Aktuální vydání

celé číslo

01

2018

Průmyslové a servisní roboty

Snímače síly a momentu, průmyslová vážicí technika

celé číslo
Otevřená architektura NAMUR jako brána k využití přínosů průmyslu 4.0 v procesní výrobě

Článek popisuje otevřenou architekturu NAMUR, jež byla představena loni na podzim na valném zasedání německého sdružení uživatelů automatizační techniky v procesní výrobě NAMUR. Tato architektura představuje možnost, jak racionálně a efektivně využít principy průmyslu 4.0 v tak konzervativních oborech, jakými jsou chemická, farmaceutická a potravinářská výroba.Klasická automatizační pyramida: osvědčená i svazujícíV automatizaci procesní výroby se již mnoho let používá architektura řídicího systému ve tvaru pyramidy. Na nejnižší úrovni je provozní přístrojová technika (snímače, akční členy), nad ní je základní vrstva řídicí techniky (PLC, DCS), ještě výše je úroveň operativního řízení výroby (MES) a zcela nahoře vrst­va podnikového řízení, tj. systémů ERP. Jde o architekturu osvědčenou a široce akceptovanou, umožňující realizovat vysoce spolehlivé automatizované řízení výroby a zaručující dlouhodobou provozuschopnost výrobního závodu. Přijít o tyto výhody je pro provozovatele výrobních podniků s procesním charakterem výroby nepřijatelné, a proto klasická pyramida překonává všechny převratné tlaky průmyslu 4.0.Je však pravda, že automatizační pyramida má i své nevýhody. Jde o architekturu, která je uzavřená stěnami pyramidy, nepočítá s rozhraními s okolním světem, a především umožňuje jen velmi omezenou modernizaci: nové systémy se instalují paralelně se starými, aby nebyla narušena kontinuita výroby, a možnosti využití nové techniky v současném systému jsou omezené. V procesní automatizaci je zpravidla nepřípustná metoda pokus-omyl, vše musí už od počátku pracovat zcela bezchybně. Prostor pro fyzické testování novinek je tím velmi úzký. Nové trendy v procesní techniceZnamená to, že procesní technika ztrácí kontakt s moderním vývojem? To není pravda. Připomínám trendy v oblasti multifunkčních senzorů, stále rostoucí schopnosti komunikace s provozními přístroji prostřednictvím ethernetových sítí, rozšiřování bezdrátové komunikace, využívání tabletů a jiných mobilních terminálů nebo možnost přenášet velké objemy dat (big data) z provozů do cloudu, kde jsou takto získaná data zpracovávána metodami umělé inteligence. To již není v procesní výrobě budoucnost, ale přítomnost. Provozní technik nemusí chodit po provozu a zrakem, sluchem a čichem sledovat průběh výrobních procesů – jeho zkušenosti jsou doplňovány množstvím různých diagnostických nástrojů, dostupných na počítači v jeho kanceláři, popř. i kdekoliv jinde, kde se dokáže prostřednictvím internetu přihlásit ke svému systému.Tomuto vývoji se říká digitalizace výroby. Ukazuje se však, že pyramidová architektura řízení výroby se stává jeho brzdou.NOA zachovává to osvědčené a otevírá cestu novémuCílem vývoje architektury NAMUR Open Architecture (NOA), otevřené architektury NAMUR, bylo umožnit rozvoj digitalizace výroby a nepřijít přitom o výhody osvědčené pyramidové architektury. Nová architektura tedy nerozbíjí osvědčenou pyramidu, ale přidává se k ní jako nová vrstva na boční stěnu původní struktury. Tak zůstanou v platnosti staré, osvědčené standardy, nenaruší se dostupnost a bezpečnost původního systému, a přitom lze využít od provozní úrovně řízení až po úroveň řízení podniku nové metody komunikace, moderní typy rozhraní a metody zpracování dat a otevřít tak procesní výrobu průmyslovému internetu věcí (IIoT) a průmyslu 4.0 (obr. 1).Na obr. 2 je schéma ukazující uplatnění architektury NOA ve struktuře průmyslového podniku.Šedivý obdélník vpravo dole (koresponduje s šedou barvou v obr. 1) znázorňuje základní řízení technologických procesů. Zde se uskutečňují všechny regulační úlohy ve zpětnovazebních smyčkách, realizují se sekvenční a dávkové řídicí funkce a sbírají se informace z provozních snímačů. Operátorům výroby jsou k dispozici vysoce agregovaná rozhraní (HMI). Typickými požadavky v tomto bloku řízení jsou komunikace v reálném čase a zajištění funkční bezpečnosti. Komunikační kanály, jež sem prorůstají z vrstvy NOA, nesmějí splnění těchto požadavků nijak ovlivnit.Ve spojitosti se zaváděním principů I40 se počítá, že se budou i zde rozvíjet komunikační sítě využívající IP adresy (tj. komunikační systémy průmyslového Ethernetu), že zde budou vytvořena otevřená rozhraní pro získávání informací z DCS nebo PLC (např. OPC UA), ale současně že budou vyvinuty verifikační nástroje, které budou ověřovat oprávněnost požadavků ze strany nástrojů pro monitorování a optimalizaci.Růžové bloky v obr. 2, které odpovídají růžovému čtyřúhelníku v obr. 1, jsou bloky monitorování a optimalizace (M+O). Procesní výroba byla už i dříve monitorována a optimalizována, ale tyto funkce nebyly tak výrazně integrovány s provozním řízením – fungovaly více méně samostatně. Oblast M+O je podle NOA nedůležitější oblastí pro uplatňování inovací souvisejících s koncepcí I40.Co z oblasti M+O bylo využíváno již dříve? Například dispečerské řízení výroby s nástroji pro operativní rozvrhování podle momentálních výrobních kapacit, dostupnosti surovin a vývoje cen energie. Údaje do něj však byly často zadávány manuálně z různých zdrojů – to bylo náročné na čas i soustředění.Jiný příklad: ukazatele KPI byly dříve považovány za manažerský nástroj, a jestliže byly zpřístupněny i operátorům výroby, mělo to spíše psychologickou a „dekorativní“ funkci. Nyní má vyhodnocování spotřeby energie a surovin nebo sledování kvality a produktivity přímý a bezprostřední vliv na řízení technologických procesů – operátor může v reálném čase sledovat dosažení stanovených cílů a svou činností je ovlivňovat.Stejně tak se v mnoha závodech pro optimalizaci provozu využívalo už kdysi pokročilé řízení procesů APC – Advanced Process Control, ale mnohdy jen jako doplněk pro následné korekce řídicích zásahů. V současné době je APC začleňováno do řízení výroby přímo a bezprostředně.V bloku M+O jsou také diagnostické nástroje a funkce řízení údržby. V této oblasti jsou zdokonalovány používané nástroje zvláště ve spojitosti s rozvojem senzorové techniky – miniaturizací senzorů, vývojem senzorů typu MEMS a jednočipových snímačů, a s tím spojeným výrazným zlevňováním měřicí techniky. Je tak možné sledovat i takové parametry, jejichž měření by dříve bylo ne­efektivní, ne-li přímo nemožné. Takto získané informace lze používat nejen k řízení údržby, ale také k optimalizaci výrobních procesů.Simulace výroby je zvláště v procesní výrobě, kde jsou fyzické experimenty drahé nebo i nemožné, často používanou metodou. Samozřejmostí je to, že s rostoucím výpočetním výkonem je možné realizovat stále složitější a přesnější simulace. Nově se začínají používat simulace výroby včetně propočtu ekonomických ukazatelů v jednom virtuálním modelu.Tedy žádné revoluce, ale postupný vývoj. V dalším období lze očekávat, že v oblasti M+O poroste úloha dílčích aplikací, z nichž bude celý systém poskládaný jako mozaika podle potřeb (a finančních možností) jednotlivých zákazníků. Méně se budou používat rozsáhlé, komplexní a drahé softwarové systémy. K tomu je třeba zajistit potřebnou aplikační platformu (v obr. 2 je znázorněna obláčky), jež zajistí propojení a spolupráci jednotlivých aplikací. Aplikace bude možné si koupit nebo předplatit a nebo je využívat v cloudu jako službu.Dále bude nutné pracovat především na rozhraních pro spolehlivou komunikaci mezi M+O a deterministickým základním řízením procesů. Zde se jako perspektivní jeví standard OPC UA.Rozdílné požadavky základního řízení a optimalizaceNa systémy pro základní řízení procesů jsou kladeny velké požadavky z hlediska funkčnosti a spolehlivosti, protože jde o část řízení, která má rozhodující úlohu v zajišťování provozu závodu a jeho bezpečnosti. V oblasti M+O naproti tomu nejsou tak přísné požadavky na dostupnost a lze tolerovat určité výpadky. Jejich míra závisí na tom, o jaký modul M+O jde. V případě kritických součástí M+O, jako je např. správa alarmů, je odůvodnitelné přesunout je do oblasti základního řízení a spravovat společně s ním. Například u diagnostiky tloušťky usazenin vodního kamene ve výměníku tepla nejsou žádné požadavky na determinističnost nebo funkční bezpečnost měření. Usazeniny z fyzikálního principu nevznikají náhle a na reakci je dost času. Přesto takové měření může vést k nemalým úsporám a přispět ke snížení energetické náročnosti i nákladů na servis.Pro všechny součásti NOA je důležité, že u nich musí být uplatňovány principy „security by design“, tzn. že už při jejich navrhování je třeba pamatovat na jejich zabezpečení s ohledem na normu IEC 62443 Industrial communication networks – Network and system security a doporučení NAMUR NE 153 Automation Security 2020 – Design, Implementation and Operation of Industrial Automation Systems. Proč to všechno?Průmysl 4.0, průmyslový internet věcí nebo chytrá výroba jsou módní termíny. Ovšem v podnikání nejde o sledování módních trendů, ale o zvyšování výnosů a snižování nákladů. Průmyslové inovace nejsou jen dobré nápady – jejich nedílnou součástí je propočet jejich ekonomické návratnosti.NOA je klíčem, který umožňuje využít potenciál průmyslu 4.0 v procesní výrobě. Základní principy NOA lze shrnout do těchto bodů:v oblasti bezpečnosti a spolehlivosti nejsou dovoleny žádné kompromisy,předpokladem pro uplatnění NOA jsou otevřená rozhraní mezi základním řízením procesů a oblastí monitorování a optimalizace (M+O),NOA je architektura vhodná pro provozy budované na zelené louce, ale i pro modernizaci dosavadních provozů,implementace NOA je založena na současných i budoucích standardech,integrální součástí NOA je zabezpečení řídicích systémů – Automation Security.Dalšímu rozvoji NOA se věnuje pracovní skupina 2.8 NAMUR pod vedením Christiana Klettnera z firmy BASF SE.(Podle vlastního záznamu z přednášky Thomase Tauchnitze (Sanofi-Aventis) a Christiana Klettnera (BASF) na valném zasedání NAMUR, Bad Neuenahr, Německo, listopad 2016. Podklady pro obrázky: NAMUR.)Petr BartošíkObr. 1. NOA – Namur Open ArchitectureObr. 2. Rozšiřeni struktury řizeni vyrobniho zavodu o prvky architektury NOAValné zasedání NAMUR 2016: řešení pro optimalizaci v globální procesní výroběValné zasedání NAMUR 2016 se konalo v Bad Neuenahru v Německu 10. a 11. listopadu. Je to každoroční setkání uživatelů automatizační techniky ze všech oborů procesní výroby sdružených v NAMUR s pozvanými experty z jiných asociací, univerzit, konzultantských společností a s odbornými novináři. Loni byla sponzorem setkání japonská firma Yokogawa.Jednání otevřel dr. Wilhelm Otten (Evonik), přivítal účastníky v rekordním počtu 650 osob a seznámil je s vývojem asociace, zvláště v oblasti internacionalizace a snah přivést k aktivní činnosti v asociaci nové, mladé členy.Následovala přednáška hlavního sponzora, firmy Yokogawa. Postupně vystoupili prezident a výkonný ředitel společnosti Yokogawa Takashi Nishijima, generální ředitel německého zastoupení Andreas Helget a viceprezident Satoru Kurosu. Popsali problémy, kterým čelí současný svět a průmyslová výroba. Cestu k jejich řešení vidí ve společném technickém vývoji a inovacích ve spolupráci se zákazníky i akademickými institucemi (viz článek Yokogawa: společně inovujeme zítřek, Automa, 2016, č. 10, str. 61).Dr. Udo Enste (Leikon) v další plenární přednášce zdůraznil klíčové aspekty pro krátkodobé, střednědobé a dlouhodobé zvyšování produktivity výroby prostřednictvím vhodně volených KPI. Dr. Michael Krauss (BASF) se věnoval problematice řízení technologických provozů na dálku (podle doporučení NAMUR NE 161). Jak to funguje v praxi, popsal John Hofland (Shell) na příkladu těžby zemního plynu v ložisku Groningen v Nizozemí.Následovala přednáška Dr. Thomase Tauchnitze (Sanofi) a Christiana Klettnera (BASF) o NOA – z jejího záznamu vznikl tento článek.V odpolední části probíhalo jednání v paralelních sekcích.Tématy přednášek druhého dne byly základní požadavky na provozní přístrojovou techniku a typové zkoušky (Thomas Grein, IGR), modularizace (panelová diskuse moderovaná Michaelem Pelzem z firmy Clariant), představení střediska BASF Reliability Centre pro centralizovanou diagnostiku a plánování údržby (Joachim Thiel, BASF) a význam digitalizace provozu technologických celků pro jeho optimalizaci (Thorsten Pötter, Bayer). Poslední přednáška byla zároveň pozvánkou na příští rok, kdy bude hlavním tématem digitalizace procesní výroby a sponzorem setkání bude firma GE Digital.         (Bk)

Jak jsou německá města připravena na digitální mobilitu

V současnosti se města po celém světě vlivem zejména digitalizace, síťových propojení, všeobecné dostupnosti internetu a očekávaného nástupu elektromobilů a autonomních vozidel všeho druhu chystají na zavedení mnoha nových druhů mobility. Mají-li být splněna očekávání jejích poskytovatelů i uživatelů, je třeba přechod mobility ve městech do digitální éry s rozvahou a pečlivě předem připravit. Nejinak je tomu i v Německu.  V současnosti žije již více než polovina všech lidí na Zemi ve městech a městských aglomeracích a v roce 2050 jich bude, podle prognóz OSN, dokonce asi 75 %. Význam města jako životního, kulturního a hospodářského prostoru nepřetržitě roste. Život ve městech ovlivňují ve velké míře urbanizace, nedostatek fosilních zdrojů, měnící se způsoby života a práce a zejména neustálý vývoj nové techniky. Člověk v současnosti klade změněné požadavky na prostor, ve kterém žije, pracuje a potřebuje být mobilní. V důsledku toho v současnosti vzniká ve městech mnoho nových typů mobility ovlivněných zejména digitalizací, síťovým propojením, internetem a očekávaným nástupem elektromobilů a autonomních vozidel všeho druhu provozovaných bez řidiče. Vesměs jde o změny vyvolané rychlým rozvojem elektroniky a automatizační, komunikační a informační techniky, které razantně formují představy o dopravních technikách budoucnosti.  Mobilita ve městě se mění Sdílené používání aut a motocyklů, široce rozvětvené cyklostezky, dobíjecí stojany pro elektromobily, dopravní aplikace pro chytré mobilní telefony – mobilita, se ve městech během nemnoha uplynulých let hodně změnily. Odborníci Ústavu pro výzkum dopravy (Institut für Verkehrsforschung) Německého střediska pro letectví a kosmonautiku (Deutsche Zentrum für Luft- und Raum­fahrt – DLR) vypracovali společně s experty mezinárodní poradenské společnosti Price­waterhouseCoopers (PwC) podrobnou studii, v níž analyzují, v jaké míře a s jakou invencí se na digitalizaci, elektromobilitu a autonomní dopravní prostředky bez řidiče, tedy na očekávané a zčásti již probíhající změny v dopravě budoucnosti, připravuje 25 největších měst v Německu. Sledovány přitom byly zejména následující obory: digitalizace městské dopravní infrastruktury, sdílené používání automobilů a motocyklů a elektromobilita ve veřejné místní dopravě osob (Öffentlicher Personen Nahverkehr – ÖPNV, obdoba naší městské hromadné dopravy). Odborníci zjišťovali např., zda města sbírají data o růstu objemu dopravy a dávají je k dispozici, jaké nabízejí podmínky pro sdílené používání dopravních prostředků nebo jaký mají počet stojanů pro dobíjení elektromobilů.  Autonomní jízda bez řidiče je výzva pro města Vozidla vybavená automatickými funkcemi, jak je poskytuje např. systém pro automatické brzdění nebo parkovací asistent, jsou jenom mezistupeň. Zcela samostatně jezdící osobní i nákladní automobily bez řidiče již nejsou žádná utopie, ale časově blízká budoucnost (obr. 1). Odborníci počítají s jejich nástupem do reálného provozu počínaje přibližně rokem 2025. Při sběru podkladů k uvedené studii odborníci z DLR a PwC vyšetřovali, jak se německá města na tento vývoj připravují. Ačkoliv si města význam autonomních vozidel pro budoucí rozvoj města uvědomují, nejsou dosud v přípravách na jejich příchod dostatečně aktivní. Hnací silou v tomto ohledu jsou aktuálně automobilové koncerny, výrobci informační, telekomunikační a automatizační techniky nebo noví poskytovatelé služeb mobility, kteří v oboru mobility očekávají tučné zisky. „Autonomní vozidla bez řidiče mohou být důležitým přínosem v podnicích městské hromadné dopravy nebo podnicích zajišťujících svoz komunálního odpadu, které by měly převzít vedoucí úlohu v jejich zavádění. Sektor městské hromadné dopravy osob (ÖPNV) již rozpoznal velký význam, který má digitalizace pro jejich podnikání, a nejméně 45 % dotázaných podniků městské hromadné dopravy již má vypracovanou podrobnou digitální strategii,“ zdůrazňuje Felix Hasse, expert v oboru digitalizace ze společnosti PwC. „Města se nyní musí chopit iniciativy a v modelovém záměru prověřit různé možnosti, zejména proto, aby mohla lépe předvídat působení a přijetí chystaných změn v řadách obyvatelstva,“ říká prof. Dirk Heinrichs, který v Ústavu pro výzkum dopravy DLR řídí oddělení výzkumu v oboru městské mobility (Mobilität und urbane Entwicklung). Velmi dobrý příklad z praxe objevili odborníci ústavu v Singapuru, kde od roku 2016 na jedné státem vyhrazené ověřovací lince úspěšně jezdí vozy taxislužby bez řidiče. Dále v Nizozemsku, kde se autobusy bez řidiče již používají pro provoz v podnikových areálech nebo univerzitních kampusech. „Města nyní musí koncepty a harmonogramy pro postupnou výstavbu počítačových, komunikačních a fyzických infrastruktur zakotvit ve svých plánech, protože jen tak budou připravena na uvedení autonomních vozidel na trh v širším měřítku,“ doporučuje prof. Heinrichs.  Moderně řeší mobilitu především velké metropole Důležitou součástí dané studie je žebříček německých měst sestavený podle jejich současného přístupu k inovačnímu řešení mobility. Jako první v pořadí se umístil Hamburk, který ze 100 možných získal 76,7 bodu, před Stuttgartem se 71,9 bodu a Berlínem se 67,1 bodu (obr. 2). Město Hamburk získalo body především v kategorii Digitalizace infrastruktury a také za svou strategii rozvoje inteligentních dopravních systémů. Mimo jiné za účelem předpovídat rizika vzniku dopravních kolon celoplošně sleduje a analyzuje dopravní provoz v okolí přístavu. Stuttgart bodoval především v kategorii Elektromobilita, protože má v Německu největší hustotu městské sítě dobíjecích stojanů pro elektromobily. Studie ukázala, že velikost města je důležitý faktor pro digitalizaci mobility, ale nikoliv nezbytně nutný. Lipsko přesvědčilo experty např. zajímavou aplikací ÖPNV-App pro chytré telefony, která uživateli nabízí v reálném čase údaje o aktuální situaci ve veřejné dopravě a dobře fungující systém mobilního placení. „Mezi městy na předních a zadních místech v pořadí zeje velká mezera,“ konstatuje prof. Heinrichs a pokračuje: „Zde vidíme nebezpečí, že města na dolním konci žebříčku při razantním nástupu digitální éry ztratí krok s ostatními a zůstanou pozadu.“ Jedním z možných důvodů, proč jsou větší města pokrokovější, je skutečnost, že důležité inovace v dopravě vycházejí od koncernů a začínajících podniků (startups), které působí především ve větších metropolích. Závěr V mezinárodním porovnání ale německá města zůstávají v přípravě na přechod na digitální mobilitu pozadu. V Evropě kraluje na prvním místě s velkým odstupem Amsterdam. Nizozemské hlavní město s téměř 750 000 obyvatel nabízí velmi dobré podmínky pro sdílené používání automobilů i jiných dopravních prostředků a může se pochlubit více než 5 000 registrovaných elektromobilů, pro něž je k dispozici více než 3 000 veřejně přístupných dobíjecích stojanů. Aktivně se na vypracování studie uvedené v článku podíleli odborníci renomované společnosti PricewaterhouseCoopers (PwC), mezinárodní sítě poradenských společností poskytující auditorské, daňové a poradenské služby v oboru špičkové techniky. Společnost má v současnosti více než 223 000 pracovníků a působí ve 157 zemích světa včetně České republiky. Další podrobnosti lze nalézt na www.pwc.com/structure. [Digitale Mobilität: Wie gut sind deutsche Städte vorbereitet? Presseinformation DLR, 12. 6. 2017.]  Ing. Karel Kabeš Obr. 1. Automatizovaná silniční vozidla bez řidičů komunikující s inteligentní dopravní infrastrukturou již nejsou čirou utopií, ale očekávanou blízkou budoucností (zdroj: DLR) Obr. 2. Pořadí německých měst podle přístupu k inovačnímu řešení mobility v éře digitalizace (zdroj: PwC) 

Bezpečnostní asistenční systém varuje před špinavými bombami

Nebezpečí teroristických útoků v Evropě v uplynulých letech výrazně vzrostlo. Velký strach mají odborníci i politici z možného použití tzv. špinavých bomb. Nový asistenční systém vyvinutý ve Fraunhoferově společnosti by měl v budoucnu identifikovat potenciální nositele radioaktivních látek i v prostředí, kde se současně pohybuje velké množství lidí. Nový systém je jako jedno z mnoha ochranných opatření použit v německo-francouzském projektu Rehstrain (REsilience of the Franco-German High Speed TRAIn Network). V popředí projektu je potřeba zajistit bezpečnost německo-francouzských rychlovlaků ICE a TGV.  Technika proti radiologickým zbraním Experti již dlouho varují před teroristickými útoky použitím tzv. špinavých bomb, způsobujících radioaktivní zamoření rozmetáním radioaktivních látek klasickou výbušninou. Obávají se, že teroristé by mohli snadno k běžné trhavině přimíchat radioaktivní materiál, který se účinkem exploze rozptýlí do širokého okolí. Nebezpečí je reálné, protože např. představitelé tzv. Islámského státu oznámili, že radioaktivní látky mají k dispozici. Bezpečnostní úřady jsou tudíž na pozoru: letos v červnu byl americký logistický terminál v Charlestonu po varování před špinavou bombou na palubě jedné z lodí evakuován a několik hodin uzavřen. Po odvolání poplachu bezpečnostní orgány oznámily, že je nezbytné být přehnaně opatrný a odpovídajícím způsobem také jednat. Radioizotopy potřebné na stavbu špinavých bomb, jako např. cesium 137, kobalt 60, americium 241 nebo iridium 192, lze opatřit snáze než štěpný materiál pro jaderné zbraně – špinavé bomby nejsou jaderné bomby, při jejich odpálení neprobíhá žádná jaderná řetězová reakce. Radioizotopy se běžně používají na mnoha nukleárních lékařských pracovištích ve větších nemocnicích nebo výzkumných centrech, uplatňují se však také při kontrole konstrukčních materiálů v průmyslu. „Pět gramů izotopu cesia – rozmísených v několika kilogramech trhaviny – stačí k tomu, aby vznikly materiálové škody v miliardové výši, nehledě na obrovské psychosociální a zdravotní důsledky. Potenciální zhotovitelé špinavých bomb sice riskují smrt vlivem ozáření, to však teroristy neodstraší,“ říká prof. Dr. Wolfgang Koch, vedoucí oddělení Senzorové údaje a slučování informací (Sensordaten- und Informationsfusion) ve Fraunhoferově ústavu pro komunikaci, zpracování informací a ergonomii FKIE (Fraunhofer Institut für Kommunikation, Informations­verarbeitung und Ergonomie) ve Wachtbergu. Asistenční systém, který identifikuje osobu nesoucí u sebe radiologickou zbraň i v davu lidí a upozorní bezpečnostní personál, je příspěvkem pracovníků ústavu FKIE k německo-francouzskému projektu Rehstrain, jenž se zabývá zranitelností vysokorychlostních vlaků ICE a TGV. Ústav FKIE vyvíjí systém ve spolupráci s vysokou školou BonnRhein-Sieg.  Prioritou je ochrana osobních údajů Daný asistenční systém se skládá z většího počtu komponent: ze sítě snímačů, v obchodě běžných kamer Kinect a softwaru pro sloučení údajů. Síť snímačů sestává z gamaspektrometrů, které zjišťují a klasifikují záření gama. „Většina látek přicházejících v úvahu k výrobě špinavých bomb vysílá gama záření, které nelze odstínit. Proto používáme tento typ snímačů,“ vysvětluje dr. Koch. V dalším vývojovém stupni systém rozpozná, o jakou substanci jde, a navíc rozliší, zda je substance nesena na těle, nebo zda se v těle nachází – třeba když určitá osoba musí ze zdravotních důvodů používat speciální medikamenty, jako např. radioaktivní jód. Ačkoliv jednotlivé snímače poskytují údaje o druhu a intenzitě záření radioaktivní látky, nejsou samy schopny zdroj záření lokalizovat. K tomu je nutná rozprostřená síť gamaspektrometrů, které jsou propojeny s běžnými kamerami Kinect, používanými v herním průmyslu. Velkou předností je, že kamery dodávají vedle obrazů také informace o vzdálenosti. Při upevnění na stropě vnímají množství lidí jako pahorkové pohoří, a proto lze podezřelou osobu přesně sledovat i v hustém davu osob. „V každém okamžiku víme, kde se osoba XYZ nachází. Její identitu neznáme – to je důležité z hlediska ochrany osobních údajů,“ zdůrazňuje matematik a fyzik dr. Koch. Ke snímání biometrických údajů potenciálně nebezpečných osob by se mělo přistoupit jen při dostatečně silném podezření.  Systém jednoznačně identifikuje nositele nebezpečné látky Uvedeným způsobem propojené přístroje snímají v čase a prostoru skupinu (dav) lidí a získané údaje patřičně slučují. Z obrovských souborů údajů jsou pomocí důmyslného vyhodnocovacího algoritmu vyfiltrovány požadované informace. „Používáme s výhodou umělou inteligenci, s jejímiž algoritmy vypočítáme (trasu) pohyb osoby, která se sama přiřazuje údajům gamaspektrometrů. Tím je potenciální atentátník identifikován,“ vysvětluje dr. Koch. Jsou-li umístěny na neuralgických bodech, tedy v nádražních halách a na nástupištích při příjezdu a odjezdu vlaků, v metru, v letištních terminálech, na sportovních stadionech nebo v jiných veřejných budovách, mohly by takové asistenční systémy v budoucnu předávat informace o nositelích radiologického nebezpečí monitorovacímu systému např. dopravního podniku. Otázka zásahu pak podléhá rozhodnutí bezpečnostního personálu a policie. V laboratoři byl systém navržený výzkumnými pracovníky z Wachtbergu (obr. 1) již úspěšně ověřen pod dohledem komisaře z instituce zabývající se ochranou před radioaktivním zářením. Ústav FKIE má povolení experimentovat se slabě radioaktivními substancemi. Oficiálně byl projekt Rehstrain představen již během pracovní konference v ústavu FKIE, které se vedle partnerů spolupracujících na vývoji systému z Německa a Francie zúčastnili také potenciální koncoví uživatelé.  Stručně o projektu Rehstrain Teroristické útoky na metro v Bruselu v březnu 2016 ukázaly, jak napadnutelná teroristickými hrozbami může být kolejová doprava a že je nezbytné rozpracovávat bezpečnostní koncepce a strategické bezpečnostní analýzy, které před možnými útoky chrání. Vysokorychlostní vlaky ICE a TGV při své otevřené a velkoplošně rozprostřené síti kladou na správu bezpečnostních hledisek mimořádné požadavky. Aby zaručili bezpečnost cestujících i v přeshraničním železničním provozu, vyšetřují partneři v projektu Rehstrain míru zranitelnosti německo-francouzského systému rychlovlaků s ohledem na možnou teroristickou hrozbu. Četná opatření k odvrácení nebezpečí mají lépe chránit kritickou infrastrukturu železnice a požadavky v oboru bezpečnosti přizpůsobovat měnícím se hrozbám teroristů. Získané poznatky se předávají do tzv. manažerského kokpitu, který mimo jiné zobrazuje kompletní síť tratí. Software pro komplexní soubor snímačů využívající metody umělé inteligence má předcházet teroristickým útokům, popř. následky teroristického útoku rychle a s minimálními dalšími ztrátami bezpečně zvládnout – třeba určením alternativní jízdní trasy. Další podrobnosti lze nalézt na webové stránce http://www.sifo.de/files/Projektumriss_REHSTRAIN.PDF. Spolkové ministerstvo pro vzdělání a výzkum BMBF podporuje projekt Rehstrain, řešený od října 2015 do ledna 2018, celkovou částkou 1,5 milionu eur. Řízením projektu je pověřen prof. Dr. Stefan Pickl z univerzity německých ozbrojených sil (Universität der Bundeswehr) v Mnichově. [Sicherheitsassistenzsystem warnt vor schmutzi­gen Bomben. Fraunhofer Forschung Kompakt, září 2017.] Ing. Karel Kabeš Obr. 1. Bezpečnostní asistenční systém musí nositele špinavé bomby jednoznačně identifikovat a nesmí vyvolat falešné poplachy (zdroj: FKIE)  

Provozní plynové chromatografy

Plynovým chromatografem je možné měřit složení plynných směsí nebo i kapalin, které mohou být převedeny do plynného skupenství, aniž se rozložily. Článek popisuje funkce a základní součásti těchto přístrojů, jejichž přehled je uveden na str. 30. Ústředními součástmi plynového chromatografu jsou: chromatografická kolona, ve které se analyzovaná směs dělí na jednotlivé složky, a detektor, kterým se měří množství každé složky vycházející z chromatografické kolony. Z principu plynový chromatograf neposkytuje informaci o koncentraci jednotlivých složek kontinuálně. U laboratorních chromatografů dostáváme výsledky jednorázově a u provozních chromatografů periodicky.1. Princip měření a základní součásti chromatografuSměs plynů je na jednotlivé složky rozkládána v chromatografické koloně obsahující stacionární fázi, což je kapalina nebo i pevná látka, která interaguje se složkami vzorku unášeného proudem nosného plynu, tedy mobilní plynnou fází. Jednotlivé složky analyzovaného plynu se při pohybu kolonou zdržují podle toho, do jaké míry jsou absorbovány kapalinou nebo adsorbovány na povrchu pevných částic stacionární fáze. Na konci chromatografické kolony se tedy dříve objeví složky méně zadržované.Na obr. 1 je ukázáno, že se vzorek dávkuje do proudu nosného plynu (mobilní fáze). Ten unáší vzorek dál kolonou. Složky smísené s nosným plynem opouštějí postupně kolonu a vstupují do detektoru, ve kterém vytvářejí signál, jehož intenzita je úměrná koncentraci (C) příslušné složky. Časový průběh signálu z detektoru představuje chromatogram, ze kterého je možné určit druh i kvantitativní zastoupení složek.2. Vyhodnocení analýzyVýsledkem chromatografické analýzy je chromatogram, který poskytuje mnoho informací o složení analyzované směsi i o vlastnostech chromatografické kolony:úroveň složitosti vzorku je indikována počtem vln (píků), které se na chromatogramu objevují,informace o složení vzorku se získá porovnáním polohy píků se standardy,vyhodnocení relativních koncentrací složek se získá porovnáním plochy píků.Účinnost kolony se hodnotí srovnáním se standardními chromatogramy; především podle úplného oddělení složek, zejména těch obtížně dělitelných.K charakterizaci chování látek v chromatografickém systému se používají tzv. eluční parametry či retenční data.Eluční čas τR (min) je doba průchodu látky chromatografickou kolonou, tj. doba od nástřiku látky na kolonu k dosažení maxima eluční křivky. Když se chromatogram zapisuje na papír, vypočítá se eluční čas z eluční vzdálenosti XR a rychlosti posunu registračního papíru (v cm/min). Eluční vzdálenostXR (cm) je vzdálenost vrcholu píku od počátku chromatogramu. Lze ji přímo přečíst na chromatogramu.Eluční objemVR (ml) je objem mobilní fáze prošlý kolonou za dobu τR při objemovém průtoku mobilní fáze FM (ml/min).Distribuční konstantaKD je poměr rovnovážných koncentrací dělené látky ve stacionární a mobilní fázi za předpokladu, že tato látka je v obou fázích přítomna v téže molekulové formě.Retenční čas je doba, která uplyne od nástřiku vzorku do dosažení maxima křivky (píku).Retenční objem je objem plynu, který prošel kolonou za retenční čas.Retenční čas a retenční objem jsou charakteristické veličiny pro každou separovanou látku v daném systému. Složky se identifikují porovnáváním retenčních dat standardu a identifikované látky. Tato retenční data se získají nástřikem plynů o známém složení, kdy se zjistí, jaké retenční časy mají jednotlivé složky.3. Základní součásti provozního chromatografuKromě kolony a detektoru obsahuje chromatograf i další prvky, které pomáhají zajistit jeho správné fungování (obr. 3). 4. Chromatografická kolonaChromatografická kolona je část chromatografu, ve které se nachází stacionární fáze. Používají se kolony dvou základních typů: kapilární a náplňové. U kapilární kolony je stacionární složka nanesena přímo na stěny trubice, zatímco u náplňové kolony je stacionární složka nanesena na pevné částice, kterými je naplněna trubice kolony. Přechodným typem mezi oběma uvedenými je kolona s trubicí pokrytou na vnitřním povrchu částicemi nosiče, na nichž se nachází stacionární fáze (obr. 5).Trubice kolony jsou nejčastěji vyrobeny ze skla nebo korozivzdorné oceli. Délka kolony se volí podle obtížnosti dělení složek. Čím jsou si vlastnosti dělených složek podobnější, tím musí být kolona delší. Při delší koloně ale trvá jeden analytický cyklus déle.U náplňových kolon je možné pro zadržování dělených složek využít buď adsorpci na povrchu pevné hmoty, nebo adsorpci v tenkém filmu kapaliny na jejím povrchu. V prvním případě (GSC – Gas Solid Chromatography) je pevná hmota ve formě pórovitých zrnek (aktivní uhlí, silikagel, zeolit apod.), v druhém případě jsou zrnka pevné hmoty (nosiče) potažena mikrofilmem stacionární fáze, přičemž vnější průměr zrnek je obvykle 100 až 300 μm. Důležitá je homogenita či procentuální zastoupení velikostí zrnek, jejich chemické složení a pórovitost.Rozhodujícími pro dosažení dobrého oddělení složek jsou: výběr stacionární fáze, vhodný průtok nosného plynu i volba optimální teploty, popř. teplotního průběhu. Na volbu vhodného separačního systému mají vliv tyto význačné vlastnosti:rozsah bodů varu analytů (látek, které mají být v chromatografu stanoveny) a vlastnosti vzniklé parní fáze těchto analytů,počet složek, které mají být rozděleny,přítomnost polárních a nepolárních skupin v analytech a přítomnost nebo absence funkčních skupin,kombinace stacionární fáze a rozměrů kolony, jakož i tloušťka filmu stacionární fáze s ohledem na požadovanou selektivitu a rozlišení,průtok nosného plynu jako parametr pro urychlení celkové analýzy s minimální ztrátou rozlišení u nejvýznamnějších párů sloučenin, které mají být rozděleny,skutečnost, že může být provedena analýza s teplotním programem nebo při konstantní teplotě.Stacionární fáze v plynové chromatografii mohou být rozděleny na základě jejich polárnosti nebo selektivity s ohledem na jednu nebo více fyzikálně-chemických vlastností molekul analytu, jakými jsou molekulární hmotnost a tvar molekul, bod varu nebo přítomnost určitých funkčních skupin. Oddělení složek směsi plynů na nepolárních stacionárních fázích (sorbentech) jako SE-30,OV-1 a Apiezonu-L závisí především na velikosti molekul a jejich tvaru. Tyto stacionární fáze jsou vhodné zvláště pro neutrální a mírně kyselé sloučeniny.Polyetylenglykolové (PEG) stacionární fáze jsou nejčastěji používané polární sorbenty. PEG 400 je sorbent vhodný k dělení alkoholů, éterů, aldehydů a jiných složek s nízkým bodem varu, zatímco Carbowax 20M může být použit k dělení polárních složek s vyšším bodem varu. Tyto stacionární fáze jsou zvláště vhodné pro stanovení silně zásaditých sloučenin.Jinou skupinou polárních stacionárních fází jsou poly(kyanopropylfenyldimetyl)siloxany. Tyto mírně polární sorbenty se používají k dělení sloučenin, které obsahují několik hydroxylových skupin (např. steroidů).Platí také, že při použití omezeného počtu sorbentů je možné dosáhnout požadovaného rozdělení použitím teplotního programu. Účinnost dělení chromatografické kolony lze kvantitativně popsat počtem teoretických pater kolony. Čím větší je počet teoretických pater, tím méně je rozmývána zóna separované látky při průchodu kolonou. Pro tutéž kolonu může být počet teoretických pater pro různé látky různý. Výškový ekvivalent teoretického patra je podíl mezi délkou kolony a počtem teoretických pater; využívá se k porovnání účinnosti kolon různé délky.K řešení složitějších analytických úkolů se, především v provozních plynových chromatografech, řadí několik kolon s různými druhy stacionárnárních fází buď za sebou nebo paralelně. Takové uspořádání se označuje jako víceprůchodová chromatografie. Dosáhne se tím kratší doby analýzy a současně rozdělení složek, které by se na jednom druhu zakotvené fáze nerozdělily. Navíc je možné dílčí kolony provozovat při různých teplotách. Také lze mezi jednotlivé dílčí kolony zařadit další detektor a získat jím další informace potřebné ke stanovení jednotlivých složek směsi. 5. Nosný plynNosný plyn se v plynovém chromatografu označuje jako mobilní fáze. Zdrojem nosného plynu je nejčastěji tlaková láhev. Druh plynu se volí s ohledem na to, že jeho úkolem je unášet vzorek kolonou, aniž by reagoval se složkami analyzované směsi nebo se stacionární fází. Své inertní chování si musí udržet i při vyšších pracovních teplotách. Volba nosného plynu často závisí také na použitém detektoru, protože některé detektory mohou pracovat jen s určitým nosným plynem. Běžně se jako nosné plyny používají dusík, helium nebo argon. Při nižších teplotách může být nosným plynem i vzduch.6. DetektoryDetektory jsou určeny k detekci látek v nosném plynu (signalizují jejich přítomnost).6.1 Tepelně vodivostní detektor (TCD – Thermal Conductivity Detector)Tepelně vodivostní detektor, označovaný také jako katharometr, využívá rozdíl mezi tepelnou vodivostí nosného plynu a tepelnou vodivostí složky dělené směsi. Jeho konstrukce je založena na Schleiermacherově metodě a způsob měření tímto detektorem se označuje jako „metoda s topným drátem“. Základem je komůrka válcového tvaru, v jejíž ose je napjat drátek, obvykle platinový, vytápěný elektrickým proudem.Teplota drátku je dána rovnováhou mezi elektrickým výkonem a tepelným tokem přecházejícím na stěny komůrky. Zanedbá-li se výkon přenášený zářením, je teplotní rozdíl mezi drátkem a stěnou nepřímo úměrný tepelné vodivosti plynu v komůrce. Změna teploty drátku se projeví změnou jeho odporu, který se v jednoduchém obvodu, např. Wheatstonově můstku, převede na elektrické napětí.Použitím techniky MEMS (MicroElectroMechanical Systems) může být komůrka s měřicím drátkem miniaturizována, takže v současnosti existují systémy, ve kterých je objem komůrky pouhých 0,02 μl.Protože je tepelná vodivost plynů nepřímo úměrná velikosti molekul, používá se jako nosný plyn obvykle helium, které má v porovnání s většinou ostatních plynů velkou tepelnou vodivost. Větší tepelnou vodivost má jenom vodík, který se také někdy používá jako nosný plyn. Všechny ostatní plyny mají tepelnou vodivost menší a vyvolávají tak v detektoru výrazný signál. Tepelná vodivost je obecná fyzikální veličina; tepelně vodivostní detektory jsou proto univerzální a používají se zhruba v polovině všech instalovaných provozních chromatografů.6.2 Detektor s ionizací v plamenu (FID – Flame Ionisation Detector)Detekce je založena na vzniku kladných i záporných iontů při hoření analyzované látky ve vodíkovém plamenu. Ionty vznikají především z uhlovodíků (obr. 7). Přítomnost atomů kyslíku, dusíku nebo síry v organické molekule naopak množství vznikajících iontů zmenšuje. Z tohoto pohledu jsou krajními případy CO a CO2, které k proudu vznikajícímu v detektoru nepřispívají a detektorem FID je nelze zachytit.Mezi elektrody se vkládá napětí 300 až 400 V, aby všechny ionty i elektrony byly k elektrodám přitaženy a přispěly tak ke vzniku elektrického proudu. Velikost proudu se pohybuje v pikoampérech, popř. i v nanoampérech, a pro další zpracování musí být signál zesílen. Přesto detektor FID umožňuje citlivější měření než detektor tepelně vodivostní. Z obr. 7 je zřejmé, že k jeho provozu je nutný přívod vodíku a vzduchu. V některých případech může vadit destrukce analytu, jelikož po průchodu detektorem ho již nelze dále analyzovat.6.3 Dusíko-fosforový detektor (NPD – Nitrogen Phosphorus Detector)Dusíko-fosforový detektor (NPD) je modifikace detektoru FID. Konstrukce je podobná, ale princip je odlišný. Pro zvýšení citlivosti ke sloučeninám obsahujícím dusík a fosfor se v detektoru používá vyhřívané tělísko ze soli rubidia nebo cesia, kolem něhož prochází nosný plyn smíchaný s vodíkem (obr. 8). Horké tělísko (600 až 800 °C) emituje elektrony termickou emisí. Mezi tělísko a anodu se vkládá napětí. V základním stavu, bez přítomnosti dalších sloučenin v nosném plynu, jsou vzniklé elektrony přitahovány k anodě a tak produkují konstantní proud. Přijde-li z kolony látka s atomy dusíku nebo fosforu, částečně spálené látky se s dusíkem nebo fosforem adsorbují na povrchu tělíska. Adsorbované složky omezují výstupní práci elektronů na povrchu tělíska, čímž způsobují zvýšení emise elektronů, a tedy nárůst proudu anody. Má-li detektor reagovat na dusík i fosfor, přidává se jen tolik vodíku, aby se u trysky nezapálil plamen. Jestliže má detektor reagovat jen na fosfor, může se použít větší přídavek vodíku a u trysky hoří plamínek.Detektor NPD někteří autoři označují jako TID (thermionic detector) nebo AFID (alkali flame ionisation detector).Obecně je citlivost NPD přibližně 10–12 g/ml pro fosfor a 10–11 g/ml pro dusík. Nepříjemnou vlastností je postupné snižování citlivosti v průběhu provozu. Alkalická sůl, ze které je tělísko vytvořeno, se působením vodní páry z hořícího vodíku mění na hydroxid, který má vyšší tenzi par a postupně se odpařuje. Tělísko se proto musí pravidelně vyměňovat.6.4 Detektor se záchytem elektronů (ECD – Electron Capture Detector)V detektoru se záchytem elektronů se využívá skutečnost, že vodivost plynu v ionizační komůrce se výrazně mění přítomností kontaminujících látek v nosném plynu. Po­užívá se k detekci látek s vysokou elektronegativitou (halogeny, organokovové sloučeniny, nitrily apod.). V případech, kdy lze tuto detekci použít, je její citlivost desetkrát až tisíckrát větší než u detekce FID a milionkrát větší než u TCD.Základem detektoru ECD (obr. 9) je ionizační komůrka obsahující radioaktivní zdroj β-záření – 63Ni a elektrody. Do ionizační komůrky se kromě plynu z kolony přivádí i inertní plyn, obvykle dusík. Napětí mezi elektrodami je nastaveno tak, aby všechny elektrony, které vznikají při ionizaci inertního plynu, dospěly k anodě. Jestliže jsou ve směsi přítomny další molekuly nebo jejich části, navážou se elektrony vzniklé při ionizaci inertního plynu na ně. Takto vytvořené záporné ionty mají větší hmotnost, a tedy menší pohyblivost než samotné elektrony. Tyto pomalé ionty potřebují více času k tomu, aby se dostaly k anodě. Za dobu, než k ní dospějí, je podstatně větší pravděpodobnost jejich rekombinace s kladně nabitými ionty. Proto všechny větší molekuly způsobí zmenšení proudu protékajícího mezi elektrodami. Zmenšení proudu je tak mírou příměsi analytu v nosném plynu.6.5 Ionizační detektor s heliem (HID – Helium Ionisation Detector)Detektor HID je univerzální detektor reagující na všechny molekuly s výjimkou neonu. Je zvláště vhodný pro plynné anorganické látky, na které nereaguje FID nebo jiné selektivní detektory, jako je NOx, CO, CO2, O2, N2, H2S a H2.V detektoru HID se helium ionizuje β-zářením z radioaktivního zdroje. Vznikají při tom nestabilní ionty helia, které pak svůj náboj předávají dalším molekulám přítomným ve směsi. Ionty helia mají energii až 19,8 eV, a mohou tak ionizovat všechny sloučeniny s výjimkou neonu, který má větší ionizační potenciál: 21,56 eV. Vzniklé ionty, které mají delší životnost, přispívají ke vzniku proudu mezi elektrodami detektoru. Proud je pak úměrný koncentraci složky ve směsi s heliem.Předpokladem pro použití detektoru HID je plynový chromatograf, který používá he­lium jako nosný plyn. Nevýhodou HID je použití radioaktivního zdroje, takže pracoviště musí splňovat předpisy pro jeho provoz, dopravu, likvidaci atd.6.6 Detektor s výbojem odděleným dielektrikem (DBDID – Dielectric Barrier Discharge Detector)Detektor DBDID je někdy označován jen zkratkou BID – Barrier Ionisation Discharge Detector. V tomto detektoru se vysokonapěťovým výbojem vytváří plazma, jehož excitované atomy předávají energii molekulám přicházejícím z chromatografické kolony (obr. 11). Přitom je štěpí na ionty a elektrony, které umožní průchod elektrického proudu mezi snímacími elektrodami. Velikost proudu je pak úměrná koncentraci složky vycházející z chromatografické kolony. Plazma vzniká při výboji mezi elektrodami oddělenými dielektrikem od proudu pomocného plynu. Pomocným plynem může být helium nebo argon. Výboj je buzen střídavým proudem (asi 10 kHz) o vysokém napětí (několik kilovoltů). Dielektrikem oddělujícím plyn od elektrod je křemenné sklo. Směs obsahující ionty a volné elektrony pak postupuje ke dvojici elektrod, mezi nimiž je stejnosměrné napětí.Výhodou detektoru s výbojem odděleným dielektrikem je vysoká citlivost, zhruba dvojnásobná v porovnání s plamenoionizačním detektorem. Detektor také reaguje na všechny plyny, s výjimkou neonu.6.7 Plamenový fotometrický detektor (FPD – Flame Photometric Detector)Plamenový fotometrický detektor využívá specifické emise záření při hoření látky v plameni (obr. 12). Tento detektor je určen především k detekci sirných látek a sloučenin obsahujících fosfor. Plyn vystupující z kolony se smísí s vodíkem a v ústí trysky hoří plamínkem před okénkem fotonásobiče. Záření emitované plamínkem nejprve prochází filtrem pro zachycení tepelného podílu. Následuje filtr propouštějící jen danou vlnovou délku a prošlé záření pak přichází do fotonásobiče. Za vhodných podmínek vznikají při hoření látek obsahujících fosfor nebo síru HPO a S2, které poskytují charakteristické emise o vlnové délce 526 a 394 nm.Největším problémem při používání plamenového fotometrického detektoru je jeho kvadratická závislost odezvy v režimu měření síry. Tento jev může rušivě působit např. při změně retenčního času v případě detekce velmi malého množství látky. U lineárních detektorů má prodloužení retenčního času za následek zmenšení velikosti píku, a proto se sníží i detekční limit. Při kvadratickém průběhu odezvy detektoru se však tento efekt násobí a při stanovování stopových množství může pík zaniknout v šumu.6.8 Fotoionizační detektor (PID – Photo Ionisation Detector)Detektor PID používá výbojku produkující ultrafialové záření pro ionizaci molekul (obr. 13). Při srážce fotonu s molekulou se uvolní elektron a vytvoří kladný iont. Aby k rozštěpení došlo, musí být energie fotonu větší než ionizační potenciál molekuly. Výbojky s xenonovou náplní produkují většinu fotonů s energií 8,4 a 9,6 eV. Ty dokážou vytvářet ionty např. z aromatických uhlovodíků a aminů. Výbojky s kryptonovou náplní většinou produkují fotony s energií 10,0 a 10,6 eV. Umožňují detekci amoniaku, etanolu, acetonu apod. Výbojky s argonovou náplní produkují fotony s energií 11,6 a 11,7 eV. Umožňují tak detekci např. acetylenu, formaldehydu a metanolu.Uvolněné elektrony jsou přitahovány k anodě a ionty ke katodě. Vzniká tak elektrický proud, který je po zesílení výstupním signálem detektoru. Nevýhodou těchto detektorů je omezená životnost výbojky.Základní vlastnosti popsaných detektorů uvádí tab. 3. 7. Dávkování vzorkuDávkovač je určen k zavedení vzorku na začátek chromatografické kolony do proudu nosného plynu. U laboratorních přístrojů se zkoumaný vzorek směsi plynů nebo kapalin dávkuje injekčními stříkačkami, ať už ručně, nebo automatickým mechanismem. V provozních plynových chromatografech se po­užívají buď několikacestné kohouty (obr. 14), nebo sada uzavíracích, nejčastěji solenoidových ventilů. V některých případech by mohl výsledek analýzy ovlivnit styk složek analyzované směsi s mazacím prostředkem kohoutu. U provozních chromatografů se často místo vícecestných kohoutů volí bezventilové (valveless) systémy. Protékající proudy směrují pneumatické odpory (clony, kapiláry). Bez ventilů se neobejdou, ale ventily jsou u nich situovány v místech, kde neovlivní složení směsi, především v místech s normální teplotou.8. TermostatTermostat zajišťuje dostatečně vysokou teplotu dávkovače, kolony a detektoru, aby byl vzorek udržen v plynném stavu. Pro určité druhy analýz se používá pracovní režim s proměnnou teplotou. Teplota se pak plynule mění v čase naprogramovaným způsobem.V provozních chromatografech se používají buď klasické vzdušné termostaty (air bath oven), nebo termostaty s přímým kontaktem kolony a vyhřívaného kovového bloku (airless oven nebo heat sink oven). U klasického vzdušného termostatu je kolona i topný prvek v tepelně izolované skříni spolu s ventilátorem, který zajišťuje oběh vzduchu a tím rovnoměrné rozdělení teploty v prostoru skříně. U termostatu s přímým kontaktem ohřívá topný prvek masivní kovový blok, na němž je navinuta kolona obklopená tepelnou izolací. Tepelná kapacita bloku zajišťuje rovnoměrnost a malé kolísání teploty. Kompaktnější provedení zajišťuje nižší tepelné ztráty. Větší tepelná kapacita kovového bloku ale nedovoluje rychlé změny teploty, a proto se tyto typy termostatu používají téměř výhradně pro izotermní režimy analýzy. Literatura:[1] GUIOCHON, G. a C. L. GUILLEMIN. Quantitative Gas Chromatography for Laboratory Analyses and On-Line Process Control. Elsevier, 1988.[2] POOLE, C. F. The Essence of Chromatography, Elsevier, 2012.[3] FOWLIS, I. A. Gas Chromatography. Wiley India Rt. Limited, 2008.[4] STEPHENS, E. R. Valveless Sampling of Ambient Air for Analysis by Capillary Gas Chromatography. JAPCA. 1989, 39(9), 1202 –1205. DOI: 10.1080/08940630.1989.10466612. Dostupné také z: http://dx.doi.org/ 10.1080/08940630.1989.10466612[5] KREISBERG, N. M. Development of an automated high-temperature valveless injection system for online gas chromatography. Atmos. Meas. Tech. Discuss., 2014. [7] Process Analytical Instruments Catalogue AP-01. Siemens AG, 2016.[8] GOKELER, U., F. MUELLER a U. GELLERT. A Miniaturized Process Gas Chromatograph – A Single Analyzer Module. Instrument Society of America, 2002. doc. Ing. Tomáš Bartovský, CSc., Ústav fyziky a měřicí techniky, VŠCHT PrahaObr. 1. Průběh dělení směsi se dvěma složkami v chromatografické koloněObr. 2. Příklad chromatogramu τn– retenční čas složky n, (w1/2)n – šířka vlny v polovině výšky, An – plocha chromatografické vlnyObr. 3. Základní součásti chromatografuObr. 4. Příklad uspořádání provozního plynového chromatografu (model PC5000 firmy ABB)Obr. 5. Druhy chromatografických kolonObr. 6. Schéma tepelně vodivostního detektoru (TCD)Obr. 7. Schéma detektoru s ionizací v plamenu (FID)Obr. 8. Schéma dusíko-fosforového detektoru (NPD)Obr. 9. Schéma detektoru elektronového záchytu (ECD)Obr. 10. Schéma ionizačního detektoru s heliem (HID)Obr. 11. Schéma detektoru s výbojem odděleným dielektrikem (DBDID)Obr. 12. Schéma plamenového fotometrického detektoru (FPD)Obr. 13. Schéma fotoionizačního detektoru (PID)Obr. 14. Schéma vzorkovacího kohoutu a) plnění vzorkovací smyčky, b) převod vzorku do kolonyObr. 15. Schéma vzorkovacího systému pro kapalinyTab. 1. Stacionární fáze pro plynovou chromatografiiStacionární fázeObchodní názevMaximální teplota (°C)Použitípolydimetyl siloxanOV-1, SE-30350obecně použitelné nepolární fáze, uhlovodíky, polynukleární aromatické sloučeniny, drogy, PCBpoly(fenymetyldimetyl)-siloxan (10% fenyl)OV-3, SE-52350metylestery mastných kyselin, alkaloidy, drogy, halogenované sloučeninyObr. 15. Schéma vzorkovacího systému pro kapalinypoly(fenylmetyl)siloxan (50% fenyl)OV-17250drogy, steroidy, pesticidy, glykolypoly(trifluoropropyldimetyl)-siloxanOV-21200chlorované a nitrované aromatické uhlovodíky, alkylované benzenypolyetylenglykolCarbowax 20M250volné kyseliny, alkoholy, étery, nasycené mastné kyseliny, glykolypoly(dikyanoallyldimetyl)siloxanOV-275240polynenasycené mastné kyseliny, pryskyřičné kyseliny, volné kyseliny, alkoholyTab. 2. Stacionární fáze pro kapilární kolony s pokrytými stěnami Stacionární fázeEkvivalentní plněná kolonaStruktura postranních řetězců polysiloxanuPolaritaPoužitíX-1OV-101, SE-30100% metylnepolárnírozpouštědla, ropné produkty, těkavé organické sloučeniny, nečistoty v ovzduší, aminy, drogyX-5SE-545% fenyl, 95% metylnepolárnípolycyklické aromatické uhlovodíky, složky parfémů, nečistoty v ovzduší, drogy X-1701, X-10OV-170114% kyanopropyl, 86% metyl, 50% fenylmírně polárnípesticidy, alkoholy, fenoly, estery, ketonyX-17OV-1750% fenylmírně polárnídrogy, estery, ketony, změkčovadla, organochlorové sloučeninyX-200, X-210OV-21050% trifluoropropyl, 50% metylpolárníselektivní pro sloučeniny s volnými elektronovými páry, steroidy, estery, ketony, drogy, alkoholy, freonyX-WAXCarbowax 20Mpolyetylenglykolsilně polárníalkoholy, metylestery mastných kyselin, rozpouštědla, mastné kyseliny, aminyTab. 3. Vlastnosti detektorů plynových chromatografůDetektorLOQ* (g/s)Rozsah linearityTeplotní rozsah (°C)Poznámkatepelně vodivostní (TCD)10–9104450nedestruktivní, citlivý k teplotě a průtokus ionizací v plamenu (FID)10–12107400destruktivní, výborná stabilitadusíko-fosforový (NPD)10–14105400modifikace detektoru FIDse záchytem elektronů (ECD)10–13103350nedestruktivní, rychle kontaminován, teplotně závislýplamenový fotometrický (FPD)10–12104 destruktivnífotoionizační (PID)10–12103 destruktivníionizační s heliem (HID)10–11104 destruktivní *) Mez stanovitelnosti (LOQ – limit of quantification) odpovídá koncentraci, při které je přesnost stanovení taková, že dovoluje kvantitativní vyhodnocení. Podle standardu IUPAC se v separačních metodách mez stanovitelnosti vyjadřuje jako desetinásobek šumu (směrodatné odchylky kolísání) základní linie. 

Pracoviště pro testování úloh bin picking na Technické univerzitě v Liberci

V současné době je propojení robotů s pokročilou senzorikou zřejmým aplikačním prostředkem k reali­zaci záměrů konceptu Industry 4.0. Úloha identifikace volně ložených objektů v prostoru, jejich následného uchopení a manipulace pomocí robotu představuje jednu z klasických úloh moderní automatizace. Úloha spojovaná s vybíráním beden s volně loženými nebo jen částečně uspořádanými výrobky je pak nazývána bin picking. Řešení je již několik let četně nabízeno mnoha výrobci, na odborných veletrzích se lze setkat s mnoha ukázkami, a je tak navozen dojem, že problém je již vyřešen. Využití úloh bin picking ovšem není v průmyslové praxi zatím příliš rozšířeno. Ukazuje se totiž, že je třeba překonat a vyřešit několik dalších problémů. Vedle technických je to i vysoká cena a s tím spojená dlouhá návratnost.Na Technické univerzitě v Liberci (TUL) vzniklo pracoviště pro testování úloh bin picking. Kromě dodavatelského řešení jsou zde zkoumány i alternativní možnosti. Oba přístupy mají své specifické výhody a nevýhody. Bin pickingProblematika vybírání beden je studována již více než 25 let. Jde o úlohu, která pro své fungování vyžaduje několik správně zvolených a nastavených (naprogramovaných) zařízení, která spolu musí bez problémů komunikovat. Jde o:robot,kamerový systém (popř. další senzory) s řídicí jednotkou (většinou na bázi PC),efektor (chapadlo),periferní zařízení,systém osvětlení,bezpečnostní prvky,komunikační rozhraní.Je zřejmé, že problematika bin picking nemůže být redukována jen na propojení kamerového systému s robotem. Velmi důležitý je také efektor, který musí být vybaven kompenzátorem odchylek vypočtených a skutečných souřadnic manipulovaného objektu. Pro úlohy bin picking se obvykle používají dvoučelisťová mechanická chapadla z nabídky renomovaných firem. Často se však jako vhodnější ukazuje použití chapadel navržených specificky pro daný uchopovaný objekt. Běžným koncepčním uspořádáním efektoru je jeho vyosení z osy příruby robotu. Toto uspořádání zejména zajišťuje bezkolizní provoz efektoru a orientačního ústrojí robotu uvnitř, popř. v blízkosti bedny. Za běžných okolností je žádoucí, aby vzdálenost mezi těžištěm uchopeného objektu a přírubou robotu byla minimální. U efektorů pro bin picking je požadavek bezkolizního dosahu efektoru mnohdy řešen záměrným prodloužením úchopných prvků. Větší dynamické zatížení je eliminováno snížením provozní rychlosti během manipulační úlohy.Pro úlohy bin picking se většinou používají angulární roboty. V případě úloh vyžadujících spolupráci s člověkem jsou v současné době voleny kooperující roboty, které jsou relativně bezpečné a nevyžadují uzavření robotu do zabezpečených prostor. Tento typ robotu je zvláště vhodný při požadavku na ruční zakládání dílů. Robot pro bin picking musí mít vedle potřebného manipulačního prostoru a nosnosti (včetně hmotnosti efektoru) také vhodné komunikační rozhraní a řídicí systém umožňující komunikaci s dalšími zařízeními.Kamerové systémy jsou v současné době značně frekventovanou problematikou a výrobci do vývoje v této oblasti hodně investují. Tato problematika je na TUL středem zájmu několika výzkumných týmů. Specializované pracovištěZ analýzy současného stavu v průmyslové praxi je patrné, že vývoj úloh bin picking dospěl do stadia, kdy začíná jejich širší (nikoliv zatím masové) rozšíření v praxi. V ústavu pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace Technické univerzity v Liberci vzniklo pracoviště zaměřené na testování právě těchto úloh.Pracoviště v současné době využívá angulární robot Kuka KR16, který však může být podle potřeby nahrazen jiným, průmyslovým robotem, popř. kooperativním robotem. Pro zvolený průmyslový robot je k dispozici sada efektorů pro uchopování, systém průmyslových kamer (Sick Ruler, Basler, Sick PicoCam a je plánován nákup dalších 3D kamer), systém pro fixaci kamer a dalších senzorů, periferie pro odkládání, komunikační rozhraní komponent praco­viště, elektroinstalace atd. Reálné pracoviš­tě je na obr. 1.Obr. 1. Pohled na reálné experimentální pracovištěNa uvedeném pracovišti jsou testována dodavatelská řešení, jako je např. Sick Ruler s 3D systémem Sick PLB-500. Jde o řešení, která jsou flexibilní, snadno programovatelná nebo parametrizovatelná a nevyžadují hluboké znalosti o způsobu získávání informací o uchopovaném objektu. Takováto řešení nabízí několik firem a jsou nákladnější na pořízení.Testované řešení s kamerou Sick Ruler se ukázalo jako velmi pružné a připravené k průmyslovému použití. Jsou spolehlivě řešeny jeho kolizní stavy a systém dokáže bez problémů najít objekt pro uchopení. Implementací 3D kamery Sick Ruler a softwaru PLB Studio se podařilo na demonstrátoru dosáhnout takřka 100% spolehlivosti odebrání objektů ze sloupců, a to i v případech uměle navozené extrémní změny orientace objektu. Příprava zařízení pro detekování jedné třídy objektů je otázkou několika hodin. Komplikovanější je zajištění komunikace s robotem a s externími systémy. To je i časově náročnější a je zapotřebí zapojit odborný tým na několik dní. Jako rozhodující se tak objevuje problém vzájemné komunikace jednotlivých systémů celého zařízení.Na pracovišti jsou také testována alternativní řešení pro získání informací o objektu manipulace, která jsou připravena pro danou třídu uchopovaných objektů. Alternativními řešeními jsou myšleny systémy, které nejsou dodávány jako celek a je nutné je konstruovat a následně programovat. Tato řešení jsou hardwarově levnější, ale méně flexibilní a vyžadují vývoj potřebného softwaru. Tento směr je však pro praxi rovněž zajímavý, protože systém většinou řeší pouze jednu třídu problémů, nebo je dokonce navržen pro odebírání jediného typu výrobku po celou dobu životnosti zařízení. Finanční úspory při opakovaném použití jednou vyvinutého řešení pro danou třídu úloh jsou pak velmi zajímavé.Obr. 2. Softwarové prostředí PLB Studio 4.0: získaný 3D obraz (mračno bodů v prostoru) a vyhodnocená odebírací pozice uvnitř omezené přepravkyNa pracovišti jsou testovány především přístupy na principu multisenzorového snímání (senzorové fúze). Toto řešení je založeno na propojení senzorů různých typů. Předpokladem je použití běžných, relativně levných senzorů. Samostatně tyto senzory poskytují pro úlohu bin picking nedostatečné množství dat, ale vhodně společně opatřená data umožňují získat potřebné informace pro identifikaci a následné uchopení objektu. Tento přístup vede k levnějším řešením, ale často při omezení k použití v jedné třídě úloh. Navržené řešení je tak vhodné jen pro jeden zadaný díl nebo jemu příbuzné objekty.Pracoviště se dále zaměřuje na již zmíněné propojení jednotlivých částí systému pro bin picking. Zajištění vzájemné komunikace se při současných možnostech jednotlivých komponent systému jeví jako komplikované: propojení je možné, ale časově náročné.Obr. 3. Ukázka vyvíjených efektorů, řez multipřísavkovým (A) a magnetickým (B) chapadlem, model mechanického chapadla (C)Kompletně je na pracovišti rozvíjena problematika chapadel (efektorů), a to specia­lizovaných jak na daný objekt, tak s jistou mírou univerzálnosti pro danou třídu objektů. Častým uspořádáním je chapadlo s kombinací úchopných principů (mechanicky – magneticky, mechanicky – podtlakově, podtlakově – magneticky), což slouží k optimalizaci úchopného cyklu a snadnějšímu řešení nestandardních situací při odnímání součástí ze shluků a z míst u stěn a v rozích bedny. Na pracovišti byly v poslední době vyvíjeny tři robustní typy efektorů. V prvním případě šlo o multipřísavkovou hlavici, druhá alternativa byla tvořena magnetickou hlavicí a třetí alternativou byla mechanická hlavice (obr. 3). Současné úlohy pro bin pickingNa základě provedených experimentů na uvedeném pracovišti a výsledků analýzy současného stavu je možné identifikovat několik problémů, které je nutné v dohledné době řešit a při zpracovávání návrhu systému s nimi počítat.Identifikace objektůIdentifikace objektů je zvládnuta pro mnoho typových představitelů, ale systémy mají své limity. Především jde o velikost objektu, kdy je pro standardní palety (bedny) větších rozměrů obtížné spolehlivě identifikovat menší objekty, např. pro používanou paletu 1 200 × 800 × 500 mm se snižuje spolehlivost identifikace objektů pod 80 mm. Jde o problém rozlišení – u menší bedny je možné identifikovat objekty také menších rozměrů. Pracovní podmínkyVelmi důležité je u všech řešení zajistit vhodné pracovní podmínky, především světelné. Vliv externího světla, jako je např. denní světlo, může být významný a často může znehodnotit správnou detekci objektu a tím snížit spolehlivost celého systému pro bin picking.Tvar a povrch objektuDalším problémem je tvar a zejména povrch objektu. Mnohem lépe jsou detekovatelné složité díly s nelesklým povrchem než díly lesklé a jednoduché. Proto i dodavatelsky pořízená řešení vyžadují stanovení okrajových podmínek pro reálné průmyslové využití a nelze je automaticky považovat za univerzální řešení pro jakékoliv odebírané díly. Problémem jsou především chybějící zkušenosti z reálných projektů. Dodavatelská řešení jsou mylně prezentována jako univerzální a flexibilní a zároveň jsou označována jako jednoduchá pro bezprostřední a rychlé uvedení do provozu.KomunikaceNejdůležitějším problémem využití řešení podle konceptu průmyslu 4.0 je zvládnutí komunikace mezi systémem pro detekci objektů a robotem a dále s ostatními systémy předcházejícími nebo navazujícími na zařízení bin picking. Současný stav neumožňuje zapojení plug and produce (připoj a vyráběj), což se ukazuje jako podmínka pro masové využití zařízení pro bin picking. Je to velmi komplikovaný problém, který vyžaduje nejen technické řešení, ale také široký konsenzus mezi výrobci senzorů, robotů, řídicích jednotek, PLC, pohonů a obecně dodavatelů komponent průmyslového internetu věcí.NákladyHlavní překážkou širokého využití v praxi je cena řešení. Vysoká investice spolu s dalšími souvisejícími náklady má podle běžných výpočtů příliš dlouhou návratnost (a to nejen v podmínkách střední a východní Evropy). V současné době při nedostatku zaměstnanců by však tento výpočet návratnosti neměl být brán jako jediný: je třeba také zohlednit očekávaný růst mezd, možnost využít pracovní síly na jiné pozici přinášející vyšší přidanou hodnotu atd.O úspěšnosti dodaného systému tak rozhoduje mnoho proměnných, které se často projeví až při instalaci zařízení s nutností je specializovaným týmem flexibilně řešit. ZávěrÚlohy bin picking mají vysoký poten­ciál úspory pracovních sil. V současné době mnoho renomovaných dodavatelů nabízí hotová řešení. Ta však narážejí na několik problémů, které je třeba řešit. Proto na Technické univerzitě v Liberci vzniklo specializované pracoviště pro testování úloh bin picking. Na tomto pracovišti jsou testována dodavatelská řešení, alternativní řešení a též je získáváno potřebné realizační know-how. Ing. Vlastimil Hotař, Ph.D., doc. Ing. František Novotný, CSc.,Oddělení mechatronických systémů,Ústav pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace (CxI),Technická univerzita v Liberci(vlastimil.hotar@tul.cz)

Nový napájecí kabel Ölflex Chain šetří čas i náklady

Na podzim 2017 na veletrhu SPS IPC Drives v Norimberku představila skupina Lapp nový přírůstek do skupiny ÖLFLEX® kabel ÖLFLEX® CHAIN TM. Kabel vyhovuje normám UL a c(UL) pro USA a Kanadu, jako např. MTW (kabely pro obráběcí stroje), TC-ER (kabely pro použití v průmyslovém prostředí v otevřeném uložení), WTTC (kabely pro větrné elektrárny) a CIC (kabely pro přístrojovou a řídicí techniku), a dále požadavkům NEC (National Electrical Code) a NFPA (americké sdružení National Fire Protection Association). Je tedy možné jej použít v mnoha úlohách a oblastech techniky bez zdlouhavých schvalovacích procesů. Široké možnosti použití kabelu Ölflex Chain TM navíc šetří náklady a usnadňují správu zásob. Kabel patří do výkonnostní třídy Core Line a je vhodný pro použití ve vlečných řetězech. Další využití najde např. v pohyblivých částech strojů, v robotech a ve větrných turbínách. Kabel Ölflex Chain TM a jeho stíněná varianta Ölflex Chain TM CY jsou přizpůsobené pro severoamerická provozní napětí 600 nebo 1 000 V. Vodič je vyroben z měděných drátů třídy 6 a jeho vnější plášť je z termoplastu. Kabel je odolný proti mazivům na bázi oleje a dalším chemickým látkám. Kromě toho je ohnivzdorný (podle CSA FT4). Rozsah teplot u pevných instalací kabelu je od –40 do +90 °C, což znamená, že kabel je vhodný i pro venkovní prostředí. LAPP KABEL s. r. o., tel.: +420 573 501 011, info@lappgroup.cz, https://lappczech.lappgroup.com

Pět trendů v oblasti spojovací techniky

Industry 4.0, stejnosměrný proud místo střídavého i vysoce spolehlivé konektory. Nejen to jsou aktuální trendy ze světa současné spojovací techniky. Jak k nim přistupuje výrobce kabelů a kabelového příslušenství, skupina Lapp ze Stuttgartu? V čem vidí největší potenciál a jaké jsou podle ní další aktuální trendy?  Intenzivnější síťové propojení a miniaturizace Obr. 1. ETHERLINE® Torsion Cat. 7 je určen pro sítě průmyslového Ethernetu s přenosovými rychlostmi do 10 Gb/s a odolává namáhání v ohybu i zkrutu Digitalizace mění prostředí spojovací techniky tak, že stále více výrobků, a dokonce i jednotlivé komponenty mohou a chtějí komunikovat samy. Znamená to, že je nutné přenášet ještě více dat stále vyššími rychlostmi – co je už delší dobu známo z kanceláří, vstupuje nyní i do výrobních hal. Neustálý růst výkonu mikročipů urychluje nejen digitalizaci, nýbrž, spolu s úsilím dosáhnout vyšší efektivity využití zdrojů, také přechod na stále menší a kompaktnější produkty a přístroje. Chytrý telefon má v současné době výpočetní výkon superpočítače z 90. let minulého století, a to při zlomku velikosti, spotřeby energie i ceny. To se rovněž projevuje v průmyslové spojovací technice. Speciální konstrukce kabelů a technické novinky, např. u izolace, pomáhají šetřit místo. Stále častěji se proto používají hybridní vedení, která spojují pod společným pláštěm výkonové kabely, datové kabely, a dokonce i hadice pro pneumatický nebo hydraulický systém. Tam, kde se přenášejí velká množství dat, nahrazuje rychlý kabel Cat. 7 Industrial Ethernet (obr. 1) pomalejší varianty, optické kabely nahrazují ještě kabely s měděnými vodiči.  Konektory místo přímého propojení Obr. 2. Konfekcionovaný kabel osazený konektorem EPIC® Data pro Profibus, se zakončovacím rezistorem a diagnostickými LED, je profesionálním řešením pro výrobce modulárních strojů Dnes televizní přijímače, zítra vysavače – na stejné výrobní lince: s konceptem Industry 4.0 je výroba modulárnější a flexibilnější. Jednotlivé výrobní moduly se vymění „obratem ruky“ nebo se jen nově uspořádají. To má důsledky i ve spojovací technice. Dříve byly elektrické kabely pevně propojeny, spájeny a potom zůstaly často mnoho let již nedotčeny. Flexibilita však vyžaduje konektory, které lze více než tisíckrát rozpojit a vždy znovu vytvořit spolehlivý kontakt (obr. 2). Takže také konektory se stávají modulárnějšími. Sdružují kontakty pro velké proudy, např. pro pohony, s datovými kabely pro gigabitové přenosy, někdy dokonce s pneumatickým nebo hydraulickým systémem – všechno lze snadno konfigurovat a vždy znovu sestavit, např. když se stroj modernizuje.  Trend systémových řešení Obr. 3. Výrobu vlečných řetězů pro rozvod energie i přenos signálů a dat mohou výrobci strojů nechat na profesionálních firmách Koncept Industry 4.0, internet věcí, otevřené inovační procesy – úkoly konstruktérů strojů neustále narůstají. O to důležitější je, aby se podniky koncentrovaly na své klíčové kompetence. Takzvané konfekcionování kabelů, tj. jejich zkrácení a osazení konektory, jakož i výroba kompletních energetických řetězů (obr. 3) k tomu většinou nepatří. Konstruktéři strojů proto v rostoucí míře vyžadují hotové konfekční kabely, ale přitom „šité na míru“, které mohou jednoduše použít do svých strojů. Hotové konfekční kabely mají kromě toho delší životnost, protože zaručují kvalitu celého systému, aby si uživatelé nemuseli dělat starosti s montážními chybami, jako jsou zapomenuté koncovky nebo porušení izolace. U konfekčních kabelů přímo od výrobce mohou zákazníci mimo jiné využívat výhody jejich jedinečného know-how. Navíc jsou technologicky vždy na nejvyšší úrovni.  Stejnosměrný proud nahrazuje proud střídavý Obr. 4. Bezdrátový přenos energie prostřednictvím vysokofrekvenčních střídavých polí, s nímž experimentoval Nikola Tesla, zatím není v praxi využitelný Dny střídavého proudu jsou sečteny. Zaprvé solární technika produkuje stejnosměrný proud, který se se ztrátami převádí pro napájení do sítě na proud střídavý. Zadruhé stále více elektronických přístrojů (televizní přijímače, chytré telefony, osvětlovací LED atd.) vyžaduje stejnosměrný proud, který je nutné ze sítě střídavého proudu nejdříve znovu usměrňovat, opět se ztrátami – nabízí se tedy otázka, zda má střídavý proud ještě smysl. Ztráty energie při převádění jsou obrovské – mnoho elektráren by se mohlo odpojit, když by se do průmyslu a domácností přivedly sítě stejnosměrného napětí. Tato změna paradigmatu ale není jednoduchá. Dostupné spínače a konektory nejsou pro stejnosměrné napětí vhodné, protože se polarita jeho napětí nemění a elektrický oblouk se při vypínání neodtrhává – tady se ukrývá nebezpečí. Zde jsou žádoucí nové konektory a automatiky odpojování. Uvedené problémy jsou však již zvládnutelné. Také výrobci kabelů čelí problému: existují silné indicie, že plasty na izolace a pláště kabelů vlivem polí vytvořených stejnosměrným proudem stárnou jinak. Vývojové projekty se však těmito tématy už zabývají.  Koexistence kabelu a radiokomunikace Obr. 5. Programování, ovládání a servis výrobních zařízení se v současné době sice často obejdou bez kabelů, ale to neznamená konec kabelové spojovací techniky  V domácnosti je WLAN už téměř všudypřítomná a také ve výrobních halách získávají techniky bezdrátového přenosu dat příznivce (obr. 5). Bezdrátová technika je většinou nákladově přijatelná a flexibilní, je-li např. třeba vyměnit zařízení. Konec kabelu, jak někteří předpovídají, se ale nepředpokládá – naopak. Díky postupující elektrifikaci a síťovému propojování v závodních halách bude spíše zapotřebí ještě více kabelů, aby se zaručily velké přenosové rychlosti. Kabely jsou navíc výhodné, co se týče spolehlivosti přenosu dat a latence. Průmyslová výroba probíhá v taktu, přičemž informace je nutné spolehlivě přenášet v intervalech řádu milisekund. Bezdrátovým přenosem to lze zvládnout jen velmi obtížně nebo za neúměrně vysokých nákladů. Velký počet bezdrátových spojení se totiž lehce překrývá a spojení může být vzájemně rušeno nebo přerušováno pohybujícími se předměty, jako např. vysokozdvižnými vozíky. Kromě toho kabely odolávají lépe než rádiová technika záměrnému rušení nebo útokům hackerů. Proto bezdrátová technika nevytlačí ani v budoucnosti systémy založené na kabelech a obě techniky se budou vzájemně stále více doplňovat. (LAPP KABEL s. r. o.)

MAN zkvalitňuje výrobu prostřednictvím řešení ATS Inspect

MAN Steyr patří do početné skupiny výrobců kamionů, kteří dlouhodobě důvěřují řešení ATS Inspect – systému pro kompletní vizuální kontrolu kvality. A jaké jsou důvody jeho oblíbenosti?  Chytrá kontrola vizuálních vad Inspektoři kvality mají na kontrolních stanovištích k dispozici tablety se skenerem kódu VIN, s automatickým výběrem digitálních snímků a kontrolními seznamy. Postup jejich práce je systémem určen zcela automaticky, přímo pro dané vozidlo v požadované výbavě. Stačí tak jen pár kliknutí a přesné umístění, typ a závažnost neshody jsou ihned zaznamenány. Zaškolení nových zaměstnanců je extrémně rychlé a jednoduché.  Rodné listy vozů pro prvotřídní kvalitu V případě problému s kvalitou mohou inspektoři zkontrolovat všechny dosud provedené úkony podle místa, času a operátora v „rodném listu“ vozu. Jakmile odhalí příčinu problému, mohou dohledat všechna vozidla, která prošla problematickým úsekem před tím i poté, co situace nastala.  Snižování nákladů K dispozici je mnoho reportů, které umožňují prohlédnout si všechny aspekty kvality výroby. ATS Inspect pomáhá díky funkcím, jako jsou sběr, analýza a reporting vlastností, snižovat náklady spojené se zmetkovitostí, opravami a reklamacemi. Brány závodu tak opouštějí vozidla zcela bez závady.  Osvědčené know-how pro řízení operací kvality Na vývoji řešení se podílejí také inženýři z novojičínské pobočky společnosti ATS. Nejde tedy jen o pouhý software, ale také o promyšlené a vyzkoušené know-how na řízení výrobních operací, které mimo MAN využívají také firmy Navistar, Kenworth, Paccar a mnoho dalších výrobců nákladních automobilů. (ed)

Nový modul umělé inteligence od Rockwell Automation pro diagnostiku průmyslových provozů

Blake Moret ze společnosti Rockwell Automation, představil v americkém Houstonu diagnostický modul umělé inteligence s názvem Project Sherlock. Algoritmus vytváří modely průmyslových na bázi fyzikálních veličin zjištěných při monitorování provozu. Podle vytvořených modelů pak vyhledává a hlásí odchylky.

Řízení DC motorů

Sortiment kontrolérů OEM Automatic (kontrolér je výkonová a řídicí část pohonu v jednom) pro DC motory zahrnuje jak jednoduché produkty jen pro řízení rychlosti a krouticího momentu, tak programovatelné kontroléry pro precizní polohování rotačního nebo lineárního pohybu. Kontroléry OEM Automatic se vyznačují kompaktním provedením, modularitou a cenovou dostupností. Jsou navržené tak, aby všechny nezbytné požadavky na ovládání motoru a řízení pohybu byly pokryty samotným modulem. Nicméně lze nabídnout i produkty s integrovanou sběrnicí (např. EtherCAT, CANopen apod.) pro distribuované řízení a možnost supervize z nadřazeného systému. Kromě DC motorů jsou rovněž v nabídce moduly vhodné i pro bezkartáčové (brushless), krokové a lineární motory. Lze je využít pro jednoosé a několikaosé pohony s motory do 20 A a 1,6 kW. K dispozici jsou digitální a analogové IO pro ovládání motoru, zavedení zpětné vazby ze snímače polohy atd. Jako alternativu je možné zvolit kompaktní provedení, kde je motor, driver a kontrolér v jednom. OEM Automatic, spol. s r. o., tel.: +420 734 674 807, e-mail: tomas.hynek@oem-automatic.cz, www.oemautomatic.cz