor závisí na tloušťce vrstvy měřeného materiálu. Jako radioaktivní zářiče se používají zdroje záření gama, které velmi dobře proniká materiálem, ale nemá schopnost jej aktivovat (vyvolávat jeho radioaktivitu). Lze je proto používat i k měření v potravinářském průmyslu. Aby nebyly nutné časté kalibrace, používají se izotopy s delším poločasem rozpadu, např. Co 60 (poločas 5,5 roku) nebo Cs 137 (poločas 30,5 roku). Zářič musí být opatřen olověným ochranným krytem tloušťky několik desítek centimetrů. K detekci záření se používá buď Geigerův-Müllerův detektor nebo citlivý scintilační detektor s fotonásobičem. Scintilační detektory jsou citlivé na teplotu (neměla by překročit hodnotu přibližně +55 ºC). K dispozici jsou systémy s automatickou kompenzací poločasu rozpadu zářiče, které nevyžadují v podstatě žádnou údržbu, a vybavené chlazením detektoru, které mohou pracovat i při zvýšené teplotě. Na obr. 6 je znázorněno limitní a spojité měření polohy hladiny v nádrži. Při limitním měření se skokově mění absorpce radioaktivního záření, při spojitém měření se s polohou hladiny mění tloušťka vrstvy materiálu. Důležitou předností radioizotopových hladinoměrů je možnost montovat zářič i přijímač na vnější stranu stěn zásobníku. Příklad takového bezkontaktního měření s využitím scintilačního detektoru je na obr. 6c. 4. Bezdotykové snímače průtokuPro měření průtoku a proteklého množství tekutin je k dispozici mnoho přístrojů, které jsou založeny na různých fyzikálních principech. Je to dáno tím, že existují velké rozdíly v chemických i fyzikálních vlastnostech průmyslových tekutin a v podmínkách i účelu měření. Bezdotykové snímače lze nalézt mezi průtokoměry ultrazvukovými a indukčními. 4.1 Ultrazvukové průtokoměryPodle vyhodnocení ultrazvukového (UZ) signálu se ultrazvukové průtokoměry rozdělují do dvou hlavních skupin:průtokoměry s vyhodnocováním doby průchodu signálu (transit-time flowmeters),průtokoměry využívající Dopplerův jev. U každé z těchto skupin lze nalézt další podrobnější způsoby členění. Z hlediska montáže průtokoměru do potrubního systému se rozeznávají:provedení se smáčenými (zásuvnými) snímači (in-line), které jsou pevnou součástí měřicí trubice,provedení s příložnými snímači (clamp-on), kdy snímače jsou přikládány na stěnu potrubí; v tomto případě jde o bezdotykové měření. 4.1.1 Průtokoměry s vyhodnocením doby průchodu signáluUltrazvukový průtokoměr je tvořen měřicí trubicí, ve které je zabudován jeden nebo několik párů vysílače a přijímače ultrazvukového signálu. Průtokoměry jsou velmi často konstruovány v diferenčním zapojení, kdy je ultrazvukový signál vysílán jednak ve směru, jednak proti směru proudění. Schéma takového průtokoměru se dvěma páry vysílače a přijímače ultrazvukových impulzů je na obr. 7. Vysílač V1 vysílá impulzy ve směru proudění, vysílač V2 proti směru proudění. Ultrazvukový impulz vyslaný vysílačem V1 se šíří rychlostí c + v cos α kdec je rychlost šíření ultrazvuku v daném prostředí,v střední rychlost proudícího média. Rychlost šíření impulzu od vysílače V2 je c – v cos α Doby mezi vysláním a přijetím impulzu pro jednotlivé dvojice vysílače a přijímače jsou t1 a t2 a lze je vyčíslit jako podíl vzdálenosti L a příslušné rychlosti. Z naměřeného rozdílu Δt = t2 – t1 lze vypočítat rychlost proudícího média a jeho objemový průtok [1]. 4.1.2 Průtokoměry využívající Dopplerův jevPrůtokoměr založený na Dopplerově jevu lze použít v případě, že proudící médium obsahuje částice odrážející zvuk, tj. např. pevné částice či bubliny plynu v kapalině. Bez přítomnosti těchto částic nemůže průtokoměr tohoto typu pracovat. Průtokoměr se skládá z vysílače a přijímače ultrazvuku, které mohou být připevněny na jedné nebo obou stranách potrubí. Ultrazvukový signál o známé frekvenci přibližně 1,2 MHz je vysílačem vysílán do proudící kapaliny (obr. 8). Vysílaný signál se odráží od pohybující se částice či bubliny a při zachycení odraženého signálu přijímačem je vyhodnocována změna frekvence přijatého signálu. Rozdíl mezi oběma frekvencemi je úměrný rychlosti proudícího média. Vhodným zpracováním signálu lze zjistit střední rychlost průtoku. Elektroakustické měniče ultrazvukového průtokoměru mohou být v těsném bezprostředním styku s měřenou kapalinou – tak tomu je u průtokoměrů se zásuvnými (smáčenými) snímači (obr. 9a). Mohou však být instalovány na potrubí z vnějšku – u průtokoměrů s příložnými snímači (clamp-on; obr. 9b). Příložné průtokoměry měří bezdotykově a neovlivňují měřený průtok, protože nezasahují do proudícího média. Mohou být na potrubí instalovány, aniž by bylo nutné přerušit provoz. S výhodou je lze využít k měření průtoku kalů a znečištěných tekutin, které běžným průtokoměrům způsobují těžkosti. Pro potravinářský a farmaceutický průmysl je důležité, že měření je naprosto hygienické, nehrozí žádná kontaminace média a nemůže ani docházet k usazování kalů v průtokoměru. Při čištění a sanitaci potrubí není třeba brát na průtokoměr žádný ohled – nehrozí nebezpečí jeho poškození nebo zničení. 4.2 Laserový senzor rychlosti proudění využívající Dopplerův jevNovinkou mezi bezdotykovými senzory je senzor LaserFlow, který měří průtok v průtočném profilu bezkontaktním laserovým senzorem na principu Dopplerova jevu a polohu hladiny ultrazvukovým senzorem (obr. 10a). Senzor LaserFlow využívá pokročilý princip měření rychlosti laserovým paprskem v jednom nebo několika bodech pod hladinou (obr. 10b) a s využitím pokročilého softwaru lze zohlednit rozložení rychlostí v průtočném profilu [2], [3]. Senzor LaserFlow je vhodný k měření průtoku mělkých vod ve velkých i malých potrubích, k monitorování různých druhů odpadních vod v kanálech i potrubích, měření průtoku ve výrobním procesu, v zavlažovacích kanálech, k měření průtoku dešťové vody apod. 4.3 Indukční průtokoměryTéměř ve všech publikacích je měřicí princip indukčního průtokoměru vysvětlen na základě Faradayova indukčního zákona, podle kterého vzniká napětí jako důsledek časové změny magnetického toku při pohybu vodiče v magnetickém poli. Jiné vysvětlení principu měření, které je bližší fyzikální podstatě děje, vychází z působení Lorentzova zákona, který určuje magnetické síly působící na náboj q, jenž se pohybuje v magnetickém poli o indukci B rychlostí v, a elektrické síly působící na tento náboj v elektrickém poli o intenzitě E [4]. V proudící vodivé kapalině jsou v dostatečné koncentraci obsaženy nabité částice (ionty), které se pohybují ve směru proudění. Síla Fm vyvolaná magnetickým polem, která působí vychýlení iontu s nábojem q (při rychlostí v a indukci B), je dána vektorovým součinem Fm = q(v×B). (Poznámka: veličiny, které mají charakter vektoru, jsou vyznačeny tučně). Tato síla způsobí vychýlení nábojů směrem k elektrodám umístěným ve stěně potrubí o průměru d. Vychýlené náboje vytvoří na elektrodách rozdíl potenciálů o napětí U. Hodnota intenzity elektrického pole je pak dána napětím na elektrodách U a  jejich vzdáleností d |E| = U/d Síla Fe vyvolaná elektrickým polem je podle Lorentzova zákona dána součinem intenzity elektrického pole a náboje Fe = qE Síly Fm a Fe působí proti sobě a pro rovnováhu platí |q(v×B)| = qU/d Za předpokladu, že spojnice elektrod je kolmá k rovině vektorů B a v, pro vektorový součin platí U = Bdv což je formálně stejný vztah jako vztah odvozený podle Faradayova zákona [4]. Průtokoměr tvoří tři základní komponenty: měřicí trubice, elektromagnet a elektrody (obr. 11). Tyto prvky jsou vestavěny do pouzdra, které musí být v souladu s provozními podmínkami. Měřicí trubice je vyrobena z nemagnetického materiálu (korozivzdorná ocel, keramika, plast). Je-li trubice z vodivého materiálu, musí být opatřena izolační výstelkou (pryž, keramika, teflon či jiné plasty), která izoluje snímací elektrody od vodivých částí měřicí trubice. Snímací elektrody snímají signální indukované napětí a jsou v přímém kontaktu s proudící kapalinou. Soustava elektrod bývá nejčastějším zdrojem závad, které jsou vyvolány korozí či abrazí elektrod, zanášením úsadami anebo porušením jejich těsnosti. Někteří výrobci nabízejí indukční průtokoměry s kapacitními elektrodami, které nejsou v kontaktu s měřeným médiem (obr. 11b). Měřicí elektronika vyhodnocuje náboj vyvolaný pohybující se kapalinou v magnetickém poli, který vzniká na izolovaných plošných elektrodách. Signál z kapacitních elektrod lze použít i pro vyhodnocení zaplnění trubice kapalinou, a proto přístroje vybavené kapacitními elektrodami mohou měřit i při neúplném zaplnění měřicí trubice. Kapacitní elektrody jsou integrovány ve výstelce, nejsou v kontaktu s měřenou kapalinou, a proto nemohou být znečištěny např. tukem plovoucím na hladině měřeného média [5]. (Článek vznikl na základě přednášky přednesené na konferenci ARaP 2016, www.arap.cz.) Literatura:[1] KADLEC, Karel, Miloš KMÍNEK, Pavel KADLEC a kol. Měření a řízení v potravinářských a biotechnologických výrobách. Ostrava: Key Publishing, 2015. ISBN 978-80-7418-232-7.[2] TELEDYNE ISCO. LaserFlow™ Non-contact Velocity Sensor: Advanced laser Doppler technology for non-contacting area velocity flow measurement. [online]. Lincoln, USA: Teledyne Isco [cit. 2016-08-19]. Dostupné z: www.isco.com/products/products3.asp?PL=2022720[3] TECHNOAQUA. Isco bezkontaktní rychlostní senzor LaserFlow [online]. Dolní Břežany: Technoaqua, s. r. o., 2006 [cit. 2016-08-19]. Dostupné z: www.technoaqua.cz/underwood/download/files/isco-bezkontaktni-laserflow-rychlostni-senzor.pdf[4] ĎAĎO, Stanislav. Měřicí obvody indukčních průtokoměrů (část 1). Automa. FCC Public, 2005, 11, s. 41–47. ISSN 1210-9592.[5] KROHNE. Optiflux 7300: Magneticko-indukční průtokoměr s kapacitními elektrodami a keramickou výstelkou [online]. Duisburg: Krohne, 2011 [cit. 2016-08-19]. Dostupné z: http://cdn.krohne.com/dlc/TD_OPTIFLUX7300_cs_111031_4001701201_R01.pdf (pokračování příště) doc. Ing. Karel Kadlec, CSc.,Ústav fyziky a měřicí techniky VŠCHT Praha(karel.kadlec@vscht.cz)  Obr. 1. Blokové schéma IČ teploměru a termokameryObr. 2. Transmisní hladinoměry: a) mezní spínač, b) spojité snímání hladinyObr. 3. Reflexní spínač hladinyObr. 4. Princip ultrazvukového hladinoměruObr. 5. Princip radarového hladinoměruObr. 6. Radioizotopové hladinoměryObr. 7. Ultrazvukový průtokoměr s vyhodnocením doby průchodu signálu (transit-time)Obr. 8. Princip Dopplerova průtokoměruObr. 9. Zásuvný a příložný snímač ultrazvukového průtokoměruObr. 10. Laserový senzor rychlosti proudění využívající Dopplerův jev: a) měření rychlosti a polohy hladiny, b) vícebodové měření rychlostního profilu laserem (upraveno podle [3])Obr. 11. Měření s kontaktními a bezkontaktními kapacitními elektrodamiTab. 1. Přednosti a omezení bezdotykových teploměrů Přednosti Omezení a nevýhody – zanedbatelný vliv měřicího zařízení na objekt, – možnost měřit rychlé změny teploty, – možnost měřit rotující a pohybující se objekty, – možnost snímat rozložení teplot na celém povrchu objektu (termokamera) – měří se pouze teplota povrchu objektu, – chyby způsobené nejistotou stanovení emisivity objektu, – chyby způsobené propustností prostředí (absorpce tepelného záření v prostředí mezi objektem a IČ teploměrem – sklo, CO2, vodní pára, dým), – chyby způsobené odraženým zářením z okolí  Tab. 2. Přednosti a omezení ultrazvukových hladinoměrů Přednosti Omezení a nevýhody – absence pohyblivých součástí, – bezkontaktní spojité měření, – možnost instalovat z vnější strany nádrže bez porušení těsnosti, – nezávislost na elektrické vodivosti a dielektrických vlastnostech, – kompaktní provedení snímačů, – rozlišovací schopnost až 1 mm, přesnost měření řádu desetin % měřicího rozsahu – ovlivnění signálu v přítomnosti těžkých par a prachu, – rušivé působení turbulentního povrchu hladiny a přítomnosti pěny, – ve vakuu se zvuk nešíří a ultrazvukové hladinoměry není možné využívat již při tlacích menších než 60 kPa  Tab. 3. Přednosti a omezení bezdotykových radarových hladinoměrů Přednosti Omezení a nevýhody – pracují bez pohyblivých mechanických součástí, – vysoká přesnost (±1 mm) a spolehlivost, – i pro velmi náročné provozní podmínky (vysoká teplota, tlak, agresivní prostředí), – vhodné i pro měření velmi viskózních a lepivých médií, pro pasty a kaly, pro zkapalněné plyny i těkavé a agresivní kapaliny – nevhodné pro kapaliny s nízkou permitivitou, – poměrně vysoká cena zařízení  Tab. 4. Přednosti a omezení radioizotopových hladinoměrů Přednosti Omezení a nevýhody – bezkontaktní měření (montáž vně nádrže), – nezávislost na teplotě a na tlaku, – nezávislost na změnách chemického složení média, – minimální poruchovost i ve ztížených podmínkách, – uplatnění v náročných provozních podmínkách, při kterých jiné metody nevyhovují, – měření látek silně agresivních, viskózních, při extrémních teplotách a tlacích i ve vakuu, v prostředí s nebezpečím výbuchu, při vysoké prašnosti i při vibracích nádoby – nutnost chránit obsluhu před účinky radioaktivního ozáření, – povinnost zajistit pravidelnou kontrolu ve smyslu příslušných zákonných předpisů  Tab. 5. Přednosti a omezení ultrazvukových průtokoměrů Přednosti Omezení a nevýhody – široký rozsah měřených průtoků, – vhodné i pro velké průměry potrubí, – žádné překážky v toku, – žádné pohyblivé části, – nevykazuje tlakové ztráty, – rychlá odezva, – možnost měřit znečištěná média, – možnost instalovat snímač vně potrubí (vlastnosti snímače nejsou ovlivňovány proudící tekutinou), – možnost měřit v obou směrech – s Dopplerovým jevem jen pro zakalená a znečištěná média, – s měřením doby průchodu jen pro relativně čisté tekutiny, – nejistota měření závisí na profilu proudění, – změny teploty a hustoty ovlivňují ultrazvukový signál, – tekutina musí být akusticky transparentní, – potrubí musí být zaplněné, – turbulence, víření a pulzace průtoku mohou ovlivnit ultrazvukový signál, – přímé potrubí 10 až 20D před měřidlem a 5D za ním, – vyšší cena  ab. 6. Přednosti a omezení laserového senzoru rychlosti proudění Přednosti Omezení a nevýhody – jedno- nebo vícebodové měření pod hladinou kapaliny, – bez nutnosti manuálně profilovat rychlost, – obousměrné měření rychlosti – měřené médium by mělo obsahovat rozptýlené pevné částice nebo bubliny plynu  Tab. 7. Přednosti a omezení indukčních průtokoměrů s kapacitními elektrodami Přednosti Omezení a nevýhody – žádné překážky v toku média, dokonalá těsnost měřicí trubice, – nevykazuje tlakové ztráty, – velmi dobrá odolnost proti erozi, – nezávislost na změnách viskozity, hustoty, tlaku a turbulencích, – velmi dobrá dlouhodobá stabilita a přesnost, – možnost měřit v obou směrech, – vhodný pro úlohy s velkými požadavky na hygienu v potravinářství nebo ve farmacii, – vhodné i k měření agresivních médií, znečištěných kapalin a kalů, – značný rozsah měření průtoku pro velké rozpětí průměrů, – na rozdíl od snímačů s klasickými elektrodami nevyžadují zcela zaplněné potrubí, – nevznikají problémy s usazováním nečistot na elektrodách a vytváření nevodivých povlaků nebo vodivých povlaků na trubce měřidla – pouze pro elektricky vodivé kapaliny, – doporučuje se přímé potrubí 5D před měřidlem a 3D za ním, – doporučuje se správné uzemnění snímače, – vyšší cena  

Modernizace řídicího systému energetického centra v pivovaru Staropramen

Článek popisuje projekt modernizace řídicího systému energetického centra v pivovaru Staropramen se zaměřením na úspory energie a technických médií. Cílem bylo nahradit starý systém, který už neumožňoval další technický rozvoj, a přitom z něj využít co nejvíce dosud funkčních prvků. Dalšími cíli bylo realizovat přenos dat o spotřebě energie do centrálního systému vlastníka pivovaru a umožnit vizualizaci stavu provozu a spotřeby energie prostřednictvím webových prohlížečů.  Jeden z nejvýznamnějších pivovarských koncernů, společnost Molson Coors, která na českém trhu vlastní dva pivovary – pivovar Staropramen a pivovar Ostravar –, se na konci roku 2015 rozhodl modernizovat původní monitorovací a řídicí systém energetického centra v pivovaru Staropramen na základě nejnovějších světových trendů. Jako dodavatel integrovaného systému pro monitorování a řízení energetického centra pivovaru Staropramen byla v roce 2016 v mezinárodním výběrovém řízení vybrána společnost SIDAT.  Cíle projektu Primárním cílem projektu byla náhrada systému monitorování spotřeby energií, vytvořeného na bázi produktu Energomat (od firmy Energo Dolní Benešov), a realizace některých úprav na systému řízení strojovny chlazení, které se zavedením nového řešení systému monitorování souvisely. Navzdory své nesporné dlouholeté funkčnosti bylo totiž dosavadní řešení již technicky zastaralé. Z tohoto pohledu byl problematický zejména další rozvoj systému. Překážkou byla např. obtížná integrace moderních měřidel vybavených datovou komunikací či nemožnost implementovat rozhraní na přenos energetických dat do dalších systémů, v tomto případě do korporátního systému eSight (viz dále). Dalším cílem bylo vytvoření centrálního archivačního serveru energetických a provozních dat, který by sloužil pro periodické zasílání informací do centrálního monitorovacího systému eSight vlastníka pivovaru, společnosti Molson Coors. Specifickým, avšak provozně velmi důležitým třetím cílem bylo kompletní zobrazování technologických obrazovek, zobrazování historizovaných měřených veličin a tvorba časových a poměrových reportů (ukazatelů KPI) ve webovém prohlížeči, a to jak pro platformu PC, tak pro platformu mobilních zařízení. Výchozí stav zde tvořilo měření přibližně 250 energetických veličin, jejichž měřicí body byly rozmístěny ve dvanácti lokálních sběrných jednotkách propojených běžnou kroucenou telefonní dvojlinkou. Z provozního pohledu bylo tak nutné celý dosavadní systém na bázi systému Energomat transformovat do nového systému, a to postupně, bez ztráty archivovaných dat a zejména bez ztráty dohledu nad energetickým centrem pivovaru v období před začátkem letní výrobní sezony.  Požadovaná koncepce a navržené řešení Na koncepci řešení měly podstatný vliv některé požadavky zadavatele řešení, společnosti Molson Coors. Jako hlavní archivační server pro sběr provozních dat byl stanoven real-time server iHistorian společnosti GE, pro výběr ostatních komponent řešení byly z důvodu kompatibility se stávajícími řídicími a vizua­lizačními systémy, které již v pivovaru existují, doporučeny produkty ze sortimentu automatizačních prvků společnosti Siemens. Na rozdíl od dosavadního propojení komunikační linkou RS-485 byla jako komunikační sběrnice propojující jednotlivé sběrné uzly požadována síť na platformě Ethernet. Koncepce řešení byla stanovena s přihlédnutím k těmto specifickým požadavkům a pro jednotlivé části byla navržena v souladu s aktuálními technickými a optimalizačními možnostmi. Celková koncepce řešení je na obr. 1.  Sběr dat z výrobního procesu Jednotlivé měřicí přístroje (elektroměry, průtokoměry apod.) jsou připojeny buď digitálním pulzním signálem, nebo komunikačním protokolem na bázi sítě Ethernet. Měřicí přístroje, které mají jako výstup pouze impulzy indikující spotřebované množství (elektrická energie, voda, pára, CO2 atd.), jsou připojeny do malých programovatelných automatů S7-1200, jež jsou umístěny v samostatných rozváděčích. Součástí rozváděče je také ethernetový switch, který dovoluje připojit další měřidla, jež mají přímý výstup komunikačním protokolem. Z důvodu sjednocení se používá protokol Modbus TCP. Ve vlastním PLC Simatic S7-1200 je nainstalováno standardizované programové vybavení, které umožňuje převádět pulzní signály na aktuální a kumulovanou hodnotu a dále archivuje poslední naměřené hodnoty pro eliminaci případného výpadku komunikační sítě. Současně tato nová PLC také nahradila původní vstupně-výstupní moduly systému Energomat. Byla tak zachována kompletní kompatibilita nového systému řízení a monitorování energií s výrobními řídicími systémy. Sběrná PLC jsou připojena na nově dobudované rozšíření stávající průmyslové komunikační sítě Ethernet. Tato komunikační síť propojuje řídicí systémy jednotlivých technologických celků pivovaru a nyní je určena nejen pro sběr energetických a provozních hodnot, ale také pro přenos informací o množství vyráběného piva v hektolitrech nebo popř. údajů, které jsou důležité pro výpočet energetických ukazatelů a ukazatelů KPI.  Operátorská úroveň a archivace dat Vzhledem ke kumulované funkci systému bylo nutné do systému zařadit část, která bude operátorům zobrazovat stav výroby v reálném čase a umožní realizovat funkce klasických systémů HMI/SCADA. Při analýze současných produktů a jejich možností se ukázalo, že těmto požadavkům nejlépe vyhoví standardní produkt společnosti Siemens WinCC realizovaný v několikaobrazovkové konfiguraci klient-server. Tento systém je v pivovaru používán i v jiných technologických úsecích. Na platformě tohoto produktu byly vytvořeny operátorské obrazovky pro monitorování a řízení provozu energetiky. Současně byla tato úroveň rozšířena i o obrazovky umožňující řízení čtvrthodinového maxima. Pro vlastní řízení výroby jsou použity standardní tzv. tlusté klienty. Vzhledem k požadavku na možnost sledovat data na ostatních zařízeních prostřednictvím webového portálu byla tato instalace WinCC rozšířena o modul WinCC WebUX (obr. 3), který umožňuje sledovat operátorské obrazovky prostřednictvím webového portálu. V této aplikaci byly vytvořeny zjednodušené verze obrazovek s využitím jako webový online monitor provozu technologických částí pivovaru. Současně s provozem systému WinCC a jeho webových částí se veškerá provozní energetická data archivují v systému iHistorian společnosti GE. Tento server je na dálku přístupný vlastníku pivovaru, přičemž hodnoty jednotlivých archivovaných spotřeb energií jsou z této historizační databáze periodicky přenášeny do centrálního monitorovacího energetického systému eSight. V prostředí produktu eSight je následně umožněno uživatelům sledovat energetické bilance výroby v globálním pohledu.  Serverová infrastruktura Pro serverovou infrastrukturu bylo po­užito řešení, které společnost SIDAT úspěšně implementuje již několik let. Jde o řešení, ve kterém na jednom centralizovaném serveru v prostředí virtuálních počítačů VM Ware běží všechny systémy, tedy jak server, tak i klienty systému WinCC a historizační server iHistorian GE. Toto řešení redukuje počet běžných PC, která je třeba udržovat. Je sice spojeno s vyšší vstupní investicí, z dlouhodobého hlediska však snižuje náklady na provoz a údržbu. Vizua­lizační stanice, pro něž jsou použity jednoduché terminály, na kterých není instalováno žádné speciální softwarové vybavení, se následně připojují k jednotlivým virtuálním počítačům prostřednictvím vzdálené plochy.  Integrovaný webový portál SIDAS IEM Přestože produkt eSight nabízí uživatelům značné množství funkcí pro práci s hodnotami energetických veličin, bylo třeba celé řešení rozšířit o aplikaci, která by prostřednictvím webového portálu uživateli umožňovala operativní práci s hodnotami energetických a provozních veličin, a to zejména webové online zobrazování a uživatelskou tvorbu reportů. Po důkladné analýze byl pro realizaci této úlohy zvolen vlastní produkt společnosti SIDAT s názvem SIDAS IEM. S využitím funkcí tohoto osvědčeného produktu byl pro tento projekt SIDAS IEM zkonfigurován tak, aby jako zdrojovou databázi využíval instalovanou historizační databázi GE iHistorian. Proto uživatel může prohlížet historická data uložená v databázi GE iHistorian prostřednictvím webového prohlížeče. Produkt SIDAS IEM dále uživateli nabídl možnost rozčlenit energetická měření do jednotlivých skupin podle technologických celků. Díky tomuto členění je poté možné vytvářet jednotlivé kumulované kalkulované veličiny, kterými je možné hodnotit spotřeby jednotlivých technologických celků. Tyto kumulované kalkulované veličiny lze zobrazovat formou online zobrazení nebo z nich, obdobně jako je tomu u měřených veličin, vytvářet sestavy – tzv. reporty (obr. 4). Reporty v principu představují nejdůležitější část celého řešení. Běžně je možné vytvářet reporty, které obsahují měřené základní energetické veličiny, souhrnné veličiny podle technologických celků nebo specifické kalkulované veličiny zobrazené v čase, tj. v denním, týdenním či měsíčním snímku s grafickým a tabulkovým výstupem. Součástí řešení SIDAS IEM je také možnost generovat reporty s poměrovými ukazateli, kdy reporty zobrazují energetické veličiny přepočtené na jednotky produkce jednotlivých technologických center.  Realizace projektu Projekt byl realizován v období několika měsíců. Postupně byly připojovány jednotlivé moduly původního systému Energomat na nová PLC S7-1200 a paralelně oživovány nové operátorské obrazovky v systému WinCC nebo WinCC WebUX. Současně byly stanovovány energetické veličiny v systémech GE iHistorian, SIDAS IEM a eSight. Díky spoluúčasti pracovníků pivovaru Staropramen se i přes značný rozsah projektu podařilo celý systém postupně oživit a uvést do plného provozu v první polovině roku 2016. Nyní se celý realizační tým soustřeďuje na připojování dalších energetických a provozních veličin a také na automatizované získávání veličin využívaných pro výpočty poměrových ukazatelů (KPI) z většiny technologických celků.  Hlavní poznatky, které vyplynuly z realizace projektu Celková náročnost projektu byla v rozsahu přibližně jednoho tisíce člověkohodin. Během realizace se potvrdilo, že základem úspěšného vyřešení projektu v takovémto rozsahu je zejména důsledná příprava realizačních podkladů. Dodavatel projektu se v tomto případě v první řadě soustředil na podrobnou inventuru jednotlivých měřicích bodů a související infrastruktury, v rámci níž byl původní systém sběru dat provozován. Neméně důležité bylo i vyhodnocení toho, co z dosavadního řešení bude možné využít a které části budou muset být nahrazeny. Oba tyto kroky vyžadovaly také značnou součinnost pracovníků uživatele, neboť původní instalace procházela mnohaletým vývojem a dostupnou dokumentaci bylo v mnoha případech nutné doplnit i historickými souvislostmi, které na papíře ani jinou formou podchyceny nebyly.  Radim Novotný, Miroslav Dub, Sidat Obr. 1. Koncepce řešení Obr. 2. Velín chlazení v pivovaru Staropramen Obr. 3. Systém pro webovou vizualizaci WinCC WebUX Obr. 4. Reporty ze Staropramenu  Ekonomické úspory i ochrana životního prostředí Značné investice do modernizace provozů, které mají za cíl ekonomické úspory i zajištění splnění nejvyšších standardů ohleduplnosti k okolnímu prostředí – to jsou jedny z priorit společnosti Pivovary Staropramen. Výsledkem těchto snah je dlouhodobé snižování spotřeby energií, vody a emisí CO2. Za posledních osm let česká pivovarnická dvojka do provozu pivovarů Staropramen a Ostravar investovala přes jednu miliardu korun. Pivovary skupiny Molson Coors se zavázaly do roku 2020 výrazně snížit spotřebu energií a vody. „Už nyní dosahujeme výsledků, které jsou v rámci skupiny nejlepší, a podle dostupných informací se na špici držíme i ve světovém měřítku, nicméně si dobře uvědomujeme, že je zde stále prostor pro zlepšení,“ říká Zdeněk Lux, vrchní sládek pivovaru Staropramen, kde už mnoho let funguje tzv. ekologický modernizační program. Ten stojí na čtyřech základech – snižování spotřeby energie, snižování hlučnosti provozů, redukce prašnosti a omezení rizika havárií a úrazů na pracovišti. V jeho rámci byly např. v roce 2010 vyměněny chladicí věžě pivovaru Staropramen, což vedlo k poklesu hluku způsobovaného provozem pivovaru. Velký důraz společnost Pivovary Staropramen věnuje i dlouhodobé snaze o snižování spotřeby vody, která je pro pivovar klíčová. A tento úkol se daří plnit. Společnosti se v rámci pivovaru Staropramen za posledních pět let podařilo snížit spotřebu vody ze 4,9 na 3,5 hl na 1 hl uvařeného piva. Tím se Pivovary Staropramen řadí mezi domácí špičku. (Molson Coors) Rozhovor s Martinem Havlem, manažerem technických služeb, a Petrem Fedorem, procesním inženýrem energetiky pivovaru Staropramen Mohli byste prosím stručně představit váš pivovar? Pivovar Staropramen je spolu s pivovarem Ostravar součástí firmy Molson Coors. Pivovar byl založen 23. října 1869 a v současné době vaříme kromě piv značek Staropramen a Braník v licenci také piva značek Asahi a Stella Artois. Kapacita ročního výstavu je tři miliony hektolitrů.  Proč jste nebyli spokojeni se starým systémem řízení energetiky? Nemůžu říci, že bychom s ním nebyli spokojeni. Systém Energomat od firmy Energo Dolní Benešov u nás sloužil od roku 1991 k naší plné spokojenosti.  Jaký tedy byl důvod pro jeho náhradu novým systémem? Společnost Molson Coors velmi dbá na snižování negativního vlivu výroby na životní prostředí. Po začlenění do Molson Coors jsme potřebovali náš řídicí systém napojit na manažerský informační systém celého koncernu, aby bylo možné sledovat efektivitu našeho pivovaru, porovnávat ji s ostatními závody a hodnotit její vývoj v čase, a současně jsme chtěli vytvořit rozhraní, které by informovalo pracovníky přímo v provozu, jak efektivně vyrábějí. Ukázalo se, že splnění těchto požadavků by bylo se systémem Energomat obtížné. Pro Molson Coors bylo důležité, aby byl nový systém kompatibilní s databází iHistorian od GE, kterou koncern používá jako základ informačního systému ve všech pivovarech, které vlastní.  To znamená, že jako databázi používáte iHistorian, a jak je v článku popsáno, k ní přistupují uživatelé prostřednictvím rozhraní eSight. K čemu je tedy vlastně třeba Sidas IEM? Sidas je nástroj pro technické řízení provozu energetiky. Aplikace eSight zobrazuje ekonomické a provozní informace, zatímco Sidas sbírá, zobrazuje a zpracovává hodnoty teplot, tlaků, průtoků, aktuální spotřeby, doby provozu kompresorů, čtvrthodinových maxim atd. Zpočátku jsme si kladli podobnou otázku, ale zjistili jsme, že bez nástroje jako Sidas se neobejdeme, eSight pro technické řízení provozu použít nelze.  To znamená, že Sidas IEM je určen pro operátory energetiky, zatímco eSight pro pracovníky výroby a také jejich manažery? Ano, to je přesné. Naším cílem nebylo zavést eSight, abychom splnili požadavky koncernu, ale abychom využili lokální možnosti snižování spotřeby energie a médií. Aplikaci eSight používají především operátoři výrobních linek jednotlivých provozů. Ti mají, nebo budou mít, po dokončení celého projektu modernizace díky eSight aktuální přehled o tom, kolik produktu vyrobili a kolik při tom spotřebovali energie, tlakového vzduchu, vody, oxidu uhličitého atd. Operátor linky nepotřebuje znát tak detailní technické informace jako operátor energetiky, který používá Sidas, ale potřebuje si dát do souvislostí typ a množství vyráběného produktu se spotřebou energie a médií. Aplikace eSight má i výstupy pro manažery, ale pro nás je cenné zvláště to, že je to nástroj pro operátory v provozu. Když po nich požadujeme, aby se zajímali nejen o to, zda jejich linka pracuje, ale také o to, jak efektivně pracuje, musíme jim dát potřebné informace, ale přitom je nesmíme přetěžovat podrobnostmi, které možná stejně nedokážou ani sledovat, ani ovlivnit. Proto v současné době sledujeme spotřebu pro jednotlivé produkty a receptury a podle nich vytváříme pásma optimální spotřeby. Operátor potom vidí, zda se pohybuje v doporučených limitech, a jestliže ne, může začít situaci řešit.  Je tedy operátor nějak hmotně zainteresovaný na tom, aby nejen plnil plán výroby, ale také nepřekračoval doporučenou spotřebu? Dříve to nebylo možné, protože ruční sledování spotřeby a následné vyhodnocování neumožňovalo operátorům získat včas potřebné informace. Nyní systém zavádíme, to znamená, že teprve stanovujeme cílové limity spotřeby a učíme operátory, jak se systémem zacházet, jak zkontrolovat, zda jsou v něm zadané správné výchozí údaje atd. Jestliže spotřeba převyšuje stanovenou hodnotu, operátora nepostihujeme, ale diskutujeme o možných příčinách, aby se situace vyřešila. Ne všechno mohou ovlivnit provozní pracovníci: velký vliv má také konkrétní receptura, typ balení a různé vlivy okolí. Postupně tedy sbíráme data a celý systém zdokonalujeme. Systém byl spuštěn na konci loňského roku, ale s firmou Sidat jsme se dohodli o pokračování prací ještě v následujících třech letech: do systému potřebujeme doplnit ještě další měřicí body, abychom mohli správně hodnotit efektivitu jednotlivých linek.  Co konkrétně ještě chybí? Dokážeme dobře měřit spotřebu elektřiny, vody, CO2, ale například neměříme ještě spotřebu tlakového vzduchu. Umíme sice změřit výkon kompresorů, ale neumíme změřit spotřebu jednotlivých linek a jejich zařízení. Bez doplnění dalšího měření není možné vyhodnotit efektivitu spotřeby výrobních linek a bez toho nemůžeme diskutovat s příslušnými operátory o tom, zda je třeba například lépe dodržovat technologické postupy, nebo bránit únikům vzduchu lepší údržbou. Dále probíhá instalace měření tepla pro všechny podstatné spotřebiče. V třetí etapě potom k oddělenému měření spotřeby celých linek a celků (sklady, kancelářské budovy, restaurace, návštěvnické centrum, muzeum apod.) doplníme i měření spotřeby rozhodujících strojů s největší spotřebou: myček, tunelových pastérů apod.  Proč jste se rozhodli právě pro Sidat? Sidat vyhrál naše výběrové řízení. Našimi kritérii byly kromě splnění technických podmínek zadání také perspektiva dlouhodobé spolupráce, garance servisu a technické podpory, záruka bezpečného zálohování dat a výhodná cena. Při finálním rozhodování potom hrály svou roli také dobré zkušenosti z předchozích projektů. To znamená, že pořizovací cena není na prvním místě? Na prvním místě jsou technické parametry a záruka, aby realizace projektu proběhla včas a bez problémů. Cena je také důležitá – modernizace může pokračovat jen tak rychle, jak nám to rozpočet dovolí. Důležitější je ale návratnost vynaložených prostředků. Na základě nezávislé studie jsme v mezinárodním měřítku z hlediska efektivity mezi pivovary v první desítce: spotřeba vody je 3,5 hl, spotřeba elektřiny je 6,15 kW a tepla 49 MJ na hektolitr prodaného piva, ale naše cíle jsou ještě ambicióznější. Z hlediska spotřeby je negativním faktorem šíře sortimentu a omezené velikosti výrobních šarží, protože přechody mezi jednotlivými druhy piva jsou energeticky náročné a vlastně neproduktivní. Jenže zákazníci pestrý sortiment požadují. Proto je pro nás systém měření spotřeby tak důležitý: pomáhá nám optimalizovat spotřebu energie a médií i při častých změnách výroby. Od nového systému si dále slibujeme, že nám pomůže při hledání i malých možností úspor. Často jde o jednoduché a levné úpravy. Dříve jsme si mohli myslet, že nám mohou přinést úsporu několika procent, ale skutečnou velikost úspor jsme neuměli ověřit. Nyní můžeme zjistit skutečnou úsporu na pilotním projektu například na jednom stroji nebo lince, a když změříme, že to opravdu stojí za pozornost, můžeme změnu realizovat v rámci celého podniku. Bez podrobného měření bychom možnosti těchto drobných úspor často ani neuměli najít, natož ověřit jejich návratnost.  Můžete na závěr shrnout hlavní cíle celého projektu modernizace řízení energetiky? Hlavním cílem pro nás je to, abychom dokázali všechny zaměstnance zapojit do našeho programu snižování spotřeby energie a médií. Chceme, abychom na případné problémy dokázali reagovat co nejdříve a odstraňovat jejich příčiny. Kontinuální měření parametrů médií, například čistoty CO2, také pomáhá udržovat vysokou kvalitu výroby. Nový systém nám zaprvé umožňuje snižovat náklady na energie a média a zadruhé nám pomáhá chovat se společensky odpovědně a ohleduplně k životnímu prostředí.  Děkuji Vám za rozhovor(Rozhovor vedl Petr Bartošík.) 

Snímače tlaku s čelní membránou

K měření tlaku ve specifických provozech, jako je výroba potravin, léků, chemikálií apod., se používají speciální snímače tlaku, jejichž přehled je uveden v tabulkách na str. 37 až 39. Tento článek přibližuje způsoby připojení těchto snímačů k potrubí, nádobě nebo zařízení. Při měření tlaku v průmyslu je v některých případech třeba senzorický systém měřidla oddělit, aby nebyl v kontaktu s měřeným médiem. To je nutné např. tam, kde se vyskytují: –   agresivní tekutiny, –   silně viskózní kapaliny, –   tekutiny s pevnými částicemi, např. sedimentující kaly, –   horké tekutiny, které tuhnou nebo krystalizují při poklesu teploty, –   požadavky na dokonalé pročištění systému. V praxi se oddělení obvykle řeší použitím membrány, která je umístěna v čele procesního připojení, tedy čelní membrány. Procesním připojením se rozumí konstrukční celek, který slouží k připojení měřidla k potrubí nebo nádobě. Z hlediska použitých principů bývá čelní membrána koncipována buď jako měřicí, anebo jako oddělovací – ta společně s procesním připojením a pracovní kapalinou vytváří funkční celek zvaný membránový oddělovač. Měřicí čelní membrána Měřicí čelní membrána je nejen určena k oddělení měřeného média od vnitřního prostoru snímače, ale sama je zároveň i funkčním deformačním členem. Na lícovou stranu membrány působí měřené médium, zatímco na její rubové straně je vytvořen měřicí systém, který převádí výchylku membrány na vhodnou elektrickou veličinu. Toto uspořádání se zpravidla využívá u keramických měřicích membrán, na jejichž rubové straně jsou vytvořeny tenzometrické nebo kapacitní snímací obvody (obr. 1). Limitujícím faktorem je utěsnění keramického senzoru, které musí být dost měkké, aby kompenzovalo rozdílnou teplotní roztažnost materiálů, a zároveň musí být řešeno tak, aby ve styčných spárách nemohl ulpívat produkt. Materiál těsnění musí mít vyhovující životnost a chemickou odolnost, a to s ohledem na rozsah provozních teplot. Dalším limitujícím faktorem je materiál keramické měřicí destičky. Keramické materiály mají sice vysokou chemickou odolnost i při vysokých teplotách, ale jsou porézní. Proto je třeba pro některá média volit materiály s vysokou hutností. Nejčastěji používaný oxid hlinitý (Al2O3) má pro běžné účely hutnost 96 %, pro některá média je třeba sáhnout po membráně z kvalitnějšího materiálu s hutností 99,9 %. Existují i měřidla s čelní měřicí membránou z korozivzdorné oceli. Jejich výhodou je skutečnost, že membrána může být přivařena k tělu procesního připojení. Příkladem je přímoukazující mechanický tlakoměr typu PG43SA-S od firmy WIKA. U elektronických převodníků tlaku je však tato koncepce málo obvyklá. Oddělovací membrány a jejich vlastnosti Oddělovací membrána slouží k oddělení dvou tekutých médií. Z jedné strany na ni působí kapalina nebo plyn, jejichž tlak se měří, a na druhé straně je pracovní kapalina, která tlak přenáší do měřicího ústrojí tlakoměru. Membránový oddělovač je buď koncipován jako nedílná součást tlakoměru či převodníku tlaku, anebo je to samostatný konstrukční prvek, který může být namontován k měřidlu tlaku jako přídavné zařízení. Pro membránový oddělovač (anglicky chemical seal, německy Druckmittler) se někdy používá termín přenašeč tlaku. Materiály oddělovacích membrán a procesního připojení Z hlediska odolnosti má rozhodující význam materiál, z něhož je vytvořena membrána a další součásti procesního připojení, které jsou ve styku s měřeným médiem (wetted parts neboli smáčené součásti). Nejčastěji se využívá korozivzdorná ocel jakosti podle ČSN 17349 (AISI 316L, resp. 1.4404 nebo 1.4435) nebo podle ČSN 17347 (AISI 316Ti, resp. 1.4571). Tyto ušlechtilé oceli obsahují molybden, který však není vhodný při měření tlaku určitých látek (např. kyseliny dusičné), a proto jsou někdy nahrazovány jinými typy korozivzdorných ocelí jakosti podle ČSN 17240 (AISI 304, resp. 1.4301) anebo ČSN 17247 (AISI 321, resp. 1.4541). Membrány bývají zhotoveny i z dalších materiálů, jako jsou tantal, titan, nikl a slitiny Hastelloy C-276, Inconel, Monel aj. Kromě toho se používají kovové membrány s různými povlaky: nejčastěji povlak PTFE, ale i povlaky ze zlata, tvrdých nitridů apod. Pro měření tlaku agresivních kyselin a louhů se v konstrukci procesního připojení s výhodou využívají plasty. Limitujícím faktorem je ovšem jejich mechanická odolnost, která strmě klesá nejen se zvyšující se teplotou, ale i s mrazem. Proto by výrobci měli v katalogu uvádět i pokles pevnosti v závislosti na teplotě. Vzdálené oddělovače Důležitou roli pro uživatele může hrát i vzdálenost mezi procesním připojením (resp. místem, v němž se tlak měří) a umístěním samotného snímače. Někdy se proto volí uspořádání zvané vzdálený oddělovač (remote chemical seal). V tomto případě je membránový oddělovač spojen se snímačem tlaku kapilárou. Snímač pak může být umístěn mimo dosah nepříznivých vlivů a tím je chráněn např. před vysokou teplotou či vibracemi. Vzdálené oddělovače se používají také při měření rozdílů tlaků, kdy je třeba hodnoty obou dvou měřených tlaků přenášet do snímače ze dvou vzájemně odlehlých míst. Pracovní kapaliny a přípustná teplota použití Při použití snímačů s oddělovací membránou může být důležitý i druh pracovní kapaliny, která přenáší tlak od oddělovací membrány do měřicího ústrojí snímače. Jako pracovní kapaliny se nejčastěji používají silikonové oleje: běžné typy olejů jsou určeny pro po­užití v teplotách od –40 do přibližně +200 °C, zatímco speciální silikonové oleje snášejí teploty –90 až +400 °C. Do potravinářských provozů jsou vhodné speciální druhy oleje, např. olej NEOBEE M20, který je schválen FDA jako syntetická přísada do potravin. Pro zařízení pracující s kyslíkem a chlorem se používá speciální kapalina halokarbon. Prostor, který je vyplněn pracovní kapalinou, musí být před zaplněním dokonale odplyněn, a proto se zaplnění provádí ve vakuu; stejně důležité je i předchozí odplynění pracovní kapaliny. Z tohoto důvodu se musí systém kompletovat a zaplnit na pracovišti se speciálním vybavením. Zvláště přísné požadavky jsou kladeny na měřicí systémy určené do oblasti podtlaků. Jaká je přípustná provozní teplota? Výrobce většinou uvádí přípustnou teplotu okolí, zákazník v zadání zase obvykle uvádí teplotu média. Pro provoz snímače je limitující skutečná teplota na oddělovací anebo měřicí membráně snímače, která leží v rozmezí mezi teplotou média a teplotou okolí. Tuto teplotu musí odhadnout uživatel či projektant a je na nich, aby zvolili vhodný typ procesního připojení – protože právě procesní připojení je faktor, který nejvíce ovlivní přenos tepla mezi technologickým zařízením a tělesem snímače. Nejpoužívanější typy procesního připojení Existuje široká nabídka různých procesních připojení. Většina z nich vychází z konstrukce spojovacích dílů potrubí. Výběr připojení je dán konstrukčními zvyklostmi, kterými se řídí výrobce daného strojního zařízení: určité typy např. převládají v pivovarech a s jinými se lze setkat v petrochemickém průmyslu. Některé typy procesních připojení vycházejí z obecně platných norem, jiné byly zavedeny jako standard dominantními výrobci a po nich se také jmenují (např. APV), ale kromě toho existují i procesní připojení, u nichž žádný standard neexistuje a každý výrobce používá vlastní konstrukci. U většiny typů procesního připojení je k dispozici několik rozměrů (jmenovitých velikostí). Při volbě velikosti je třeba mít na zřeteli, že čím má být měření citlivější a stabilnější, tím větší membránu je vhodné použít. U malých membrán výrobce nenabízí měření nízkých tlaků anebo je nabízí jen se sníženou přesností. Samostatnou skupinu tvoří procesní připojení určená do potravinářských a farmaceutických provozů, která musí vyhovovat specifickým požadavkům. Tato připojení mají být konstruována tak, aby produkt, jehož tlak se měří, neulpíval ani na membráně nebo okolo ní, ani v jednotlivých součástech procesního připojení a aby bylo možné připojení čistit stejným postupem, kterým se pročišťuje celé výrobní zařízení. Zpravidla jde o tzv. sanitaci, čisticí postup označovaný zkratkami CIP (cleaning in place) nebo SIP (sterilization in place). Je to postupné proplachování systému zředěnou kyselinou dusičnou a následně zředěným hydroxidem sodným, a to obvykle při teplotě blížící 100 °C. Jiným rozšířeným způsobem čištění je dezinfekce horkou párou. Těmto způsobům čištění musí odpovídat po­užité materiály i konstrukční řešení. Zásady pro konstrukci, provoz a montáž přístrojů určených pro styk s potravinami a s léčivy určují standardy sdružení 3-A SSI (Sanitary Standard Incorporation). Procesní připojení používaná v potravinářství vycházejí vesměs z konstrukce spojovacích dílů potrubí a jsou s nimi kompatibilní. Potravinářské šroubení podle DIN EN 11851 Jde zřejmě o nejobvyklejší druh procesního připojení (obr. 2). Sestavu tvoří závitové hrdlo s kuželovým vybráním, do něhož se jako protikus vkládá kuželové hrdlo s převlečnou maticí. Závit je oblý podle DIN 405, resp. ČSN 01 4037 a jeho průměr je kótován v milimetrech s označením Rd. Stoupání tohoto závitu je udáváno počtem závitů na palec. Těsnění se vkládá do drážky ve dně kuželového vybrání. Membránový oddělovač bývá zpravidla umístěn v kuželovém hrdle tohoto připojení, a patří k němu tudíž převlečná matice. Někdy bývá konfigurace opačná a membránový oddělovač má podobu závitového hrdla; převlečná matice pak náleží k protikusu. Velikost šroubení se udává v milimetrech a obvyklé rozměry jsou DN25, DN32, DN40 a DN50. Rozměry DN15, DN65 a větší jsou pro měření tlaku málo obvyklé. Tri-Clamp podle DIN 32676, resp. Clamp podle ISO 2852 Je to oddělovač, jehož tvar je odvozen od tvaru potrubních hrdel, která se spojují rychloupínacím třmenem (Clamp) – viz sestava na obr. 3 vpravo. Velikost oddělovače se většinou popisuje rozměrem trubky, k níž hrdla náležejí. Trubky se vyrábějí podle několika norem, což vnáší do označování velikosti procesního připojení nejednoznačnost. Porovnání norem a interpretace rozměrů jsou uvedeny v tab. 1. V tomto článku bude pro tento oddělovač používán název Clamp. Vnější rozměry oddělovačů o velikosti DN25, DN32 a DN40 (tj. 1" a 1/2") jsou totožné, a tak jsou procesní připojení těchto rozměrů vzájemně zaměnitelná, je však třeba dbát na správnou velikost membrány. Průměr membrány Dm by neměl být větší než vnitřní průměr protilehlého hrdla dTR, resp. než průměr otvoru v těsnění (obr. 3 vlevo). Clamp a šroubení podle DIN EN 11851 jsou v potravinářství nejrozšířenějšími typy procesního připojení. Šroubení podle SMS 1145 V některých detailech je šroubení podle švédské normy SMS (Swedish Manufacturing Standard) (obr. 4) podobné potravinářskému šroubení DIN EN 11851: závitové spojení s převlečnou maticí rovněž obsahuje oblý závit Rd, ale rozměrová řada závitu je jiná, takže převlečné matice nejsou vzájemně zaměnitelné. Dosedací plochy závitového dílu a příslušného protikusu jsou ploché. Těsnění je uloženo v drážce obdélníkového průřezu a má na sobě výběžek, který vyplňuje prostor mezi dosedacími plochami. Velikost šroubení se udává v palcích: 1", 1 1/2", 2"; větší rozměry jsou u snímačů tlaku málo obvyklé. Potravinářská šroubení IDF/ISS a APV-RJT Potravinářská šroubení typů IDF/ISS a APV-RJT se skládají se závitového dílu a dílu s převlečnou maticí. Podobně jako u šroubení výše uvedených může být membrána umístěna jak na dílu s převlečnou maticí (female), tak na dílu s vnějším závitem (male). Těsnění je tvarováno tak, aby mezi dosedacími plochami a těsněním nezůstávaly kouty, v nichž by ulpíval produkt. Převlečné matice jsou šestihranné. V případě šroubení IDF/ISS je použit nestandardní závit IDF (velikost se udává v palcích), ve šroubení APV-RJT je závit Whit­worthův. Aseptické připojení podle DIN 11864 Byla to nejspíš snaha vyhnout se speciálně tvarovanému těsnění a dosáhnout spoje bez koutů a skulin kolem těsnění, která vedla ke vzniku tohoto procesního připojení a k jeho vzrůstající oblibě. Těsnicím prvkem je O-kroužek. Tvar navazujících dosedacích ploch je zvolen tak, aby při plném dotažení spoje O-kroužek mírně vyhřezl z drážky, takže nevznikne skulina ani kout, v nichž by mohl ulpívat produkt. Těsnicí plochy jsou popsány normou DIN 11864/A, což odpovídá tvaru pro O-kroužek. Podle způsobu spojení se rozlišují tři typy (viz obr. 5): –   tvar 1 – šroubení s převlečnou maticí s oblým závitem; rozměrová řada závitů Rd je stejná jako u šroubení DIN EN 11851, –   tvar 2 – dvojice kruhových přírub spojených svorníky, –   tvar 3 – spojení podle standardu Clamp, tj. s rychloupínacím třmenem; vnější rozměry jsou shodné jako u připojení Clamp, takže lze použít shodné upínací třmeny, avšak tvar dosedacích ploch je úplně odlišný. U všech tří zmíněných typů se rozlišuje mezi dvěma protikusy odlišného tvaru: jeden díl má drážku (grove), druhý díl má výstupek (notch). Membrána se častěji umísťuje na díl s drážkou. Aseptické připojení NEUMO BioControl®, Varivent®, DRD, APV-In Line Připojení na obr. 6 až obr. 9 mají jednu společnou vlastnost: jsou konstruována tak, aby membrána ležela v jedné rovině s vnitřním povrchem potrubí nebo nádoby. Cílem je, aby nevznikal žádný mrtvý prostor (výduť nebo kout), který by při pročišťování nebyl dostatečně oplachovaný. Pro toto připojení se používají příruby s tubusem v různém provedení. Čelní plocha tubusu je na obvodu těsněna O-kroužkem, jenž se opírá o přesně tvarovaný břit vytvořený na hraně protikusu. U typu Varivent (obr. 7) je spojení zajištěno pomocí rychloupínacích třmenů (clamp), ostatní jsou obměnami přírubového spojení. Součástmi připojení typů NEUMO BioControl a Vari­vent jsou speciálně tvarované potrubní díly, které umožňují vsadit procesní připojení většího rozměru (průměry 50 a 65 mm) do potrubí relativně malého průřezu při zachování spolehlivé sanitovatelnosti. Univerzální adaptéry Zatímco většinu procesních připojení vymysleli výrobci potrubí a jeho příslušenství, firma Endress+Hauser přišla v 80. letech 20. století na trh se snímači Deltapilot s vlastním plně sanitovatelným „univerzálním adaptérem“ (obr. 10). Tělo procesního připojení v podobě válcového dříku o průměru 44 mm je na čelní straně zakončeno kuželovým zúžením a membránou o průměru 38 mm. Kuželová plocha se vsazuje do shodně tvarovaného vybrání v protikusu a utěsňuje se tvarovým pryžovým kroužkem. Tvar těsnění a dosedacích ploch je volen tak, že membrána dokonale lícuje v ploše protikusu. Spojení je zajištěno převlečnou maticí s potravinářským šroubením DN40. Univerzálnost adaptéru spočívá v tom, že protikus je dodáván buď jako díl určený k přivaření do stěny potrubí či nádoby, nebo jako přechodový díl (redukce) na několik typů potravinářských připojení: Clamp 2", Varivent N, šroubení DIN11851 DN40 a DN50 anebo přírubu DRD. Toto řešení umožnilo uživatelům snížit množství skladových zásob a obsáhnout mnoho procesních připojení jedním snímačem a několika adaptéry. V současné době se používá v podstatě pouze s navařovacími protikusy, i když přechodové díly pro jiná připojení jsou stále k dispozici. S podobným řešením posléze přišli výrobci Krohne (procesní připojení F40), ifm (Aseptoflex Vario) a WIKA (typ 910.1). Procesní připojení pro homogenizéry Charakteristickými znaky připojení pro homogenizéry jsou delší válcový dřík s membránou poměrně malého průměru (obvykle do 25 mm) a větší měřicí rozsah, zpravidla v řádu desítek megapascalů. Nápadným znakem je i masivní upevňovací trámec se dvěma otvory pro šrouby (obr. 11); některé varianty používají i kruhové příruby. Trámec bývá na oddělovači obvykle navlečen bez možnosti sejmutí, protože se opírá o nákružek na dříku. Důmyslnější varianty jsou řešeny tak, že se nákružek podkládá dělenou podložkou, která zapadá do osazení v otvoru tvořícím průchod v trámci, takže trámec lze sejmout. Některé membránové oddělovače pro homogenizéry obsahují i hydraulický tlumič s kataraktem, který zajišťuje ochranu měřidla před tlakovými rázy. Rozměry procesního připojení pro homo­genizéry nejsou upraveny žádnou národní nebo mezinárodní normou a jejich vzájemnou kompatibilitu je nutné vždy prověřit.   Ostatní procesní připojení Procesní připojení se závitovým dříkem a čelní membránou Tato procesní připojení spoří místo i náklady, protože protikusem je nátrubek s vnitřním závitem, tedy jeden z nejlevnějších potrubářských dílů. K nejžádanějším patří závit G1/2" (obr. 12). Na čelo závitového dříku G1/2" se však vejde membrána o průměru maximálně 18 mm. Tak malou membránu lze použít jenom pro větší rozsahy měřeného tlaku – bez podstatné ztráty přesnosti přibližně od 0,2 MPa. Lepšího výsledku se dosáhne použitím membrán z velmi tenkých fólií; nejtenčí používané membrány z korozivzdorné oceli mají tloušťku 0,02 mm, ale ty se snadno poškodí třeba i pouhým dotekem prstu. Připojení se závitovým dříkem je používáno v rozměrech od G1/2" do G2". Lze se setkat i s metrickými závity s jemným stoupáním: obvykle od M20×1,2 („manometrový závit“) až po M36×3. Z hlediska provozu je důležitý způsob utěsnění (obr. 13). Časté je utěsnění vně závitu: obvykle podle DIN 3852. Nevýhodou je, že měřené médium (produkt) se dostává do závitu, kde může zatuhnout. Proto se závit utěsňuje, a to buď těsnicí páskou navinutou v závitu, nebo tmelem pro těsnění závitů. Nejčistším řešením je utěsnit spojení v blízkosti membrány, např. okolo čelní plochy závitového dříku. K tomu je třeba, aby tvar protikusu korespondoval s tvarem procesního připojení na snímači. V tomto ohledu neexistují obecně platné standardy, a proto je třeba používat protikusy (návarky) nabízené výrobcem snímače. Přírubové spojení Rozměry přírub používaných u procesních připojení snímačů tlaku se řídí buď normou EN 1092-1 (dříve DIN 2501, resp. ČSN 13 1160), která udává rozměry v milimetrech a tlakovou třídu v megapascalech (popř. v barech), anebo normou ANSI B16.2, kde se rozměry udávají v palcích a tlaková třída v librách na čtvereční palec. Nejčastější úpravou těsnicích ploch je „hrubá těsnicí lišta“ (RF), méně obvyklé jsou příruby s perem či drážkou. Pro menší jmenovité průměry a nižší tlakové třídy jsou rozměry přírub shodné nezávisle na tlakové třídě (např. při průměru DN50 se pro tlakové třídy od PN10 do PN40 používají příruby stejných rozměrů), ale u větších průměrů už k tak široké shodě rozměrů přírub nedochází. Přírubové procesní připojení umožňuje vy­užít větší rozměr membrán. To je zapotřebí, má-li se dosáhnout co nejmenšího zkreslení tlaku na oddělovací membráně, jako je tomu např. při měření rozdílů tlaků, anebo má-li být membrána opatřena povlaky, které zvyšují její korozní odolnost. Povlaky a přidané vrstvy zvětšují tuhost membrány, takže se správné funkce dosahuje větším průměrem. Jestliže se z důvodu zvláštní korozní odolnosti používají membrány ze speciálních a drahých materiálů, jako je tantal, titan, nikl, Hatselloy, Monel apod., membránou se pokryje i těsnicí plocha, díky čemuž jediným materiálem ve styku s médiem zůstane materiál membrány (obr. 14). Kvůli úspoře dražších materiálů se někdy místo plných přírub používají tzv. sendviče (v angličtině známé pod označením cell, pancake nebo wafer type), viz obr. 15. Sendviče se k potrubí upevňují pomocí přítlačné příruby. Aby se dosáhlo lepšího omývání membrán měřeným médiem a aby se zabránilo vzniku mrtvého prostoru, v němž by se médium mohlo usazovat či v něm zatuhnout, umísťují se někdy membrány na tzv. tubusy; v angličtině se používá termín extended diaphragm (obr. 16). Nestandardní příruby s tubusy (papírenské oddělovače, oddělovač IDSF) Snaha šetřit místem a materiálem vedla k používání nestandardních přírub, a to hlavně v těch případech, kde membrána musí být umístěna do blízkosti protékajícího produktu, podobně jako je to provedeno u standardních přírub s tubusem. To je třeba např. při měření tuhnoucích produktů v papírenských provozech. Jako protikus membránového oddělovače slouží atypický přivařovací protikus (špalek), k němuž se membránový oddělovač upevňuje věncem šroubů zašroubovaných v neprůchozích závitových dírách. Aby nemusel být protikus příliš masivní a tubus dlouhý, je třeba použít větší množství šroubů malého průměru (obr. 16). Oddělovač IDSF má membránu umístěnou co nejblíže k vnitřnímu povrchu potrubí a těsnění co nejblíže membráně. Dosedací plocha přivařovacího protikusu je upravena tak, aby lícovala s vnějškem potrubí. Průtočné oddělovače trubkové (flow-thru, in-line) U této kategorie se rozlišují dvě koncepce. U první je oddělovač s trubkovou membránou zhotoven tak, že membrána tvoří výstelku celého vnitřního povrchu v jistém úseku trubky. Je to řešení z hlediska výroby velmi náročné, ale v oddělovači nevzniká žádný kout a průtok média nic neruší. Membrána má velkou plochu a tím i zcela bezkonkurenční pracovní objem. Uvedené oddělovače se vyrábějí s nejrůznější úpravou konců pro vřazení do potrubí: mohou být použity příruby, potravinářské šroubení, Clamp aj. (obr. 19). Druhá koncepce (typ IDBF či WFW) využívá oddělovače s kruhovou membránou podobně jako typ IDSF, popsaný v předchozím odstavci, ale tvar protikusu je specificky upraven, takže tvoří komůrku, do níž ústí trubky menšího průměru. K trubce může být přidán i vnější plášť z důvodu otápění (jacket pipe, obr. 20). Jazýčkové oddělovače Jazýčkové oddělovače (finger type) jsou tvořeny dříkem oválného průřezu, okolo něhož je ovinuta membrána. Oddělovač je vysunutý do průtočného profilu potrubí a je obtékán proudící tekutinou (obr. 21). Chladicí nástavce Téměř všechny již uvedené membránové oddělovače, resp. procesní připojení mohou být s vlastním převodníkem spojeny buď přímo, anebo prostřednictvím kapiláry. Další variantou je spojení přes chladicí nástavec (cooling tower). Ten buď může mít podobu válcového dříku z plného materiálu s chladicími žebry, anebo je tvořen trubkou s větracími otvory, v níž je vedena spojovací kapilára (obr. 22). Předpokladem účinného fungování ovšem je, aby chladicí nástavec nebyl obklopen izolací a aby okolo něj dostatečně proudil vzduch. Chladicí nástavce a kapilárová připojení umožňují oddělovačům snášet teploty do 400 °C. Snímače pro taveniny V některých zřízeních (např. na extrudérech) je třeba, aby procesní připojení mělo malý rozměr a bylo umístěno na dlouhém dříku (obr. 23). Membrána na čelní ploše dříku mívá průměr přibližně 8 mm a je úplně hladká, aby se tavenina po případném zatuhnutí snadněji odlepila. Bývá opatřena tvrdým povlakem ze speciální slitiny, aby se zvýšila její odolnost proti otěru. K měření tlaku bývá přidruženo i měření teploty. Tyto snímače s extrémně malou membránou se vyrábějí pro větší tlakové rozsahy (od 1,7 do 200 MPa) při teplotě do 400 °C. Jako pracovní kapalina se používá rtuť; některé novější typy se vyrábějí již jako bezrtuťové. Procesní připojení z odolných plastů K dosažení vysoké korozní odolnosti proti agresivním kyselinám a louhům je někdy vhodné využít plasty. Plastové díly se obvykle kombinují s měřicí membránou z Al2O3 anebo s oddělovací membránou z tantalu, popř. z korozivzdorné oceli s povlakem PTFE. Používají se i pryžové membrány (obr. 24).  Ing. Jan Vaculík, BHV senzory s. r. o. Obr. 1. Snímač LMK457 s keramickou měřicí čelní membránou vsazenou do příruby DN25 (BD sensors) Obr. 2. Šroubení DIN11851 (BHV senzory) Obr. 3. Sestava spojení Tri-Clamp: a) řez oddělovačem, b) schéma sestavy (BHV senzory) Obr. 4. Čelní membrána na dílech šroubení SMS: a) vnější závit, b) vnitřní závit (BHV senzory) Obr. 5. Čelní membrány podle DIN 11864 – zleva doprava: tvar 1, tvar 2, tvar 3 (WIKA) Obr. 6. Procesní připojení NEUMO BioControl (WIKA) Obr. 7. Procesní připojení Varivent, v pozadí potrubní díl (BHV senzory) Obr. 8. Procesní připojení DRD (BHV senzory) Obr. 9. Procesní připojení APV-In Line (WIKA) Obr. 10. Univerzální adaptér od firmy En­dress+Hauser (Endress+Hauser) Obr. 11. Membránový oddělovač pro homogenizéry (BHV senzory) Obr. 12. Oddělovací membrány na čele závitového připojení G1/2" (BHV senzory, snímek z výroby) Obr. 13. Různé způsoby utěsnění závitového připojení a) měkké těsnění poblíž čela závitového dříku, b) utěsnění vně závitu, c) utěsnění na kužel v čele závitového dříku (Baumer) Obr. 14. Příruba s čelní membránou z tantalu (BHV senzory) Obr. 15. Sendvič, někdy označovaný jako pan - cake, cell-type nebo wafer-type (BHV senzory) Obr. 16. Příruba s tubusem namontovaná na převodník Sitrans DSIII (BHV senzory/Siemens) Obr. 17. Papírenský membránový oddělovač, vlevo oddělovač s přítlačnou přírubou, vpravo výkres protikusu (BHV senzory) Obr. 18. Oddělovač IDSF: a) detail navařovacího protikusu s vloženým oddělovačem, b) detail navařovacího protikusu přiloženého na potrubí (BHV senzory) Obr. 19. Oddělovač s trubkovou membránou (in line, flow thru) s potravinářským šroubením DN50 (STIKO) Obr. 20. Průtočný oddělovač pro potrubí s dvojitou stěnou (BHV senzory) Obr. 21. Jazýčkový membránový oddělovač (BHV senzory) Obr. 22. Čelní membrána na závitovém čepu G1/2" s chladicím nástavcem (BHV senzory) Obr. 23. Procesní připojení snímače pro taveniny (vpravo detail membrány o průměru 7,8 mm) (Dynisco) Obr. 24. Příklady plastového procesního připojení z PVDF: a) závitové připojení MDM 902 od firmy Stübbe, b) průtočný snímač Hydra-Line od firmy WIK Tab. 1.: Rozměry oddělovačů Clamp podle obr. 3 a jejich přiřazení k různým normám 

Volba optimální migrační strategie řídicího systému v konkrétních podmínkách výrobního podniku

Projekty migrace a modernizace řídicích systémů patří v průmyslové automatizaci k těm nejsložitějším. Autoři shrnují své zkušenosti z této oblasti a dávají doporučení, jak se vyvarovat zbytečných chyb. Životní cyklus každého systému řízení se v určitém okamžiku dostane do stavu, kdy je nutné zamyslet se nad jeho inovací. Nejčastější praktické důvody takovéto situace jsou následující:Stávající řídicí systém začíná postupem času vykazovat zvýšenou poruchovost, a stává se tak zdrojem častějších přerušení, resp. výpadků výroby.Klesá dostupnost náhradních dílů k původnímu hardwaru řídicího systému v důsledku ukončení jeho výroby. S tím souvisí i klesající potenciál případných oprav vadných komponent. Hardwarové komponenty nelze v případě jejich poruchy nahradit novými komponentami.Narůstají obavy z možného závažnějšího selhání řídicího systému obdobně jako v jiných (např. sesterských) závodech.Operační systémy pro systémy HMI/SCADA staršího data nejsou v důsledku obchodních strategií původních výrobců operačních systémů nadále podporovány. V tomto případě jde především o problematiku náhrady operačního systému Microsoft Windows v různých verzích. Kdy nastal čas pro migraciRiziko havarijního výpadku, jehož důsledkem mohou být velké finanční ztráty ve výrobě, se stává enormním. Opětovné uvedení řídicího systému do provozuschopného stavu není pak totiž rychle možné. Je tomu tak i v případech potřeby vyřešit relativně jednoduchý technický problém, jako je např. nutnost nahrát konfigurační soubor do „inteligentní karty PLC“. Ani takovýto krok ale není bez konfiguračního programu poplatného době svého vzniku a operačnímu systému z té doby principiálně možný. O většinou speciální potřebné kabeláži s konektory, ke které se zpravidla již nikdo nehlásí, ani nemluvě. Ve většině případů však v důsledku nekompatibility současných verzí řídicích systémů a původních řídicích systémů jak v části PLC a jejich programovacích prostředí, tak v úrovni HMI/SCADA a jejich operačních systémů stejně jako v oblasti komunikačních sítí, vede tento proces k nutnosti celý původní automatizační systém do nového prostředí tzv. migrovat. V této souvislosti se hovoří o realizaci tzv. migračního projektu. Dva základní typy migrace: prostá a inovačníPro zajištění dalšího spolehlivého chodu technologického zařízení je proto žádoucí začít se především včas zabývat komplexním pohledem na náhradu řídicího systému jako celku, a to počínaje moduly vstupů a výstupů přes sběrnice pro vstupy a výstupy po vlastní řídicí PLC a vizualizační systémy HMI/SCADA s vazbou na podporované operační systémy.Opomenout se také nesmí komunikační propojení mezi systémy HMI/SCADA a zmíněnými PLC. Z tohoto pohledu lze migraci rozdělit do dvou základních typových rovin. Prvním z typů (tzv. prostou migrací) se rozumí realizace migračního projektu, kdy je při současném zachování původního rozsahu funkcí řídicího systému více méně pouze snaha zvýšit odolnost a spolehlivost řídicího systému proti pravděpodobným vlivům poruchy hardwaru nebo kolapsu softwaru v důsledku určitého hardwarového problému. Takovouto migraci lze realizovat pouhou výměnou hardwarových komponent PLC za díly nové, upgradem aktuálně používaného hardwaru počítačů a operačního systému a spolu s instalací nové verze vizualizačního softwaru překopírováním veškerého softwarového vybavení. Typickým příkladem může být třeba také náhrada některých starších verzí proprietárních komunikačních protokolů: např. SINEC H1 na transportní vrstvě ISO 8073 za transportní vrstvu TCP/IP nebo SINEC L2-DP za plnou verzi sběrnice Profibus-DP, tedy při pohledu do světa komponent firmy Siemens. Obr. 1. Migrace řídicích systémů patří k nejsložitějším úlohám v průmyslové automatizaci Realizace takovéto „prosté migrace“ je relativně jednoduchá, jde v podstatě o výměnu hardwarových komponent za modernější náhradu a „přehrání“ poslední aktuální verze aplikačního softwaru do části PLC a HMI/SCADA. Avšak realita nebývá k „prosté migraci“ takto příznivá. Podle zkušeností autorů je vždy mnoho faktorů, které pouhou záměnu jedna ku jedné posouvají od původního požadavku do složitější podoby, která má již charakter jakési komplexnější „modernizace“. Takovýto typ migrace se nazývá „migrací inovativní“. V pozadí tohoto přístupu je obvykle skutečnost, že oproti datu uvedení původního řídicího systému do provozu došlo mj. též k posunu v rozsahu a kvalitě funkcí, které současné řídicí systémy nabízejí. Mezi nejčastější „motivační důvody“ tohoto typu inovace zejména patří:Rozhodnutí o dodržení jednotné platformy řídicích systémů v celém závodě, popř. v celém koncernu, jež je velmi často prezentováno jako strategické koncernové rozhodnutí.Nové požadavky na vlastnosti řídicího systému jako jednoho z nástrojů k optimalizaci výrobních nákladů v rámci celé výrobní struktury (typicky řízení podle modelu, řízení podle analýzy historizovaných výrobních dat apod.) včetně požadavku na sběr větších objemů provozních dat a jejich dlouhodobou archivaci.Nové požadavky na rozšiřitelnost řídicího systému, a to jak po stránce hardwaru, tak i po stránce softwaru, související buď s plánovaným rozšířením technologie, nebo s optimalizací jejího provozu.Velmi častý a prozaický důvod – původní dodavatel řídicího systému buď již neexistuje, nebo není k nalezení nikdo, kdo by byl schopen poskytnout věrohodnou informaci o tom, jak řídicí systém funguje. Volba strategie migraceAčkoliv by se na první pohled zdálo, že volba optimální strategie při realizaci migračního projektu je relativně jednoduchá, neboť lze zjednodušeně říci: „nepotřebujeme-li nic měnit, zrealizujeme migraci prostou“ a „jestliže potřebujeme něco modernizovat, realizujeme podle požadavků modernizaci inovativní“, volbu strategie ovlivňuje velké množství dalších faktorů. Když se pomine faktor finanční, kde každá odchylka od původního pouhého převodu jedna ku jedné něco stojí, přicházejí i další faktory jak v oblasti technické, tak i v oblasti personální. Za nejvýznamnější je možné jmenovat tyto:technický stav souvisejících provozních souborů a omezující podmínky provozního rázu,omezující podmínky plynoucí z disponibility a stavu průvodní dokumentace, a to i pro soubory elektro, měřicí a automatizační techniky a průmyslových komunikačních sítí,očekávání vedení podniku z pohledu vazeb migrovaného řídicího systému k nadřazeným systémům kategorie ERP,míra podpory vlastníka, resp. managementu výrobního podniku,vazby na dodavatele původního řídicího systému, resp. jeho částí,finanční rámec a harmonogram realizace,očekávání investora z hlediska návratnosti,režim a podmínky pro oživování migrovaného řídicího systému při jeho uvádění do provozu ve spojení s řízeným výrobním systémem po provedené migraci. Zkusme tedy nyní na základě minulých vyjádření sestavit jakýsi hypotetický komentovaný manuál postupu při rozhodování o migrační strategii a uveďme některé poznatky z praxe, získané v minulosti při řešení takovýchto projektů. Primárně provozovatele systému, resp. investora migračního projektu zajímá, zda půjde o projekt prosté, nebo inovativní migrace. Toto rozhodnutí je možné učinit a priori, nicméně v konkrétních podmínkách výrobního podniku mu obvykle předchází provedení širokého spektra sekvenčních, paralelních a cyklicky se opakujících dílčích úvah a rozhodnutí, pro něž by sestavení běžného manuálu, který by měl podobu jednotlivých sekvenčních kroků, nemělo valný smysl. Zmiňme proto spíše skupiny témat, které musí být kvalifikovaně vzaty v úvahu. První skupinou je zjištění aktuálního technického stavu nejen řídicího systému, ale také vlastní řízené technologie. Nutnost existence posledních záloh aplikačního softwaru a elektrodokumentace skutečného stavu je v tomto kroku nesporná, je však také třeba zjistit nejen výskyt veškerých poruch a problémů, které uživatelé s řídicím systémem měli, ale také chyby a poruchy, které mají původ mimo řídicí systém. Z praxe je autorům známo, že o mnoha takovýchto poruchách a problémech zaměstnanci výrobního podniku buď nevědí, anebo v horším případě vědí, ale nevědomky nebo úmyslně je zamlčují. Druhou skupinou jsou úvahy na téma variant migrační koncepce. K tomuto kroku je možné přistoupit, existují-li veškeré možné podklady o řídicím systému a jeho technologickém okolí. Při návrhu variant migrační koncepce je důležité rovnocenně zvažovat obě etapy budoucí realizace migrace, a to jak etapu vlastního vývoje či převodu řídicího systému, tak i etapu oživení a uvedení do provozu ve spojení s řízenou technologií. Ve většině případů je totiž nutné systém oživovat buď za provozu, nebo v minimálních odstávkových časech. Tato skutečnost totiž významně ovlivňuje technické řešení, a představuje tak pro celý migrační projekt zcela zásadní výzvu. Několik užitečných poznámekK této výzvě uveďme několik poznámek, které vycházejí ze zkušeností autorů z již realizovaných migračních projektů. První poznámka se týká technického řešení. Autoři doporučují inklinovat spíše ke koncepci centralizace řídicího systému. Přiklánějí se k maximálnímu využití moderních komunikačních sítí na platformě Ethernet, a to v obou případech, tj. jak pro propojení řídicích systémů a systémů vizualizačních, tak i pro řešení komunikace s moduly vstupů a výstupů. V části modernizace HMI/SCADA podporují uplatnění virtualizačních metod, kdy na jednom fyzickém hardwaru je možné provozovat více virtuálních počítačů, které si mohou po přechodnou dobu zachovat i původní verze operačních systémů, přestože vlastní hardware pro fyzickou instalaci takovéhoto operačního systému již neexistuje. Tyto koncepce podporují také minimalizaci požadavků na vlastní oživení a uvedení do provozu, což mj. vytváří žádoucí předpoklady pro splnění potřeb na minimální přerušení běžící výroby při oživování migrovaného systému. Druhá poznámka se týká technické realizace přechodu ze starého na nový migrovaný systém. Jestliže se připouštějí pouze extrémně krátké odstávky výrobní technologie (např. z důvodu trvanlivosti meziproduktů), je nutné mít k dispozici řešení s neustálou možností zpětného přepnutí na původní řídicí systém. V tomto případě se starý řídicí systém definitivně „zruší“ až po oživení a uvedení do provozu nového řídicího systému a po uplynutí zkušební doby s ním. Velmi často se při plánování zapomíná na dostatečný časový prostor pro potřebnou etapu testovacího provozu nového řídicího systému „bez materiálu“ a „s materiálem“. Obvykle totiž převáží tlak na urychlené obnovení plnohodnotné výroby po provedené migraci. V důsledku tento přístup vede pouze k „dotestovávání“ migrovaného systému v pozdějším a mnohdy navíc provozně méně vhodném období. Třetí poznámka se týká řízení migračního projektu. Při krátké odstávce výrobní technologie zahrnuje tento manažersky náročný soubor činností koordinaci nutné velmi úzké součinnosti pracovníků výrobního podniku a jejich fyzické spoluúčasti na testech a při náběhu migrovaného řídicího systému. V případě rozsáhlejšího řídicího systému (několik PLC) nebo migrace několika řídicích systémů jednotlivých strojů ve výrobní lince je nutné také koordinovat činnosti demontážních, montážních a oživovacích prací, což mnohdy může vést i k součinnosti externích dodavatelských týmů. Poslední poznámka se vztahuje k formálnímu stanovení kritérií, při jejichž splnění je migrovaný řídicí systém považován za „hotový“ a připravený k předání a převzetí. Ačkoliv se může na první pohled zdát, že formalizace tohoto více méně netechnického podkladu je zbytečná práce, zkušenosti prokazují, že právě v jeho pokud možno exaktních definicích, věcně i časově přesné specifikaci spoluúčasti provozovatele a ve fundovaném zaznamenání stavu před realizací a stavu požadovaného po realizaci je velmi často klíč k realizaci úspěšné migrace. Po opakovaném zvážení všech souvislostí, variant možných řešení a jejich personální, časové a finanční náročnosti je pak možné konvergovat k finálnímu uvážlivému rozhodnutí o optimální migrační strategii a cílech realizace migračního projektu. Je nezbytné učinit jednoznačné, jasné a přesné rozhodnutí o tom, zda předmětem migrace bude převod jedna ku jedné, nebo zda se počítá s realizací určitých „inovačních kroků“. Toto rozhodnutí ze zřejmých důvodů nemůže a ani nesmí učinit realizační firma daného projektu, neboť je výsostnou doménou podnikového managementu. Přijetí jasného stanoviska ale v praxi velmi často naráží na nejednotný přístup představitelů jednotlivých podnikových struktur, kde výrobní manažeři bojují za inovace, provozní manažeři za spolehlivý chod a nejsilnější složka – finanční manažeři, za minimalizaci nákladů. Na tomto místě zmiňme častou zkušenost autorů z dosavadních projektů, u nichž z finančních důvodů v rozhodovací fázi zvítězila koncepce prosté migrace. U pracovníků ve výrobě to posléze vedlo k názoru, že celá akce neměla valný smysl, protože funkční nedostatky systému zůstaly při starém a systém po migraci vlastně až tak moc nového nepřinesl. ZávěremA co dodat závěrem. Realizace migračních projektů představuje nejsložitější typ projektů v automatizaci vůbec. Spojují se zde aspekty technické, a to jak v oblasti návrhu moderního řídicího systému, tak i jeho oživení a uvedení do provozu v konkrétních podmínkách podniku s běžící výrobou, a aspekty netechnické, zahrnující řízení lidských zdrojů a ekonomiku provozu. Úspěšně realizovaný migrační projekt však představuje efektivní modernizační investici a investorovi, resp. provozovateli otevírá dveře k souběžné, popř. návazné inovaci výrobní základny.Miroslav Dub, Radim Novotný,SIDAT, spol. s r. o.

Nový software Syngineer pomůže konstruktérům strojů a zařízení

Na letošním Mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně představí společnost EPLAN nový software Syngineer – inovativní komunikační a informační aplikaci poskytující ideální základ společnostem zabývajícím se konstrukcí strojů a zařízení. Aplikace prostřednictvím modelu mechatronické struktury přímo propojuje systémy MCAD, ECAD a software pro PLC. Usnadňuje komunikaci napříč různými obory a výrazně tak urychluje konstrukční a vývojový proces v oblastech strojírenského, automatizačního a softwarového inženýrství.Veletrh v Brně bude místem, kde se návštěvníkům představí nový software Syngineer. Tato nová komunikační a informační platforma umožňuje synchronizaci mechanických a elektrotechnických komponent v týmech a napříč různými inženýrskými obory. Nabízí jednoduchý úvod do mechatronického inženýrství, který podporuje spolupráci mezi strojírenským, elektrotechnickým a softwarovým inženýrstvím. Syngineer poskytuje možnost vytvářet mechatronickou strukturu stroje na základě specifikací zákazníka, požadovaných funkcí a dostupných komponent. Všem požadavkům na vyvíjené zařízení je v systému Syngineer přiřazena mechatronická definice, která je transparentně zastupuje pro všechny zúčastněné inženýrské obory. Nový software je možné využít v každém podniku, kde chtějí účinnou inženýrskou podporu, rychlou a přímou komunikaci a efektivní výsledky. Synchronizace inženýrského procesuNutným předpokladem však je, aby se všechny inženýrské profese podílející se na tomto procesu dohodly na sjednocení mechatronické struktury. V této struktuře jsou definovány a zdokumentovány požadavky a závislosti. Tyto závislosti lze potom zase blíže specifikovat až na úroveň mechatronických komponent. Otevřený systém – úvod do mechatronikySystém je vhodný pro každou firmu a byl navržen tak, aby se mohl využívat okamžitě po instalaci. Komponenty a symboly ve strojírenských systémech jsou spojeny s mechatronickou strukturou pomocí funkce drag & drop. Platforma EPLAN je součást systému CAE a je navržena tak, aby byla otevřená pro systémy MCAD a programovací prostředí PLC. K dispozici je přímá integrace pro již mnoho systémů na trhu. Mezioborové procesy K efektivnímu propojení oborů je nezbytná cloudová aplikace, která nabízí možnost vzájemné komunikace mezi různými lokalitami v reálném čase. Pro to je v cloudu nainstalován hostitelský server, který umožňuje přístup z webového prohlížeče. Případné změny či nové specifikace lze přiřazovat přímo týmům příslušných oborů. Ty jsou následně všechny v jednu chvíli informovány a po dokončení úkolu mohou mechatronický projekt aktualizovat. Automatická upozornění na změny pomáhají předcházet chybám a zajišťují rychlejší komunikaci mezi jednotlivými odděleními. Funkce komentářů a chatu Kromě toho, že komunikační platforma umožňuje propojení vývojových systémů, mohou konstruktéři také vzájemně komunikovat pomocí chatu. Navíc jsou prostřednictvím automatických upozornění informováni o změnách v jiných oblastech. Konstruktér strojní části a vývojář softwaru tak automaticky dostanou upozornění, když např. elektroinženýr vymění motor za jiný typ. Mohou pak zkontrolovat, zda tato změna nemá vliv na jejich vlastní práci. Mechatronický kusovník Velmi podstatným rysem aplikace Syngineer je to, že nekonkuruje systémům PDM či PLM, ale naopak rozšiřuje jejich možnosti. Procesy v jednotlivých oborech budou i nadále řízeny v obvyklých systémech PDM/PLM. Výsledkem rozhraní specializovaných vývojových systémů pro jednotlivé obory s komunikační platformou je informace z tohoto rozhraní, která přenáší „konstrukční pokyny“ pro mechatronický kusovník do systému PDM/PLM. Strojní a elektrotechnické kusovníky tak již nebude nutné manuálně synchronizovat, aby se zabránilo duplicitám při objednávání. Předpokladem pro tuto funkci je, aby jak strojírenská, tak elektrická konstrukce měly rozhraní se systémem PDM/PLM, které již společnost EPLAN ve spolupráci s firmou Cideon vytvořila pro mnoho těchto systémů. (EPLAN ENGINEERING CZ, s. r. o.)Přehled výhod softwaru Syngineer:přímá a rychlejší komunikace mezi inženýrskými týmy jednotlivých oborů,snížení množství chyb,rychlé zobrazení změn v projektu,změny viditelné pro všechny zúčastněné na projektu,snazší dodržování termínů.Obr. 1. Software Syngineer usnadňuje spolupráci konstrukčních a vývojových týmů různých oborů webový prohlížečmobilní aplikacestrojírenská konstrukceAutodesk Inventor Autodesk Autocad Solidworks Solid Edgeelektrotechnická konstrukceEplanřízení projektůprodejvýrobaservisIT a softwarové inženýrstvíCodesys Windows Client

Flexibilita, optimalizace, inovace – trendy současné doby

Moderní doba si žádá rychlé, přesné a co nejefektivnější řešení. V průmyslové výrobě to platí dvojnásob. Průmyslové roboty byly dříve používány zejména v automobilovém průmyslu, a to pro efektivitu, kterou do výroby vnášejí. V současné době si roboty nacházejí místo v mnoha dalších odvětvích. Společně s nimi do výroby pronikají i řešení, která umožňují efektivnější práci i v mnoha dalších odvětvích a odděleních výrobních podniků – např. logistiky. Obr. 1. Automaticky vedené vozidlo Agile 1500 Společnost Comau uvedla na trh AGILE 1500 (obr. 1), plně automaticky vedený vůz, který pomáhá optimalizovat logistické toky a podporuje flexibilní a efektivní výrobu při zachování produktivity a ziskovosti celé výrobní linky. Tento vůz, který je modulární a plně rekonfigurovatelný, dokáže přepravit najednou až 1 500 kg, což napomáhá výrobě just-in-time a just-in-sequence. Je také dostatečně přizpůsobitelný, aby mohl být použit v mnoha výrobních a nevýrobních postupech. Mezi jeho hlavní výhody patří modularita, která snižuje investiční náklady, a plná kompatibilita s ostatními automaticky vedenými vozíky (AGV – Automatic Guided Vehicle), jejichž řízení je postaveno na platformě NDC8 od firmy Kollmorgen. Dále vyniká intuitivním programováním, minimální údržbou, bezpečností a ergonomií ovládání. Tento vůz je kolaborativní, tedy určený k přímé spolupráci s lidskou obsluhou, což společně se všemi již zmíněnými faktory pomáhá podnikům pracovat efektivněji. Agile 1500 patří do skupiny kolaborativních zařízení. Automatizací se během let zlepšily pracovní podmínky, lidé se zbavili těžkých, únavných a nebezpečných úkolů a povýšila se jejich pozice ve výrobním procesu, a to vše spolu se zvýšením efektivnosti a produktivity výroby a kvality konečného produktu. V současné době lze dosáhnout stejného stupně zlepšení díky těsné a přímé spolupráci mezi člověkem a strojem. Společnost Comau proto vyvíjí stroje jako Agile, kolaborativní roboty AURA, laserové zdroje LHYTE a další, které spolupracují s člověkem a neomezují se jen na obslužnou robotiku. I nadále však celá skupina robotů Comau zaujímá důležité postavení ve výrobních podnicích. Díky Comau se větší i menší firmy mohou zdokonalovat ve svém odvětví a zároveň reagovat na požadavky trhu. Pro více informací navštivte stránky comau.com/cz nebo stánek firmy Comau na MSV 2017 v Brně na jejím tradičním místě – pavilon G2, stánek 01. (Comau Czech s. r. o.) 

Prvotřídní poradenství – po celém světě přímo na místě

Automobilový trh je v pohybu. Základní vývojové trendy jsou: globální zaměření, rostoucí elektromobilita a zvýšený důraz na ochranu životního prostředí. Globální zaměření: Automobilové koncerny mají zastoupení po celém světě. Stanovují, často společně, mezinárodně platné standardy. Stále ještě malá úroveň mobility v mnoha zemích slibuje vysoké tempo růstu. Rostoucí elektromobilita: Počet vozidel s elektrickým pohonem roste. To má vliv na výrobu motorů a převodovek. Na důležitosti nabývá výroba baterií, buduje se infrastruktura pro dobíjení. Zvýšený důraz na ochranu životního prostředí: Výroba vozidel spotřebovává zdroje. Automobilové koncerny se snaží výrobu zefektivnit, zejména pokud jde o spotřebu energie. Heslem tohoto vývoje je termín „zelená továrna“. Automobilové koncerny na této cestě doprovází také firma Murrelektronik. Perspektivní produkty a koncepce umožňují v nově vznikajících výrobních úsecích realizovat hospodárné instalace. Inovační tendence nahrazení pneumatických komponent elektrickými odkrývá velký potenciál energeticky efektivní automatizace. A hlavně: po celém světě podporuje Murrelektronik automobilové koncerny přímo na místě svými silnými týmy. Díky husté síti je zajištěno prvotřídní poradenství a podpora. Společnost Murrelektronik chápe samu sebe jako prostředníka mezi zeměmi a technologiemi. Vždy se snaží splnit potřeby řidičů automobilů i jejich výrobců a ukazovat cestu k optimální koncepci instalace.  Příklad z praxe: I/O moduly MVK Metal v automobilovém průmyslu Roboty v automobilovém průmyslu musí plnit nejrůznější úkoly. A když je třeba vyměnit jejich nástroj, hraje se o čas. Vstupně-výstupní moduly MVK Metal s připojením push-pull jsou v tomto případě tím nejlepším řešením. Moduly umožňují velmi rychlé uvedení do provozu. To je vlastnost, která oslovuje mnohé výrobce automobilů, mj. i firmu Daimler AG, jež zaujímá v oblasti inovací výroby mezi automobilkami jedno z předních míst. Obr. 1. V této výrobní­ lince jsou použity I/O moduly MVK Metal od firmy Murrelektronik Montážním linkám moderních automobilek dominují roboty vybavené příslušnými nástroji. To je také případ montážní linky firmy Daimler v Sindelfingenu (obr. 1). V průběhu jednoho dne jen na jedné výrobní lince dochází k několika stovkám výměn nástrojů. Montážní linka je navržena tak, aby měla co nejvyšší produktivitu. Německé sdružení výrobců automobilů AIDA (Automatisierungsinitiative Deutscher Automobilhersteller), jehož členy jsou Daimler, Audi, Volkswagen, Porsche a BMW, definovalo rychlou výměnu nástroje jako takovou výměnu, kde mezi připojením napájení a prvním odesláním dat v cyklické komunikaci neuplyne více než 500 ms. Tomuto požadavku pomáhají vyhovět I/O moduly MVK Metal. S integrovanou funkcí Profinet Fast Startup (FSU) je nástroj po výměně připraven k činnosti do 400 ms. Významnou vlastností funkce FSU je to, že parametry, které je třeba přenášet z nástroje na nástroj, jsou pevně definovány a nemusí být pokaždé znovu automaticky načítány. Znamená to, že z řídicího systému jsou po změně nástroje nově přenášena jen relevantní data, nikoliv celý soubor parametrů. Navíc modul aktivně oznamuje řídicímu systému, že je připraven ke komunikaci, a není tedy třeba čekat, až na něj v komunikačním cyklu přijde řada. Moduly MVK mají kryt z jednoho kusu zinkové slitiny, a jsou proto odolné proti svařovacím okujím stejně jako proti oleji a lubrikantům. Zalitá elektronika je odolná proti rázům a vibracím. Moduly s připojením push-pull jsou k dispozici ve standardním provedení s pevně danými funkcemi vstupů a výstupů, ale také volně programovatelné. Moduly jsou vybaveny jednokanálovou diagnostikou. Vadné pozice jsou odpojeny bez toho, že by odpojení mělo negativní vliv na přilehlé kanály. Konstruktéři firmy Murrelektronik kladli velký důraz na snadnost údržby modulů a na jejich velkou spolehlivost. Obr. 2. Vstupně-výstupní­ modul MVK Metal s připojení­m push-pull Připojení push-pull založené na standardu Profinet umožňuje připojit najednou napájení i komunikaci bez použití nástrojů, rychle a pohodlně (obr. 2). Moduly MVK Metal mohou být díky své flexibilitě instalovány na měniči nástrojů, na nástrojích samotných, na podstavci robotu či v jeho bezprostřední blízkosti nebo v zásobníku nástrojů. Moduly MVK Metal často používají mnohé renomované automobilky i na jiných strojích a průmyslových zařízeních v provozu, ať jsou určeny k výrobě, montáži, nebo potřebné v logistice. Více informací: www.murrelektronik.cz.(Murreletronik) 

Compas automatizace, s. r. o. na MSV v Brně ve stánku G1 101

Inženýrsko-dodavatelská společnost COMPAS dodává řešení automatizace, robotiky a řízení výroby MES/MOM systémem COMES. Dlouholetou specializací společnosti je automatizace technologií s pohony strojů a linek na platformách Siemens a Beckhoff, především pro odvětví strojírenství a výroby automobilů. Letošní novinkou budou ukázky simulace výrobních linek s roboty softwaru pro digitální továrnu Tecnomatix. Obr.1. Simulace výrobní linky s roboty S partnery specializovanými v daném odvětví dodáváspolečnost Compas automatizace kompletní technologická zařízení.Návštěvníci budou mít rovněž možnost konzultovat své nové projekty v oblasti průmyslové automatizace, řízení a plánování, vyhodnocování výroby i budoucí vize např. Industry 4.0. Tuto vizi již naplňujeme u našich klientů konceptem Elektronického řízení výroby. Výrobní informační systém COMES byl uživateli vybrán již pro stovky aplikací řízení výroby a údržby. Vystavené exponáty: Digitální továrna            simulace automatizované výrobní linky s roboty COMES MOM                  flexibilní řízení výrobních/montážních operací ve vizi Industry 4.0 COMES koncepty            pro plánování a elektronické řízení diskrétní výroby COMES OEE                     monitoring a vyhodnocování efektivity výroby COMES Historian           sběr procesních veličin v cloudu COMES Maintenance     systém CMMS řízení údržby podniku Pozvánka MSV 2017 ke stažení ZDE. Na setkání s Vámi se těší Compas automatizace, spol. s r.o. - pomáháme Vám k úspěchu. www.compas.cz , www.oee.cz,  www.comes.eu .

Proti hlodavcům moderně, ekologicky a inteligentně

Jde o problém, o němž se mnoho nemluví, ale to neznamená, že neexistuje. Přemnožení hlodavci trápí nejen města, ale i mnohé průmyslové závody. Nejsou to jen potravinářské podniky, sklady, čistírny odpadních vod, skládky odpadu a závody na jeho recyklaci. Také průmyslové závody z jiných oborů vyhledávají hlodavci jako úkryt a mohou zde způsobovat značné škody. Proč je důležité s hlodavci bojovat? Především proto, že jsou to přenašeči zhruba padesáti nakažlivých chorob: infekční žloutenky, salmonelózy, leptospirózy a dalších. Škody způsobují také poškozením a znečištěním potravin nebo papírových obalů. Nebezpeční jsou i pro elektrické kabely a rozvody. Významné je též poškození dobrého jména firmy: jestliže kupující najde ve svém supermarketu v regále typický myší trus, asi to nezvýší jeho důvěru v něj.V minulosti se s hlodavci bojovalo především chemickými zbraněmi – myši a potkani se hubili jedem. V současné době se však trh přetváří a z důvodu ochrany životního prostředí se chemické prostředky na hubení hlodavců přestávají používat. Tím klesá úroveň znečištění pracovního i životního prostředí.Současně však také roste potřeba monitorovat přemnožení hlodavců, aby proti nim bylo možné v konkrétních oblastech včas zasáhnout. Boj s hlodavci se v mnoha zemích stal nejen ekonomickou, ale i politickou otázkou. WiseCon A/S je dánská firma, která se specializuje na inteligentní a dlouhodobě účinná řešení boje proti hlodavcům – bez použití chemikálií. Své produkty vyvíjí a vyrábí ve svém závodě v Helsinge, 50 km od Kodaně. V současné době se stala součástí firmy Anticimex A/S. Je mezinárodně uznávanou přední světovou firmou ve svém oboru, její výrobky jsou chráněné patentem a v souladu s předpisy EU. Nejefektivnější způsob, jak se vypořádat s hlodavciDůležité je, že s hlodavci se musí bojovat systematicky – jen tak se podaří trvale se jich zbavit, nebo alespoň udržet jejich počet pod kontrolou – ať jsou pod zemí, v kanalizační síti, nebo na povrchu, v budovách i mimo ně. WiseTrap – způsob, jak vyhubit hlodavce v kanalizační sítiHovoří-li o potkanech, je místem, kde tito hlodavci žijí, skrývají se a rozmnožují, zejména kanalizační síť. Když jsou vyhubeni v kanalizaci, zmizí i z povrchu.Obr. 1. WiseTrap – past určená do kanalizační sítě WiseTrap (obr. 1) je past, která se instaluje do průlezu kanalizace a hubí potkany přímo pod zemí. Pružinový mechanismus pasti je aktivován dvěma senzory, které snímají teplotu potkaního těla a jeho pohyb. Jestliže senzory detekují, že je potkan uvnitř pasti, pružina na něj spustí tupé bodce, které jej v okamžiku usmrtí. Potom se bodce opět vysunou a mrtvé tělo hlodavce je odplaveno vodou proudící v kanalizaci. Elektronika pasti zaznamenává počet zabitých potkanů, ale i hladinu vody v kanalizaci, teplotu, popř. další údaje. Tyto údaje je možné předávat do systému WisePlan a získat tak kompletní přehled o množství hlodavců v kanalizační síti. Optimalizace umístění pastí umožní vypořádat se i s masivním přemnožením potkanů. Obr. 2. Pasti WiseBox se umísťují na povrchu, nejlépe kolem stěn a do míst, kde hlodavci vyhledávají úkryt WiseBox hubí hlodavce na povrchuWiseBox (obr. 2) je inteligentní elektronická past, která hubí hlodavce na povrchu: v budovách, kolem nich, v parcích apod. Vzhledem k tomu, že past nepoužívá žádné jedy, lze ji umístit v podstatě kdekoliv. Pasti WiseBox využívají to, že hlodavci instinktivně vyhledávají úkryty. Umísťují se proto nejlépe u stěn, ať uvnitř budovy, nebo venku. V otevřených prostorech se instalují do míst, kde se hlodavci nejraději skrývají. Jestliže hlodavec vleze do klece WiseBox, ta se uzavře a hlodavec je rychle a spolehlivě usmrcen elektrickým proudem. Tělo je potom přemístěno do plastového vaku v uzavřeném koši, past se vrátí do původní polohy a je opět připravena k použití (obr. 3). Do vaku se vejde pět až sedm mrtvých hlodavců, než je třeba jej vyměnit. Inteligentní past WiseBox informuje uživatele prostřednictvím softwaru WisePlan e-mailem nebo SMS o odchycení hlodavce, potřebě vyměnit plastový vak či dobít baterii. Obr. 3. Princip činnosti pasti WiseBox1. hlodavec vleze do pasti a je v ní uzavřen 2. hlodavce usmrtí elektrický proud 3. mrtvé tělo je přemístěno do odpadního vaku 4. past je připravena k dalšímu použitíV sortimentu je celkem šest typů pastí, pro venkovní nebo vnitřní použití, napájené baterií (volitelně s dobíjením ze solárního panelu) a nebo z elektrické sítě a s různou úrovní funkcí: nejjednodušší nemají komunikační možnosti a je třeba je manuálně kontrolovat, nejkomplexnější odesílají informace o odchytu hlodavce, naplnění vaku, stavu baterie, ale třeba i teplotě apod. Boj s hlodavci řídí WisePlan z clouduSoftware WisePlan sbírá informace ze všech pastí: o počtu odchycených hlodavců, stavu pastí, ale např. také o teplotě, výšce hladiny v kanalizaci apod. Informace z pastí jsou odesílány prostřednictvím sítě GSM (GPRS). V softwaru WisePlan jsou všechny informace přehledně zobrazovány v reálném čase a současně ukládány pro potřeby dokumentace výskytu hlodavců v dané lokalitě. Pasti mohou být vybaveny také modulem GPS a jejich poloha potom je v softwaru WisePlan zobrazována v mapě (obr. 4). Obr. 4. Software WisePlan monitoruje výskyt hlodavců a stav všech připojených pastí Software WisePlan je cloudová služba. To znamená, že uživatel na své zařízení nemusí nic instalovat, všechny funkce a údaje jsou dostupné z běžného webového prohlížeče v počítači, tabletu nebo mobilním telefonu. Jediné, co musí udělat, je vytvořit si svůj účet chráněný heslem a do softwaru zadat sériová čísla svých pastí a jejich kontrolní kódy. Tím je zaručeno, že uživatel může sledovat informace jen ze svých pastí, ale nikdo jiný informace z jeho pastí vidět nemůže.Obr. 5. Kamera WiseCam zaznamenává aktivitu potkanů v kanalizaciInfračervená kamera WiseCam dokumentuje aktivitu hlodavcůHlodavci jsou obvykle nejaktivnější za tmy. Pro dokumentaci jejich aktivity je proto vhodná infračervená kamera. WiseCam je robustní infračervená kamera vhodná pro vnitřní i venkovní použití. Lze ji umístit i do kanalizačních vpustí (obr. 5). Může pracovat ve třech režimech: nepřetržitý záznam, detekce pohybu nebo detekce teploty a pohybu. Záznam je ukládán na paměťovou kartu a je možné jej přehrát na vestavěném displeji, který je součástí kamery.Úplný systém ochrany proti hlodavcům: Wise-IPopsaný systém se zdá být dokonalý, ale má jednu nevýhodu: všechny pasti jsou připojené k mobilní síti a komunikují se softwarem WisePlan v cloudu. V případě instalace většího množství pastí tak mohou růst náklady spojené s přenosem dat. Problém lze vyřešit tím, že údaje zpracovává jedna řídicí jednotka a ta potom odesílá data do cloudu.Wise-I je systém, který se skládá ze tří částí: Wise-I Master, Wise-I Trap a Wise-I PIR. Wise-I Master je řídicí jednotka, k níž může být bezdrátovou sítí připojeno až padesát zařízení: pastí Wise-I Trap a infračervených senzorů Wise-I PIR. Používá se bezdrátová síť s volnou topologií: jednotliví účastníci komunikace, pasti i snímače, mohou fungovat jako retranslační stanice. Tím se zvětšuje dosah a zlepšuje se spolehlivost komunikace. Data z jednotky Wise-I Master jsou přenášena do cloudového softwaru WisePlan. Je-li registrována aktivita hlodavců, je o tom uživatel informován SMS nebo e-mailem. Systém Wise-I je možné instalovat ve venkovním i vnitřním prostředí, a to i na obtížně přístupných místech: v kabelových žlabech, serverovnách nebo ve výrobních závodech. Jedním systémem lze pokrýt i rozsáhlou a komplikovanou oblast. ShrnutíRodenticidy, chemické prostředky proti hlodavcům, znečišťují životní prostředí a škodí i jiným živočichům, kteří mohou návnadu omylem pozřít nebo uloví otráveného hlodavce. Jsou velmi nebezpečné i pro lidi. Hlodavcům často způsobují pomalou a bolestivou smrt. Produkty firmy WiseCon naproti tomu nepoužívají žádné jedy a hlodavci jsou usmrceni okamžitě, aniž by zbytečně trpěli.Společnost WiseCon dodává inteligentní produkty, které jsou schopné vypořádat se s hlodavci, ať jsou to myši, nebo potkani, kdekoliv: v kanalizaci (WiseTrap) stejně jako na povrchu (WiseBox). Pro rozlehlé areály lze s výhodou využít ucelený systém Wise-I. Všechna zařízení komunikují se softwarem WisePlan v cloudu, jehož prostřednictvím může uživatel kdykoliv zkontrolovat vše potřebné: počet usmrcených hlodavců, stav pastí a jejich baterií apod. Umístění pastí vidí na mapě. Je zřejmé, že i boj proti hlodavcům lze vést moderně, chytře, efektivně, ekologicky – a humánně. (Bk)Rozhovor s Vedranem Tvrtkovičem, ředitelem firmy RodentCtrl – Saricotex s. r. o., která je autorizovaným distributorem firmy WiseCon A/S pro Českou republiku Obr. 6. Vedran Tvrtkovič, ředitel firmy RodentCtrl – Saricotex s. r. o. Pane řediteli, o problémech s hlodavci se příliš nemluví, ale zápasí s nimi mnoho průmyslových firem. Které obory průmyslové výroby mají s hlodavci největší problémy a jaké škody mohou potkani a myši způsobit?Samozřejmě nás jako první napadne potravinářský průmysl, kde hlodavci způsobují značné škody jak znehodnocením potravin pojídáním a vyměšováním, tak následným poškozením reputace firem. Navíc si ale hlodavci, jak nám samotné jméno naznačuje, musí neustále brousit zuby, což vede k tomu, že při infestaci areálu můžou způsobit také značné škody na majetku, obzvlášť kousáním kabelů. V současné době, kdy je čím dál tím víc výrobních procesů plně nebo částečně zautomatizovaných, způsobují překousané vodiče rozsáhlé škody a komplikace. Obzvlášť to platí u strategických objektů a institucí, kde i chvilkový výpadek má na svědomí nevyčíslitelné škody. Potřebuje-li se firma zbavit hlodavců ve svém areálu, jak má začít? Není nejlevnějším řešením oslovit deratizační firmu, která jednoduše položí domečky s jedem?Hlodavci jsou od nepaměti součástí našich životů a bude tomu tak i nadále. Aby se firma nebo instituce co nejlépe vyhnula problémům s hlodavci, je zapotřebí dodržovat prevenci a monitorovat výskyt tak, aby zákrok byl mířen efektivně a včasně. Nezřídka se stává, že je přítomnost hlodavců odhalena, až když je objekt značně zamořen. Na druhou otázku položím řečnickou otázku: „Není nejlevnějším opatřením proti požáru mít v koutě kýbl s vodou?“ Proč si vybrat právě firmu WiseCon A/S? Co všechno firma RodentCtrl – Saricotex nabízí v rámci služeb zákazníkům? WiseCon je v současnosti jediný systém na celosvětovém trhu, který bez použití jedu dokáže dlouhodobě, systematicky a efektivně zajistit ochranu proti myšovitým hlodavcům. Systém nabízí likvidaci a monitoring hlodavců 24/7. Likvidace je okamžitá, takže není nutné čekat pět až devět dní, než jed zapůsobí. Navíc produkty WiseCon designově zapadají do prostředí a nevzbuzují negativní pocity.Díky své sofistikovanosti je systém WiseCon ideální nástroj pro řízení rizik jako součást GxP poskytující potřebnou dokumentaci při různých analýzách. U komplexních řešení „šitých na míru“ dokážeme dlouhodobě snížit náklady spjaté s přítomností hlodavců o 90 %.V současnosti se naše firma kromě dovozu, distribuce, technické podpory a servisu zabývá také poradenstvím při projektování. U kanalizačních pastí WiseTrap nabízíme i jejich pronájem včetně služeb spjatých s údržbou, aby s tím klient neměl žádné starosti, a mohl se tak soustředit pouze na svou práci. Jaké certifikáty mají produkty od firmy WiseCon? Lze je používat třeba v potravinářských závodech? A jak je tomu například v prostředí s nebezpečím výbuchu, které se v průmyslu často vyskytuje?Pro vstup na trh musely být produkty firmy WiseCon opatřeny různými druhy certifikátů platných na území EU, ze kterých bych vytkl CE a UBA (Umweltbundesamt).Ano, produkty WiseCon lze používat v potravinářském průmyslu a zabezpečit tak ochranu proti hlodavcům a zároveň mít dokumentaci potřebnou k požadovaným standardům a normám v digitální podobě. Ze všech produktů WiseCon jedině WiseBox nelze používat v prostředí s nebezpečím výbuchu. Past WiseTrap splňuje direktivu ATEX. Děkuji za rozhovor.Rozhovor vedl Petr Bartošík.