Aktuální vydání

celé číslo

12

2016

Automatizace pro energeticky a materiálově úspornou výrobu

Systémy pro správu výroby, distribuce a spotřeby energie

celé číslo
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  

Řídicí systém mobilního simulátoru deště

Ondřej Nývlt, Petr Kavka   Článek po úvodním popisu principů činnosti simulátoru deště a významu tohoto zařízení pro analýzu vodní eroze půdy podrobně informuje o výsledcích dosažených v první etapě modernizace mobilního simulátoru deště provozovaného Fakultou stavební ČVUT v Praze. Pozornost je věnována zejména novému řídicímu systému tohoto zařízení. Jsou uvedeny mj. první výsledky získané při ověřovacích zkouškách modernizovaného simulátoru v polních podmínkách a naznačeny směry dalšího rozvoje nového řídicího systému.   This paper describes in its first part a principle and an importance of a rainfall simulator for an analysis of soil erosion. In its main part the paper presents results which were achieved during the first phase of modernisation of the mobile rainfall simulator operated by Faculty of civil engineering at CTU in Prague. Attention is paid especially to a new control system of the simulator. The first results obtained at field tests of the modernised simulator as well as planned future extensions of its new control system are also included.   1. Úvod a motivace K vodní erozi půdy dochází v důsledku rozrušování povrchu půdy dešťovými kapkami a následného odnosu půdy povrchovým odtokem. Splavovaná svrchní a zároveň na živiny nejbohatší vrstva půdního krytu poté zanáší další části krajiny, včetně vodních toků či nádrží, a často tak poškozuje i lidská sídla a stavby. Jde o přírodní proces, který je obtížné sledovat, protože je závislý na příčinné dešťové srážce. Přirozeně se vyskytující intenzivní deště jsou velmi variabilní co do intenzity a vyskytují se náhodně. Proto je pro potřeby lokálních měřítek nahrazován přirozený déšť umělým s použitím simulátorů deště (jinak také dešťový simulátor – DS), využívaných po světě již déle než 50 let. Simulátory deště se využívají jak v laboratorních podmínkách, tak i přímo v terénu. Jejich hlavní předností je schopnost poměrně pohotově získat potřebné údaje (bez nutnosti čekat na přirozený déšť) za relativně stejných podmínek. Experimenty v laboratoři, při nichž lze detailně a opakovatelně sledovat mnoho půdních i odtokových charakteristik, lze při sledování vlivu vegetace využít jen omezeně [1].   Simulátory deště se kategorizují především podle svých rozměrů a způsobu použití a také podle principu tvorby kapek. Principů generování deště se používá mnoho, v základě se dělí na pulzní a kyvné.   Princip kyvných simulátorů spočívá v pohybu ramene, kdy je intenzita deště dána počtem kyvů ramene nad postřikovanou plochou. Předností je stabilní průtok, nedostatkem je větší spotřeba vody, která je u velkých zařízení a při použití v terénu limitující.   U pulzních simulátorů se požadované intenzity deště dosahuje otevíráním a zavíráním přívodu vody do trysek. Jde o systém náročnější na ovládání, neboť každou trysku je třeba ovládat zvlášť. Z hlediska udržení stálého tlaku vody v zařízení je nutné „spínat“ jednotlivé trysky v jejich těsné blízkosti. Při spínání po sekcích vzniká zpoždění a tlak vody v trysce nabíhá pomalu. Z hlediska generování umělého deště je důležité přesně udržovat kinetickou energii kapek, intenzitu a rovnoměrnost deště. Kinetická energie kapek, která je hlavním činitelem rozrušování půdních agregátů, je závislá na hmotnosti (velikosti) kapek a rychlosti jejich dopadu do půdy.   Katedra hydromeliorací a krajinného inženýrství Fakulty stavební ČVUT v Praze (FSv ČVUT) provozuje od roku 2001 halový simulátor deště [2] a následně také mobilní simulátor, který je využíván pro potřeby různých projektů od roku 2011 [3]. Hlavním úkolem mobilního simulátoru je provést erozní experiment, jehož základem je měření průběhu povrchového odtoku a množství erodovaného materiálu v čase. V roce 2015 bylo přijato rozhodnutí dosavadní mobilní simulátor kompletně zrenovovat a zmodernizovat, pokud jde o akční členy, pohon, rozvody vody a řídicí systém. Na realizaci nového řídicího systému se podílela firma Feramat Cybernetics, s. r. o. Jeho základem je modulární programovatelný automat WAGO-I/O-System 750, jehož jádrem je procesorová jednotka PFC 750-8202. Projekt modernizace simulátoru se skládá z několika etap – v první bylo renovováno zařízení a nainstalován nový řídicí systém, který umožňuje řídit a sledovat provozní veličiny simulátoru (průtok vody, sekvence otevírání trysek atd.) při použití bezdrátového uživatelského ovládání prostřednictvím PC, tabletu nebo inteligentního mobilního telefonu. Rozváděč řídicího systému byl záměrně naddimenzován, protože v dalších etapách bude sestava simulátoru deště rozšiřována o různé snímače hydrologických veličin, jejichž údaje se budou zaznamenávat do souborů na paměťovou kartu SD v procesorové jednotce PFC programovatelného automatu (PLC) pro pozdější zpracování. Do budoucna se např. připravuje přímé měření a kontinuální záznam průtoků v měrném žlabu, vlhkosti půdy a srážek.   2. Současný mobilní simulátor deště FSv ČVUT   2.1 Konstrukce simulátoru Samotné uspořádání mobilního simulátoru deště FSv ČVUT (dále jen „simulátor“, popř. „zařízení“) je podřízeno potřebám snadného ovládání a častého použití v terénu (obr. 1). Sada trysek je nesena na rozkládacím rameni z příhradové konstrukce s podporami. Délka ramene v rozloženém stavu je 10 m, takže je dosaženo rozměrů postřikované experimentální plochy 10 × 2 m. Experimentální plocha je po obvodu ohraničena plechovou bariérou dole ukončenou koncentračním plechovým sběračem ve tvaru trychtýře, který sbírá povrchový odtok se splaveninami do nádoby nebo jiného měřicího a vzorkovacího zařízení. Úkolem při modernizaci bylo mj. nastavit počet a vzdálenost postřikovacích trysek tak, aby experimentální plocha byla postřikována s co možná největší plošnou homogenitou. Tím nutně vznikají přestřiky do stran, kde je intenzita postřiku menší, což znamená větší požadavky na množství vody pro jednotlivý každý experiment, protože je jen zčásti využita k vlastnímu měření v mezích experimentální plochy.   Nejdůležitějším parametrem při měření s použitím simulátoru deště je, kinetická energie kapek, závisející jednak na pádové výšce kapek a jednak na jejich velikosti, která je dána typem trysky a zároveň tlakem vody v zařízení (dále jen „tlak“). Tlak je základním provozním parametrem každého simulátoru deště s tryskami, takže je důležité ho během měření udržovat konstantní a garantovat, že bude tentýž i při opakování měření. Nastavovat požadovanou intenzitu deště je vhodné nikoliv změnou tlaku v trysce, která by ovlivnila charakter deště, ale přerušováním výtoku z trysky při použití předřazeného elektromagnetického ventilu. Ventily u jednotlivých trysek jsou řídicím systémem otevírány a uzavírány v předem určeném naprogramovaném pořadí a intervalech. Za účelem minimalizovat rázy v rozvodu vody a udržet tak co možná homogenní výtok z trysek se u současných konstrukcí simulátorů používá střídavé otevírání a uzavírání stejně početných skupin trysek tak, aby průtokové poměry v rozvodu vody byly co možná stálé.   Vzhledem k potřebě garantovat stabilní charakteristiky vytvářeného deště byla provedena analýza dřívějších kalibračních měření jak z hlediska rovnoměrnosti postřiku, tak i z hlediska kinetické energie kapek. Výsledky analýz ukázaly potřebu poměrně zásadně obnovit dosavadní simulátor.   V původní sestavě simulátoru byly zapojeny čtyři trysky ve vzdálenostech 2,4 m od sebe. Ty byly v roce 2015 nahrazeny celkem devíti tryskami zapojenými ve skupinách po třech. Účelem je dosáhnout lepší rovnoměrnosti postřiku při menším provozním tlaku (při návrhových intenzitách deště okolo 60 mm/h) a také větší variability nastavení charakteristik deště (zejména prostorové i časové homogenity). Trysky jsou typu Spraying System WSQ 40 [4] a jejich vzájemný odstup je 1,2 m.   Standardní délka měřicí plochy byla stanovena na 8 m, zbylý postřikovaný prostor je využíván k umístění srážkoměru a k měření na menší postřikované ploše s rozměry 1 × 1 m, využívané k měření eroze působené výhradně plošným odtokem (tzv. mezirýžková eroze). Současnou konfiguraci trysek simulátoru a umístění experimentálních ploch vzhledem k tryskám ukazuje náčrtek na obr. 2, pohled na postřikovací rameno simulátoru připravované k měření je na obr. 3 (před zakrytím ochrannými plachtami).   Původní elektricky poháněné čerpadlo napájené z mobilní elektrocentrály bylo při modernizaci nahrazeno čerpadlem o výkonu 120 l/min poháněným zážehovým benzinovým motorem. Výkon tohoto čerpacího soustrojí je dostatečný k vyrovnání ztrát v potrubí i k dosažení maximální teoretické intenzity srážek 130 mm/h. Při standardním měření se předpokládá intenzita srážek 50 až 70 mm/h.   Celé zařízení je transportováno ve složeném stavu na přívěsném vozíku za automobil. Vedle konstrukce postřikovacího ramene jsou součástmi sestavy simulátoru nádrž na vodu o objemu 1 000 l, rozváděč s vlastní řídicí jednotkou a již zmíněné výkonné čerpací soustrojí.   2.2 Hardware řídicího systému Nový řídicí systém simulátoru se skládá z hardwarových komponent tří typů: akčních členů, snímačů a vlastního řídicího systému. Jako akční členy jsou použity: solenoidové ventily (jeden pro každou trysku, tj. devět kusů celkem, každý s proudovým odběrem 1,1 A), fyzicky propojené do tří skupin (1+4+7, 2+5+8, 3+6+9); přivedením napětí 12 V DC ventil otevírá přívod vody do trysky; najednou mohou být aktivované všechny ventily, a je tedy nutné dostatečně dimenzovat napájecí zdroj, regulační ventil značky Arag, udržující konstantní tlak v zařízení; ovládá se signálem ±12V DC, kdy polarita přivedeného signálu určuje směr pohybu kuželky ventilu, ventil hlavního obtoku, také značky Arag, přes který jde voda z čerpadla ke zmíněnému regulačnímu ventilu; ovládán je signálem ±12 V DC, kdy polarita určuje směr pohybu, při době přejezdu z úplného otevření do úplného zavření asi 1,2 s, dvoupolohový ventil značky Bragila, umístěný za regulačním ventilem a ovládající obtok přívodu vody do trysek; je ovládán připojením/odpojením napětí 12 V DC (obr. 4).   Ze snímačů je prozatím zapojen pouze snímač tlaku DMP 331 od firmy BD Sensors s proudovým výstupem, který měří tlak v hadicích na rameni u trysek a poskytuje základní údaj pro zpětnovazební regulaci.   Hardware vlastního řídicího systému tvoří jednotky modulárního systému WAGO-I/O-System 750 (PLC, karty I/O, napájecí zdroje) v sestavě: procesorová jednotka WAGO PFC 750-8202 s ethernetovým portem Ethernet (obr. 5), karta DO (8×) WAGO 750-530 ke spínání relé a ovládání akčních členů, karta DI (8×) WAGO 750-430 s napojeným tlačítkem umístěným na dveřích rozváděče, karta AI 0 až 20 mA (4×) WAGO 750-453 s napojeným snímačem tlaku, zdroje napájení WAGO 787-1631 12 V DC (15 A) a WAGO 787-1606 24 V DC (2 A).   Vedle zmíněných komponent řídicí systém ještě obsahuje nutnou „bižuterii“ v podobě relé, jističů či ochran a také směrovač (router) WiFi, který vytváří malou lokální síť, do které je zapojena jednotka PFC, a díky němuž lze celé zařízení bezdrátově ovládat z tabletu/PC. Pohled na řídicí rozváděč simulátoru je na obr. 6.   2.3 Požadavky při simulování deště   2.3.1 Základní úlohy řídicího systému Z požadavků kladených v simulátoru na řídicí systém jsou nejdůležitější rychlost nastavení požadovaných parametrů deště a garance udržení provozních hodnot parametrů simulátoru v požadovaných mezích. Základní čtyři úlohy požadované od řídicího systému simulátoru lze formulovat takto: Udržovat během aktivního chodu simulátoru konstantní tlak v potrubí přivádějícím vodu z nádrže přes čerpadlo do trysek, z nichž proudí voda stále pod stejným tlakem nezávisle na počtu otevřených trysek. Zaručit bezpečné spuštění a ukončení činnosti zařízení tak, aby při uzavření trysek tlak vody nepoškodil přívodní hadice. Čerpací soustrojí vhánějící do potrubí vodu z nádrže lze totiž ovládat pouze manuálně a jeho výkon nelze řídit ani je nelze vypnout z PLC. Scénáře chodu trysek simulátoru musí být začleněny přímo do programu procesorové jednotky PFC. Zaručit automatický chod simulátoru tak, aby operátor nemusel složitě nastavovat parametry zařízení a aby ho stačilo jen rychle zaškolit. Operátor by měl simulátor ovládat bezdrátově z notebooku nebo tabletu. 2.3.2 Regulace tlaku vody (úloha ad 1) Udržovat tlak v potrubí vedoucím vodu od čerpadla ke tryskám na určité nastavené konstantní hodnotě je zcela zásadní požadavek.   Za tím účelem jsou v regulační smyčce zapojeny snímač tlaku, umístěný na postřikovacím rameni simulátoru, a regulační ventil. Nepříjemné na regulačním ventilu je, že je jednak ovládán polaritou (tj. pokud není přivedeno napětí, zůstává ve stálé poloze; je-li přivedeno +12 V, pohybuje se na jednu stranu, je-li přivedeno –12 V, pohybuje se na druhou), takže je třeba správně zapojit dvojici relé, a jednak neposkytuje žádnou zpětnou vazbu o poloze svého činného prvku či o dosažení konce rozsahu. Není tedy známo, nakolik je otevřený, a jeho otevření nelze nastavit na konkrétní hodnotu např. 25 %. Dopředná regulace tedy nemá smysl a je nutné využít zpětnou vazbu ze snímače tlaku. Vlastní regulační algoritmus využívá empiricky naladěnou strategii založenou na pravidlech (rule-based), kdy je ventil po krocích otevírán/zavírán podle vzdálenosti aktuální hodnoty tlaku od hodnoty požadované. Podle měření v terénu je tento regulátor tlaku zcela funkční, doba ustálení tlaku je přiměřeně krátká a hodnota tlaku setrvalá. Funkce regulace tlaku se zapíná pouze v okamžiku, kdy je otevřena alespoň jedna tryska. Jestliže jsou všechny trysky zavřeny, regulace se vypne (regulační ventil zůstane v poloze, kde právě skončil) a aktivují se obtoky (bypass).   2.3.3 Bezpečné spuštění a ukončení činnosti simulátoru (úloha ad 2) Pro účel blokace vstupu vody do potrubí je simulátor opatřen dvěma obtoky. Prvním je hlavní ventil, který přivádí vodu k regulačnímu ventilu a který také může sloužit jako obtok. Jeho uzavřením se tedy zcela zamezí vstupu vody do zařízení. Druhým obtokem je ventil uzavírající vstup do ramene s tryskami. Tento obtok je nutné aktivovat v případě, že se všechny trysky uzavřou a voda pod tlakem by neměla kam odtékat. První z uvedených obtoků představoval stejný problém s přepínáním polarity napájení jako regulační ventil. Vzhledem k tomu, že řídicí systém není trvale napájen, obtoky se při zapnutí napájení, po dobu, než začne fungovat jednotka PFC, nacházejí v „bezpečném“ stavu, tj. zapojení relé při stavu „logická 0“ odpovídá aktivovaným obtokům. Navíc je na dveřích rozváděče spolu s hlavním vypínačem napájení celého zařízení i přepínač, který teprve po nastavení do polohy „zapnuto“ povolí zapnout regulaci. Při přepínači v poloze vypnuto jsou aktivovány všechny obtoky a trysky jsou zavřeny (tzn. bezpečný stav). Správný postup obsluhy je tedy takový, že před vypnutím napájení nejprve přepne přepínač do polohy vypnuto a počká, až se přestaví ventily. Obdobně je třeba při zapnutí napájení nejprve vyčkat, poté přepínač přepnout do polohy zapnuto a teprve následně lze spustit scénář chodu trysek. Stav přepínače je indikován na operátorském rozhraní simulátoru (viz obr. 7).   2.3.4 Scénáře chodu trysek (úloha ad 3) Pouze regulace na vybranou hodnotu tlaku pro správný chod simulátoru nestačí. To je jen základní funkce, bez které simulátor nemůže fungovat. Pro účely správného vedení experimentů je dále nutné realizovat patřičné scénáře chodu trysek, podle nichž se v závislosti na čase automaticky otevírají/zavírají příslušné postřikovací okruhy, takže operátor nemusí řídit experiment ručně za použití stopek. Experti z FSv ČVUT navrhli pět scénářů, které splňují jejich požadavky, a tyto scénáře byly zahrnuty do řídicího programu PLC PFC. Uživatel pouze zadá délku pauzy a dobu, po kterou mají být otevřeny trysky, a aktivuje vybraný scénář. Ten se pak se zadanou pauzou periodicky opakuje až do deaktivace obsluhou.   2.3.5 Automatický chod simulátoru (úloha ad 4) Ovládání simulátoru musí být intuitivní – uživatel musí být zbaven starostí o chod regulace. Proto byl přímo na webovém serveru jednotky PFC vytvořen jednoduchý vizualizační program, který je po připojení na síť WiFi řídicího systému dostupný z libovolného webového prohlížeče s podporou jazyka Java nebo při použití aplikace WAGO WebVisu-App pro operační systémy Android a iOS. Základní operátorské zobrazení funguje jako rozcestník s odkazy také na servisní okna, v nichž lze kompletně manuálně ovládat všechny akční členy simulátoru (obr. 7) nebo spravovat parametry jednotlivých funkcí, např. zpracování dat ze snímače, filtrace dat, záznamníku dat (datalogger), regulace atd. Servisní okna běžný operátor nepoužívá.   Nejdůležitějším zobrazením pro běžného operátora simulátoru je položka scénáře (obr. 8), kde vybere jeden z předem připravených scénářů, navolí délky úseků (tj. dobu otevření trysky a délku pauzy), zapne/vypne logování a aktivuje/deaktivuje chod scénáře. Nic víc nepotřebuje ovládat, ostatní se děje automaticky. Když zapne logování, jsou každou sekundu ukládány údaje o tlaku vody, aktivitě trysek (tj. otevřena/zavřena) a vybraném scénáři do souboru csv na kartě SD jednotky PFC. Data lze přímo prostřednictvím webového prohlížeče sledovat v programu Dataplotter, nainstalovaném v jednotce PFC, či si je stáhnout do PC.   3. Zkušenosti z praxe Modernizovaný simulátor, včetně nového řídicího systému, je od druhé poloviny roku 2015 využíván v rámci projektů výzkumu eroze a povrchové a podpovrchové hydrologie. Možnost rychle nastavit a korigovat hodnoty vstupních veličin, kterou nabízí, je důležitá především z hlediska výzkumu vlivu vegetace na erozi a povrchový odtok, kdy je základem metodiky porovnání měření vykonaného na vzorku s vegetací se vztažným měřením provedeným na udržovaném úhoru. Důležité pro obě měření je nastavit a v průběhu experimentu udržet konkrétní tlak vody. Možnost nastavit sekvenci srážek o různých intenzitách je důležitá jednak při replikaci přirozených srážek a jednak při ověřování odezev návrhových hydrogramů, což bude předmětem zájmu v budoucnu.   Možnost použít bezdrátové ovládání prostřednictvím tabletu nebo mobilního telefonu přes síť WiFi se ukázala jako velmi užitečná vzhledem k tomu, že je možné zároveň vizuálně sledovat průběh měření i ovládat zařízení, popř. na dálku sledovat a řídit jeho chod.   Inovovaný simulátor deště musel být vyzkoušen, aby se ověřilo, zda produkuje umělý déšť požadovaných parametrů s potřebnou přesností. Určujícím parametrem je přitom index rovnoměrnosti, tzv. CU-index [5]. Část výsledků rozšířených měření prostorového rozložení umělého deště při stabilním nastavením tlaku vody uskutečněných na hotovém zařízení je pro ilustraci uvedena v tab. 1.   Z údajů v tab. 1 je patrné, že jednotlaký scénář č. 3 (schéma trysek 3) s průměrnou intenzitou srážek 50 mm/h produkuje velmi vhodné a stabilní pokrytí deštěm (CU-index = 82,9 %) se směrodatnou odchylkou intenzity 16 %. Při zařazení pauzy do schématu lze při zachování rovnoměrnosti dosáhnout intenzity srážek 40 mm/h. Jednotlaký scénář č. 4 (schéma trysek 2) produkuje větší intenzity srážek, se kterými by bylo možné zařazením pauzy dosáhnout požadované intenzity od 50 do 100 mm/h. Rovnoměrnosti jsou stále na velmi dobré úrovni (CU-index nad hranicí 80 %). Relativní směrodatná odchylka intenzity je ve všech případech téměř stejná. Lze tedy konstatovat, že s novým zařízením je možné dosáhnout libovolné intenzity srážky od 20 do 150 mm/h s dostatečnou přesností a se zachováním uspokojivé rovnoměrnosti po ploše.   Uvedené tvrzení bylo prokázáno a ověřeno měřením průtoků jednotlivými tryskami a měřením na plachtě po celé pracovní ploše. K nastavení intenzity deště již není nutné měnit tlak v zařízení, což v minulosti negativně ovlivňovalo jeho další parametry. Změny je nyní dosaženo stanovením doby otevření jednotlivých sekcí trysek a délky vložené pauzy bez deště. Novým zařízením se dosahuje lepšího pokrytí okrajů plochy (v podélném směru) deštěm, jeho chod je stabilní a automatizovaný.   Stabilitu tlaku v zařízení a v rozložení intenzity deště v čase lze posoudit na záznamu z experimentu ověřujícího vlastnosti modernizovaného zařízení na obr. 9. Na začátku záznamu je patrný přechodový úsek, kdy se tlak v potrubí nastavuje na požadovanou hodnotu. Dále je během celé simulace tlak konstantní až po pokles hodnot zaznamenaný na závěr po vypnutí simulátoru. Z grafu na obr. 9 je rovněž patrný vyrovnaný průběh intenzity deště, přičemž záznam minutové intenzity deště H je velmi podrobný a nad rámec možností používaného člunkového srážkoměru.   Pro porovnání se současným stavem je na obr. 10 ukázán průběh tlaku před zavedením nového řídicího systému se zpětnou vazbou ze snímače tlaku. Hodnoty tlaků zde vykazují během měření značnou variabilitu a velmi kolísá i intenzita deště.   4. Závěr a další vývoj V současnosti je úspěšně završena první etapa projektu modernizace mobilního simulátoru deště FSv ČVUT, tj. návrh a realizace jeho základního řídicího systému po stránce jak hardwaru, tak i ovládacího softwaru, uživatelského rozhraní s použitím vizualizace a zpětnovazební regulace tlaku. Chod simulátoru je vyladěn, takže uživatel nemusí nastavovat žádné parametry. Operátor jen vybere schéma, nastaví doby trvání deště a pauzy a zapne/vypne logování. Systém je úspěšně vyzkoušen v praxi v polních podmínkách, přičemž se dostalo velkého uznání jeho vizualizaci fungující na jakémkoliv tabletu i inteligentním telefonu s operačním systémem Android. Hlavní přínos spojení řízení se zaznamenáváním dat spočívá v tom, že lze opustit dosavadní praxi, kdy bylo nutné zaznamenávat naměřené hodnoty ručně nebo s použitím autonomních záznamníků dat a následně srovnávat časy pořízení apod., tedy postupovat způsoby náchylnými ke vzniku chyb.   Projekt simulátoru není z pohledu automatizace a snímací techniky uzavřen a vstupuje do další etapy, kdy je plánováno přidání dalších čidel a převodníků. K tomuto má modernizovaný řídicí systém simulátoru velmi dobré předpoklady: dostatečně dimenzovaný rozváděč, možnost přidat další karty I/O ze systému WAGO-I/O-System 750, a především záznamník dat vestavěný v jednotce PFC, který poskytuje přesně tu integrující funkci, která předchozí verzi simulátoru chyběla. Po připojení nových snímačů k řídicímu systému se jejich výstupní údaje budou automaticky logovat synchronně s časem a s ostatními údaji, jako jsou tlak, vybraný scénář či aktivované trysky. Analytik si pak snadno stáhne soubor typu CSV z jednotky PFC prostřednictvím WiFi k následnému zpracování a vyhodnocení měření v kanceláři.   V plánu je především připojení ultrazvukového převodníku polohy hladiny Banner U-GAGE S18U, kdy z naměřených hodnot bude možné vypočítat průtok. Dále je v plánu připojení srážkoměru s funkcí ověření bodové hodnoty srážky a náhrada v současnosti využívané sondy vlhkosti půdy ThetaProbe ML2x se speciálním výstupním signálem 0 až 1 V novým snímačem vlhkosti se standardním výstupem na 0 až 20 mA, přímo připojitelným k dosavadní kartě I/O WAGO 750-453. Rovněž se uvažuje o integraci komunikačního standardu SDI-12, v tuzemsku nepříliš známého, což je speciální sériová komunikační sběrnice vyvinutá v USA koncem 80. let minulého století k současnému připojení až 62 různých snímačů parametrů okolního prostředí. K tomu bude nutný převodník SDI-12/RS-232, který umožní připojit sběrnici SDI-12 k řídicímu systému prostřednictvím portu RS-232 vestavěného v jednotce PFC.   Pokud jde o software, je naplánováno přidat další scénáře a dále pokročit v automatizaci chodu celého simulátoru tak, aby zaškolení obsluhy bylo co nejsnazší. Cílem je omezit roli obsluhy při výběru intenzity deště, popř. některé ze sekvencí dešťů v případě variabilní srážky (uživatel jen zadá, jakou chce intenzitu deště, a systém sám vybere scénář s potřebnými parametry).   Poděkování Příspěvek vznikl s podporou v rámci projektů NAZV QJ1520265 Vliv variability krátkodobých srážek a následného odtoku v malých povodích České republiky na hospodaření s vodou v krajině a NAZV QJ1530181 Metodika stanovení hodnot C faktoru pomocí simulátoru deště.   Literatura: [1] ISERLOH, T. et al.: European small portable rainfall simulators: A comparison of rainfall characteristics. Catena, 2013, pp. 100–112. [2] KOLÁČKOVÁ, J. et al.: Výzkum půdní eroze pomocí laboratorního dešťového simulátoru. In: Sborník konference Workshop 2002 Extrémní hydrologické jevy v povodích, pp. 73–78. [3] KAVKA, P. et al.: Modernizace a kalibrace mobilního dešťového simulátoru. Stavební obzor, svazek 05/2013, pp. 137–142. [4] STRAUSS, P. et al.: Rainfall Simulation for Outdoor Experiments. In: Current research methods to assess the environmental fate of pesticides, 2000, pp. 329–333. [5] CHRISTIANSEN, J.: Irrigation by Sprinkling. California Agricultural Experiment Station, 1942, Bulletin No. 670.   Ing. Ondřej Nývlt, Ph.D. (nyvlt@feramat.com), Feramat Cybernetics s. r. o., Ing. Petr Kavka, Ph.D., Fakulta stavební ČVUT v Praze   Obr. 1. Mobilní simulátor deště FSv ČVUT v terénu Obr. 2. Schéma nového (2015) rozložení trysek při nejčastěji využívaném měření dvou postřikovaných ploch (1 × 1 m a 8 × 2 m) Obr. 3. Příprava mobilního simulátoru deště k měření Obr. 4. Ventily k řízení toku vody do postřikovacího ramene simulátoru – zleva: obtok trysek na rameni, regulační ventil, hlavní ventil Obr. 5. Procesorová jednotka WAGO PFC 750-8202 Obr. 6. Sestava řídicího rozváděče simulátoru Obr. 7. Operátorské rozhraní k manuálnímu ovládání simulátoru Obr. 8. Operátorské rozhraní k ovládání scénářů Obr. 9. Časový průběh tlaku vody a minutové intenzity deště v průběhu experimentu s novým řídicím systémem (9. 7. 2015) Obr. 10. Časový průběh tlaků v potrubí a kontrolní minutové intenzity naměřené srážkoměrem – stav před instalací nového řídicího systému   Tab. 1. Rozšířené měření prostorového rozložení umělého deště (červen 2015) Číslo zkoušky Schéma trysek Qmean1) (l) CU-index (%) Naměřená intenzita srážek (mm/h) Relativní směrodatná odchylka (%) 1 schéma 1 10,65 78,9 105,8 ± 22,6 ±21 2 schéma 3 2,77 78,8 53,4 ± 10,8 ±20 3 2,97 82,9 50,3 ± 7,8 ±16 4 schéma 2 5,78 82,4 102,1 ± 16,4 ±16 5 5,60 80,8 104,5 ± 18,6 ±18

Umělý život I: pojem, význam a přístupy k realizacím

Článek, první z dvojice tematicky spjatých pojednání, vysvětluje pojem tzv. umělého života, cíle sledované v tomto oboru a vhodné přístupy k jejich dosažení. Zaměřuje se nejen na aktuální stav v této významné mezioborové oblasti oboru umělé inteligence, ale i na prognózu vývoje v nejbližší době. Značná pozornost je proto věnována trendu současnosti (koncept Průmysl 4.0), kdy kybernetické systémy postupně ovládají nejenom výrobní procesy. V navazujícím příspěvku bude podrobněji popsán a na příkladech ukázán způsob poloautomatického návrhu hybridních modulárních počítačových struktur (architektur) inspirovaných přírodou. This article, the first one from two article series to the topic, describes the concept of so-called Artificial Life, its main goals and suitable approaches for their achievements. The focus is put not only on the current state of this sub-part of Artificial Intelligence, but also on predictions of its development in the near future. The current trend of increasing presence of cybernetic systems in production processes (called Industry 4.0) is described too. The second article of the series will describe one current approach for semi-automatic design of hybrid modular computer architectures inspired by life.

Soustava provozního větrání tunelového komplexu Blanka

Jan Šulc, Jan Pořízek, Lukáš Ferkl, Jíři Cigler Tunelový komplex Blanka, který je součástí Městského okruhu v Praze, byl uveden do zkušebního provozu v září 2015. Při jeho celkové délce větší než 6 km jde o nejdelší silniční tunel v České republice a nejdelší městský tunel ve střední Evropě. Během jednoročního zkušebního provozu bude sledována a vyhodnocována činnost automatického systému řízení soustavy provozního větrání tunelu – tzv. Expertního systému. Expertní systém řídí spouštění jednotlivých vzduchotechnických zařízení (proudové ventilátory, hlavní ventilátory ve strojovnách vzduchotechniky a segmentové uzávěry) tak, aby byla zajištěna požadovaná kvalita vnitřního prostředí tunelu a zároveň minimalizován výnos zplodin z výjezdových ramp tunelu do okolní zástavby. Úkolem Expertního systému je optimalizovat celkový výkon vzduchotechnických zařízení tunelu, přičemž tato optimalizace může ročně ušetřit elektrickou energii v hodnotě milionů korun. V příspěvku je popsán princip činnosti soustavy provozního větrání tunelového komplexu Blanka a Expertního systému, který ji řídí, a jsou uvedeny některé předběžné poznatky o činnosti soustavy větrání získané v rámci zkušebního provozu.   Blanka Tunnel Complex, which is a part of Prague City Ring Road, was officially opened to the public on September 19, 2015. It is the longest road tunnel in the Czech Republic and the longest city tunnel in Central Europe. Its length is about 6.4 km and it consists of three two-tubus tunnels: Bubenečský, Dejvický and Brusnický. The tunnel complex was designed to relieve the center of Prague from heavy traffic. One important part of Blanka Tunnel Complex is its air condition system ensuring adequte quality of air inside as well outside the tunnels. This article describes a function principle of the air condition system and its control based on mathematic model of air flows in the Complex. Some results from air condition system trial operation are given as well.  1. ÚvodVětrání v městských silničních tunelech je z hlediska řízení kvality ovzduší náročnější úloha než v případě dálničních tunelů. Jednak jsou dálniční tunely obvykle dostatečně samočinně provětrávány díky pístovému efektu vozidel, protože na rozdíl od městských tunelů je četnost kongesce výrazně menší, jednak jsou u městských tunelů obvykle kladeny přísnější požadavky na kvalitu ovzduší uvnitř i v relevantním okolí tunelu (městské zástavbě). Tunelový komplex Blanka je specifický nejenom svou délkou a paralelně napojenými příjezdovými a výjezdovými rampami, ale také svým umístěním v městské zástavbě. Komplex prochází celkem třemi městskými částmi Prahy (Praha 6, Praha 7 a Praha-Troja) a křižovatky tunelu Malovanka, Prašný most, U Vorlíků a Troja umožňují dennodenně projet tunelovým komplexem až celkem 60 000 vozidel [1]. V důsledku uvedených aspektů jsou projektantem soustavy větrání tunelového komplexu stanoveny striktní požadavky jak na kvalitu vnitřního prostředí tunelu, tak i na kvalitu prostředí v okolní zástavbě. Cílem je minimalizovat výnos zplodin z portálů tunelu tak, aby po otevření tunelového komplexu Blanka poklesl negativní vliv dopravy na životní prostředí v jeho relevantním okolí. 2. Krátké představení tunelového komplexu Blanka 2.1 Parametry tunelového komplexu, umístění v městské zástavběTunelový komplex Blanka tvoří severozápadní část Městského okruhu v Praze. Celková délka tunelového komplexu včetně paralelně napojených ramp je 6 382 m [2]. Jde o dvoutubusový tunelový komplex, který navazuje na již dříve zprovozněné tunely – Strahovský tunel a tunel Mrázovka. Slavnostně otevřen byl tunelový komplex Blanka 19. září 2015, jeho výstavba trvala celkem osm let. Tunelový komplex se skládá z celkem tří navazujících tunelů, které mohou být provozovány i jednotlivě – jsou to tunely Bubenečský, Dejvický a Brusnický. Polohu tunelového komplexu Blanka v městské zástavbě ukazuje obr. 1. 2.2 Větrací soustava tunelového komplexuVětrací soustava tunelového komplexu Blanka je poměrně složitý celek tvořený dvěma de facto nezávislými částmi – podélnou a příčnou. Podélnou část větrací soustavy představují proudové axiální ventilátory, jichž je v tunelovém komplexu celkem 88. Proudové ventilátory jsou umístěny u stropu tunelů, většinou po dvojicích nebo trojicích, a lze je vidět při průjezdu tunelem. Většina proudových ventilátorů je vybavena rozběhovými měniči, které umožňují ovládat ventilátor pouze způsobem zapnuto/vypnuto, a otáčky ventilátoru tudíž nelze plynule regulovat. Jen část proudových ventilátorů je vybavena měniči frekvence, dovolujícími otáčky ventilátoru plynule měnit. Příčná větrací soustava je tvořena tzv. hlavními axiálními ventilátory, které jsou umístěny v celkem třech vzduchotechnických strojovnách (strojovny Troja, Letná a Střešovice). Čtvrtou strojovnou je strojovna Malovanka, která za účelem minimalizovat výnos zplodin ze severního tunelu převádí znečištěný vzduch ze severního tunelu do jižního. V obou tubusech tunelového komplexu je dohromady umístěno 24 hlavních axiálních ventilátorů pro odvod znečištěného a přívod čerstvého vzduchu do tunelu (obr. 3). Hlavní ventilátory ve strojovnách jsou výrazně účinnější v porovnání s proudovými ventilátory, avšak při jejich provozu je nutné počítat s větší spotřebou elektrické energie. 3. Činnost soustavy větrání tunelového komplexu Blanka 3.1 Režimy činnosti soustavy větrání 3.1.1 Větrání provozní vs. požárníNa tunelový komplex Blanka jsou kladeny poměrně přísné požadavky, pokud jde o řízení kvality vnitřního i okolního prostředí tunelu. Soustava větrání tunelového komplexu má dva základní odlišné pracovní režimy, a to režim provozního větrání a režim požárního větrání. Ačkoliv režim požárního větrání a s ním související prostředky a postupy jsou neméně důležitou součástí soustavy větrání tunelového komplexu, tento příspěvek je zaměřen pouze na větrání provozní, kdy můžebýt tunelový komplex provozován v některém z celkem čtyř stavů, jimiž jsou:přirozené větrání,větrání k zajištění vnitřního prostředí tunelu,větrání k zajištění prostředí vně tunelu,předvětrání. Uvedené provozní stavy jsou v dalších odstavcích stručně charakterizovány. 3.1.2 Přirozené větrání (stav č. 1)Ve stavu Přirozené větrání jsou tunely provětrávány pouze pístovým efektem vozidel a jakékoliv nucené větrání s využitím proudových ventilátorů či ventilátorů ve strojovnách není využito. Jde o stav vyskytující se především během nočních hodin, kdy je v tunelu menší intenzita dopravy, při níž se netvoří kolony a nevyskytují se větší koncentrace zplodin z automobilů. 3.1.3 Větrání k zajištění vnitřního prostředí tunelu (stav č. 2)K přechodu do stavu Větrání k zajištění vnitřního prostředí tunelu dojde v případě, že jsou v tunelu překročeny spínací hodnoty koncentrací zplodin (tab. 1). K přechodu nazpět do stavu č. 2 dojde až v případě, že koncentrace zplodin v tunelu poklesnou pod 70 % spínacích hodnot. 3.1.4 Větrání k zajištění prostředí vně tunelu (stav č. 3)Stav Větrání k zajištění prostředí vně tunelu je během zkušebního provozu spouštěn v pracovní dny v době od 6:00 do 20:00 h, kdy se předpokládá větší intenzita dopravy v tunelu. Jde o stav zavedený za účelem minimalizovat výnos zplodin ze všech výjezdových ramp tunelu. Snahou je tedy přivést všechny výjezdové rampy tunelu do podtlaku tak, aby jimi byl nasáván čerstvý vzduch a znečištěný vzduch byl poté odváděn ventilátory ve strojovnách tunelu. Koncentrace znečišťujících látek (oxidy dusíku a pevné částice) klesá jejich rozptylem do vyšších vrstev atmosféry, což je v případě odvodu vzduchu z tunelu výfukovým komínem strojovny splněno. Největší nároky na minimalizaci výnosu zplodin jsou kladeny v portálech křižovatky Malovanka, kde je předpokládána největší intenzita dopravy v rámci celého tunelového komplexu, kde je velká hustota osídlení a kde také probíhá kontinuální venkovní měření koncentrací oxidů dusíku. Provozní stav č. 3 je schematicky znázorněn na obr. 4. 3.1.5 Předvětrání (stav č. 4)Provozní stav Předvětrání je přípravou na mimořádný stav (požár). Během provozu mohou nastat dva potenciální stavy spojené s rizikem vzniku požáru v tunelu, a to stojící vozidlo nebo zvýšená hodnota opacity (kouř je prvotním průvodcem požáru). Při tomto stavu se sleduje podélná rychlost proudění vzduchu v dané části tunelu. Poklesne-li rychlost proudění vzduchu pod žádanou hodnotu 1,2 m/s, což je optimální rychlost pro šíření kouře v případě požáru, je nutné spustit stav Předvětrání a použitím nuceného větrání zvětšit podélnou rychlost proudění vzduchu v tunelu nad žádanou hodnotu. 3.2 Systém řízení soustavy provozního větráníŘídicí systém tunelového komplexu Blanka je tvořen soustavou programovatelných automatů (PLC). Programovatelné automaty ovládají akční členy a zařízení včetně vzduchotechniky tunelového komplexu (proudové ventilátory, hlavní ventilátory ve strojovnách, klapky atd.). Přepínání mezi jednotlivými uvedenými stavy soustavy provozního větrání zajišťuje Expertní systém, který tvoří nadřazenou vrstvu této soustavy a poskytuje řídicímu systému informaci o tom, jaké ventilátory mají být spuštěny, aby za dané intenzity provozu v tunelu bylo dosaženo požadované kvality ovzduší. 4. Expertní systém 4.1 Princip činnostiExpertní systém je aplikační program, který zajišťuje splnění požadovaných podmínek v jednotlivých provozních stavech soustavy provozního větrání tunelového komplexu Blanka (viz kap. 3). Jádrem Expertního systému je matematický model tunelu založený na Bernoulliho rovnicích a rovnicích kontinuity, které popisují vliv jednotlivých faktorů působících v tunelu. Tento matematický model je současně jedním ze vstupů do algoritmu matematické optimalizace, jejímž cílem je zajistit potřebné provozní větrání tunelového komplexu při co nejmenší spotřebě elektrické energie. 4.2 Matematický model tunelového komplexuCelý tunelový komplex představuje v důsledku přítomnosti tunelových vjezdů a výjezdů sériově-paralelní síť, kterou lze jednodimenzionálně popsat pomocí Bernoulliho rovnic a rovnic kontinuity. Na obr. 5 je na ukázku schematicky zobrazena výjezdová rampa tunelu. Za předpokladu konstantní hustoty vzduchu v tunelu platí pro paralelně napojené výjezdy a příjezdy zákon zachování hmotnosti, tedy rovnice kontinuity rovnice     (1) rovnice     (2) kdeQi je objemový průtok vzduchu v dané části tunelu (m3/s),Ai průřez tunelu v jeho dané části (m2),ui rychlost proudění vzduchu v dané části tunelu (m/s). Další podmínkou je podmínka rovnosti tlaku v jednotlivých větvích, což je důsledek Bernoulliho rovnice. Pro výjezdovou rampu podle obr. 5 lze obdržet dvě nezávislé rovnice Δp1 = –Δp3      (3) Δp2 = –Δp3      (4) kde Δpi je součet všech tlakovým změn (příspěvků) v dané části tunelu (Pa). Tento článek se podrobně nezabývá výpočty jednotlivých vlivů, které v tunelu působí, jako jsou pístový efekt vozidel, komínový efekt způsobený převýšením portálů, tření vzduchu, tlakové ztráty vstupem a výstupem a vlivy jednotlivých proudových ventilátorů a strojoven. Vztahy pro výpočet těchto tlakových příspěvků lze nalézt v několika publikacích,např. [4]. Již uvedeným způsobem lze matematicky popsat celý tunelový komplex Blanka a tím obdržet soustavu nelineárních algebraických rovnic, kde neznámými jsou rychlosti proudění vzduchu v jednotlivých částech (větvích) tunelu. 4.3 Optimalizace řízení soustavy provozního větráníOptimálním řízením soustavy provozního větrání lze zmenšit náklady na provozní větrání tunelu ročně o miliony korun [3].Úkolem Expertního systému je zajistit požadované hodnoty veličin prostředí uvnitř i v relevantním okolí tunelového komplexu při minimální spotřebě elektrické energie. Jádrem matematické optimalizace je matematický model tunelu naznačený v kapitole 4.2. Úlohu matematické optimalizace lze podle [3] formálně zapsat vztahem (při dodržení omezení uvedených dále v textu) rovnice     (5) kdex* je výsledek matematické optimalizace, tj. požadované nastavení jednotlivých akčních členů (proudových ventilátorů a strojoven),JFi výkon jednotlivých proudových ventilátorů (kW),VMi výkon jednotlivých strojoven (kW),vk – sk odchylka skutečné od požadované rychlosti proudění vzduchu (m/s),ak koeficient umožňující naladit regulaci (–). Cílem je tedy minimalizovat hodnoticí funkci (5) při dodržení omezení, která jsou dána jednak matematickým modelem proudění v tunelu, dále požadovanými rychlostmi proudění v jednotlivých částech tunelu a také fyzikálním omezením jednotlivých akčních členů, jako jsou např. maximální a minimální otáčky proudových ventilátorů, maximální a minimální průtoky vzduchu strojovnami atd. 5. Aktuální poznatky ze zkušebního provozuZ poznatků o činnosti soustavy provozního větrání získaných během dosavadního zkušebního provozu tunelového komplexu Blanka je na ukázku na obr. 6 uveden záznam činnosti soustavy ze dne 22. ledna 2016. Na prvním grafu shora je zaznamenán časový průběh hodnot objemového průtoku vzduchu při odvodu znečištěného vzduchu v jednotlivých strojovnách severního tunelového tubusu. Na druhém grafu je zaznamenán časový průběh koncentrace NOx v západním konci severního tunelovém tubusu. Jde o nejkritičtější místo z hlediska koncentrací zplodin, neboť měřený úsek se nachází před výjezdovým portálem Malovanka, který je položen výše než příjezdový portál v Troji, takže v tomto místě se za provozu předpokládá největší koncentrace zplodin. Třetí graf shora ukazuje časový průběh rychlosti proudění vzduchu na jednotlivých výjezdových rampách tunelu a na posledním grafu je zobrazen časový průběh intenzity dopravy v místě výjezdového portálu Malovanka společně s průběhem venkovní koncentrace NO2. Provozní stav č. 3 – větrání k zajištění kvality prostředí vně tunelu – byl nastaven od 6:00 do 20:00 h, čemuž také odpovídá spouštění vzduchotechnických strojoven v uvedeném časovém intervalu. Strojovny se spouštějí v závislosti na intenzitě dopravy v tunelu. Z grafů je patrný postupný nárůst objemového průtoku vzduchu ve strojovnách Letná a Střešovice, což odpovídá nárůstu intenzity dopravy v tunelech během dne. Během provozu ve stavu č. 3 se podařilo minimalizovat rychlost proudění na všech výjezdových rampách a na některých rampách (především v oblasti portálu Malovanka) se podařilo přivést je do podtlaku (rychlost proudění je záporná), a tedy toku vzduchu proti jedoucím vozidlům. Během dne se navíc podařilo udržet koncentrace NOx pod limitní hodnotou, tj. nebylo třeba spustit stav č. 2 – větrání k zajištění kvality vnitřního prostředí tunelu. Stav č. 4 – předvětrání – bylo nutné spustit během dne celkem čtyřikrát, čemuž na grafech rychlosti proudění odpovídá prudký nárůst rychlosti proudění na všech výjezdových rampách v důsledku odstavení všech odvodních strojoven. Tím je jasně demonstrována účinnost automatické regulace během provozního stavu č. 3. Jestliže je totiž za provozního stavu č. 3 vypnuta automatická regulace, není možné minimalizovat rychlost proudění na výjezdových rampách a udržet výjezdové rampy v podtlaku, a proto ani minimalizovat výnos zplodin z tunelového komplexu Blanka. 6. ZávěrBěhem zkušebního provozu tunelového komplexu Blanka jsou laděny algoritmy Expertního systému, který cestou provozního větrání zajišťuje požadovanou kvalitu ovzduší uvnitř tunelů i v relevantním okolí komplexu. Ukazuje se, že navržený způsob větrání i algoritmus Expertního systému dokážou splnit požadavky, které jsou na soustavu provozního větrání kladeny. Během zbývající doby zkušebního provozu (do konce září 2016) bude algoritmus Expertního systému detailně vyladěn a na základě emisní studie bude stanovena intenzita dopravy, při které bude spouštěn stav č. 3 – větrání k zajištění kvality prostředí vně tunelu, čímž bude dosaženo dalšího kroku při optimalizaci provozního větrání a dalšího snížení spotřeby elektrické energie. Podle prvotních odhadů se náklady na elektrickou energii v rámci provozního větrání pohybují v rozsahu pět až patnáct milionů korun za rok, přičemž největší roli při úspoře hraje právě způsob provozování, tj. zda se stav č. 3 spouští jen při zvýšené intenzitě dopravy v tunelu, nebo je spouštěn časově podle předem daného rozvrhu. PoděkováníExpertní systém byl vyvíjen ve spolupráci s firmami Feramat Cybernetics s. r. o., Satra s. r. o., ČKD Praha DIZ a. s. a Eltodo a. s. Článek vznikl v rámci projektu Univerzitní centrum energeticky efektivních budov ČVUT a dále byl financován ze zdrojů ČVUT SGS16/232/OHK3/3T/13 a Norských fondů NF-CZ07-INS-5-118-2015. Literatura:[1] Brusnický, Dejvický a Bubenečský tunel [online]. Tunel Blanka info, 2016 [cit. 4. 7. 2016]. Dostupné z: <www.tunelblanka.info/aktualni-informace/>[2] O tunelovém komplexu Blanka [online]. [cit. 4. 7. 2016]. Dostupné z: <www.praha.eu/jnp/cz/doprava/automobilova/tunelblanka>[3] Provozní data tunelového komplexu Blanka. Datový archiv firmy Satra, s. r. o., 2016.[4] ŠULC, J. a L. FERKL. Návrh algoritmů řízení provozního větrání tunelu Blanka. Vytápění, větrání, instalace, 2015, roč. 24, č. 4, s. 178–183. ISSN 1210-1389. Ing. Jan Šulc(sulcjan5@fel.cvut.cz),katedra řídicí techniky, Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze, Ing. Jan Pořízek(jan.porizek@satra.cz),Satra, s .r. o., doc. Ing. Lukáš Ferkl, Ph.D.(lukas.ferkl@cvut.cz),Univerzitní centrum energeticky efektivních budov ČVUT, Ing. Jiří Cigler, Ph.D.(cigler@feramat.cz),Feramat Cybernetics s. r. o. Obr. 1. Letecká mapka tunelového komplexu Blanka včetně označení vjezdů/výjezdů (zdroj: [1])Obr. 2. Proudové ventilátory u stropu v raženém tunelu Bubeneč (zdroj: [3])Obr. 3. Pohled na jeden z hlavních axiálních ventilátorů ve vzduchotechnické strojovně (zdroj: [3])Obr. 4. Schematické zobrazení provozního stavu č. 3 – Větrání k zajištění kvality prostředí vně tunelu (šipky značí požadovaný směr proudění vzduchu; zdroj: [3])Obr. 5. Schematické zobrazení výjezdové rampy tunelového komplexu Blanka pro účely jeho matematického modelování (zdroj: [4])Obr. 6. Záznam činnosti soustavy provozního větrání tunelového komplexu Blanka během dne 22. ledna 2016Tab. 1. Spínací hodnoty koncentrací zplodin pro spuštění stavu č. 2 soustavy větrání v tunelovém komplexu Blanka Veličina Spínací hodnota koncentrace oxidy dusíku (NOx) 8 ppm opacita 5 km–1  

Plováčkové průtokoměry – průtokoměry s proměnlivým průřezem

Plováčkový průtokoměr se poměrně často používá k měření objemového průtoku plynů nebo kapalin jak při laboratorním, tak při provozním měření. Jde o jednoduché a spolehlivé měřidlo, které může poskytovat výstupní údaj i bez dodávání pomocné energie. Tento článek, který doprovází přehled trhu plováčkových průtokoměrů, popisuje funkční princip měřidla, jeho základní vlastnosti, přednosti a nedostatky i možnosti využití. Zmíněna je historie měřidla a diskutováno je i pojmenování tohoto průtokoměru. Princip funkcePlováčkové průtokoměry patří do skupiny průtokoměrů s proměnlivým průřezem [3], u nichž se s měnícím se průtokem mění průtočná plocha při přibližně stálém tlakovém spádu na zúženém průřezu. Na obr. 1 jsou znázorněny základní typy měřidel s proměnlivým průřezem. Na obr. 1a je plováčkový průtokoměr, který je tvořen kónickou trubicí, v níž je umístěn plováček, který tekutina nadnáší při proudění směrem vzhůru. U dalších typů je použita válcová trubice a v ní je umístěn buď vedený kuželovitý trn (plovák) zapadající do clony (obr. 1b), nebo píst pohybující se v perforovaném válci (obr. 1c), anebo otočná klapka (obr. 1d). U všech těchto měřidel se mění průtočný průřez při změně průtoku; u měřidla s pístem se mění průtočná plocha otvorů ve stěně perforovaného válce. Plováček či jiný prvek je udržován v základní poloze gravitací a měřidlo musí být umístěno ve svislé poloze. Obr. 1. Základní typy průtokoměrů s proměnlivým průřezem (upraveno podle [4]): a) průtokoměr plováčkový, b) se clonou a plovákem, c) s perforovaným válcem, d) s klapkou Plováčkový průtokoměr patří mezi nejrozšířenější průtokoměry ze skupiny průtokoměrů s proměnlivým průřezem. Hlavní funkční částí měřidla je svisle umístěná měřicí trubice mírně kuželovitého tvaru, nahoru se rozšiřující (úhel kužele je ve skutečnosti menší než 2°). Měřená tekutina proudí trubicí směrem vzhůru a v jejím proudu se vznáší rotační tělísko (obr. 2). Tělísko se obvykle označuje jako plováček, přestože označení neodpovídá fyzikální podstatě měřicí metody, protože tělísko pro svou hmotnost neplave. Podle velikosti průtoku zaujme rotační tělísko vyšší nebo nižší polohu, čímž se změní průřez, kterým tekutina protéká. Tlakový spád a rychlost proudu v místě zúžení zůstávají konstantní. Měřítkem průtoku je vertikální poloha tělíska h. Stupnice bývá vyznačena přímo na trubici zhotovené z průhledného materiálu. Na horním okraji tělíska jsou šikmé zářezy, takže účinkem proudícího prostředí se uvede tělísko do rotačního pohybu, čímž se stabilizuje jeho poloha v trubici. Tělíska mívají i jiný tvar a někdy bývají vedena na lanku nebo na tyči. Při určitém konstantním průtoku zaujme tělísko určitou polohu a v té setrvá, dokud se průtok nezmění. Za tohoto stavu jsou v rovnováze všechny síly působící na tělísko. Směrem dolů působí tíha tělíska Fg a směrem nahoru vztlak Fv a síla proudícího média Fm, skládající se z tlakové síly Fp a ze třecí síly Ft. Síla Fp je dána součinem plochy tělíska s a rozdílu tlaků Δp před tělískem a za ním. Na velikost tlakové a třecí síly má vliv způsob obtékání tělíska, který lze měnit změnou tvaru tělíska. Při velkých hodnotách Reynoldsovačísla Re převládají síly setrvačné; uplatňuje se hlavně hustota a neuplatňuje se viskozita média. Při malých hodnotách Re převládají síly třecí a uplatňuje se zde zejména viskozita média. Obr. 2. Princip plováčkového průtokoměru Rovnováha sil v těžišti tělíska T je obecně dána vztahem Fg = Fv + Fp + Ft      (1) Za předpokladu turbulentního obtékání je možné třecí sílu Ft zanedbat a po dosazeníFg = Vt ρt gFv = Vt ρt gFp = A2 Δplze po úpravě vyjádřit tlakový spád na tělísku Δp vztahem rovnice 2 kdeVt je objem tělíska,ρt hustota tělíska,ρm hustota média,g gravitační zrychlení,A2 plocha největšího příčného řezu tělíska. Protože všechny veličiny na pravé straně rovnice (2) jsou konstantní, je konstantní i Δp a tělísko stoupá, popř. klesá tak dlouho, dokud není změnou průtočného průřezu dosaženo rovnovážného stavu. Průtočným průřezem je mezikruží o ploše ΔA = (A1 – A2), kde  A1 = π (D2/4); A2 = π (d2/4). Plocha mezikruží je funkcí polohy h rotačního tělíska. Má-li být stupnice průtoku lineární, měla by mít trubice tvar rotačního paraboloidu. Při menších požadavcích na přesnost vyhovuje trubice kuželovitého tvaru. Bude-li mít měřicí trubice velmi malý vrcholový úhel, bude poloha plováku téměř lineárně závislá na objemovém průtoku. Průtokovou rovnici pro plováčkový průtokoměr je možné odvodit z analogické rovnice, která platí obecně pro průřezová měřidla, např. pro clonu: rovnice 3 kdeC je průtokový součinitel měřidla,β poměr průměru clony a světlosti potrubí,A průřez clony. Bude-li výraz 3a nahrazen průtokovým součinitelem plováčkového průtokoměru Ct, místo průtočného průřezu clony A bude uvažována plocha mezikruží ΔA a za Δp bude dosazeno ze vztahu (2), získá se: rovnice 4 kde průtokový součinitel Ct je funkcí tvaru tělíska a hodnoty Re a značně závisí na viskozitě tekutiny. Pro laminární proudění se hodnota součinitele značně mění s rychlostí, při turbulentním proudění je přibližně stálá. Pro každou hodnotu průtoku QV se tělísko ustálí v takové poloze, aby plocha mezikruží ΔA odpovídala vztahu (4). Hodnota součinitele Ct závisí na tvaru plováku. Pro rotující plováček a tekutinu s malou viskozitou při turbulentním toku je hodnota téměř konstantní. Pro trubice s malým vrcholovým úhlem je průtočný průřez ΔA lineární funkcí polohy h a všechny ostatní veličiny v rovnici (4) jsou při měření konstantní. Z toho plyne, že stupnice rotametru je přibližně lineární a je možné napsat kalibrační rovnici ve tvaru Qv = a ΔA + b     (5) kde a, b jsou empirické konstanty. Několik odkazů na videosoubory popisující princip funkce plováčkových průtokoměrů je v tab. 1. Tab. 1. Odkazy na videosoubory: princip činnosti plováčkových průtokoměrůNázev   Odkaz  Krohne: Variable area flowmeters  https://www.youtube.com/watch?v=DVLBDm9c8ak  Krohne: Principle of Variable Area Flowmeters https://www.youtube.com/watch?v=Pz-Mvdc6nf4  ABB: FlowMaster Flow Tutorials – Variable area flowmetershttps://www.youtube.com/watch?v=ulb8jCttq5A  Brooks Instrument: MT3809G Metal Tube Variable Area Flowmeter – Principle of Operationhttps://www.youtube.com/watch?v=ImdQ2kUOrJo   Závislost údaje na hustotěZ průtokové rovnice je zřejmé, že údaj přístroje závisí na hustotě měřené látky. Je-li třeba měřit plováčkovým průtokoměrem jinou látku, než na kterou byl kalibrován, je nutné provést přepočet. Pro stejné postavení tělíska pro různé tekutiny platí rovnice 6 U plynů, kde lze předpokládat, že hustota tělíska ρt je mnohem větší než hustota média ρm, je možné pro přepočet použít přibližný vztah rovnice 7 Závislost na hustotě kapaliny lze potlačit vhodnou volbou hustoty tělíska tak, aby platilo ρt = 2ρm; za tohoto předpokladu bude výraz v závorce v rovnici (4) roven 1. Obr. 3. Základní tvary plováčků: a) rotační, b) kulovitý, c), d) vedené Závislost údaje na viskozitěVliv viskozity lze zanedbat při turbulentním charakteru obtékání tělíska tekutinou s malou viskozitou. Při nižších hodnotách Re a větší viskozitě tekutiny je možné vliv viskozity potlačit vhodnou volbou tvaru plováku. Aby změna viskozity neovlivňovala údaj o průtoku, musí být třecí síla Ft co nejmenší. Toho se dosahuje zejména minimalizováním třecí plochy v místě největšího zúžení průtočného průřezu. Plovák má v tomto případě ostré hrany, jako např. na obr. 3d. Pro značně viskózní média není použití plováčkového průtokoměru vhodné. Konstrukční provedení PlováčkyPlováčky se vyrábějí z materiálů odolných proti korozi (korizovzdorná ocel, titan, safír, tantal, hliník aj.). Různé materiály se využívají také z důvodu možné úpravy měřicího rozsahu prostřednictvím změny hmotnosti plováku. Tvary plováčků a jejich materiál se liší podle druhu měřené tekutiny a velikosti průtoku. Vybrané základní tvary plováčků jsou znázorněny na obr. 3. Obecně lze plováčky rozdělit do dvou skupin:rotační: opatřené např. šikmými zářezy, které při průtoku tekutiny uvedou plováček do rotace a tím se stabilizuje jeho poloha,vedené: plovák je veden na tyči nebo na struně, popř. je veden pomocí tří žeber vytvořených na vnitřní straně měřicí trubice. Charakteristickým znakem plováčků je ostrý okraj, který usnadňuje čtení polohy. Poloha kulovitých plováčků se odečítá ve středu kuličky (způsob odečítání polohy je v obr. 3 vyznačen čárkovanou čárou). Kulovité plováčky jsou často používány v měřicích trubicích s malým průměrem. Složitější geometrie plováčku může snížit citlivost na viskozitu kapaliny. Obr. 4. Provozní plováčkové průtokoměry: a) rotametr RAGN se skleněnou trubicí, b) RAKD s kovovou trubicí (oba viz www.yokogawa.com), c) H250-M9 s kovovou trubicí pro potravinářství a farmacii (www.krohne.cz), d) celokovový rotametr FAM540 s alarmovými signály a proudovým výstupem (www.abb.cz/mar) Měřicí trubiceMěřicí trubice jsou nejčastěji skleněné, vyrobené z borosilikátového skla, a jsou chráněné proti poškození. Ke zhotovení průhledných trubic se používají také plastové trubky z PVC, polyamidu aj. Provozní snímače mají trubice z kovových a plastových materiálů. Kovové měřicí trubice se používají při měření za vysokého tlaku a teploty nebo při měření nebezpečných látek. Bývají vyrobené z korozivzdorné oceli, která je nemagnetická a umožňuje magnetické snímání polohyplováčku. Průtokoměry pro chemický, potravinářský a farmaceutický průmysl mají trubice vyrobené z korozivzdorného materiálu a všechny části přicházející do styku s měřeným médiem jsou opracovány tak, aby se nevytvářely nežádoucí usazeniny. Takové přístroje jsou vhodné např. pro měření průtoku mléka, smetany, jedlého oleje, velmi čisté vody apod. Pro měření agresivních médií jsou k dispozici měřicí trubice s keramickou nebo teflonovou výstelkou. Ukázky provedení provozních plováčkových průtokoměrů jsou na obr. 4. U skleněných trubic se poloha plováčku odečítá vizuálně, u neprůhledných trubic lze polohu snímat magneticky, pneumaticky, fotoelektricky, pomocí indukčního vysílače apod., což umožňuje získat např. proudový signál 0/4 až 20 mA vhodný k dalšímu zpracování. Při použití magnetické spojky může provozní přístroj pracovat čistě mechanicky, bez elektrického napájení. Měřicí trubice může být vybavena magnetickými či jinými snímači mezních hodnot polohy plováčku. Obr. 5. Tlakové poměry při zapojení plováčkového průtokoměru a ventilu (p – provozní tlak v průtokoměru): a) ventil na výstupu, b) ventil na vstupu, c) ventil na vstupu i výstupu Speciální konstrukční provedeníExistují i plováčkové průtokoměry se dvěma plováky (jeden je citlivý na rychlost a druhý na hustotu), které lze využít k přibližnému měření hmotnostního průtoku. K měření průtoků ve velkém rozsahu se používají rotametry se dvěma kulovitými plováčky s různou hmotností. Při narůstajícím průtoku se nejprve odečítá poloha lehčího plováku a po dosažení hranice stupnice se odečítá poloha těžšího plováku [5]. Instalace průtokoměruPlováčkové průtokoměry musí být instalovány do potrubí ve svislé poloze, přičemž velikost průtokoměru by měla odpovídat velikosti potrubí. Průtokoměry se obvykle nepoužívají pro potrubí s průměrem přesahujícím 100 mm. Připojení plováčkového průtokoměru nevyžaduje rovné úseky potrubí ani v přívodní, ani ve výstupní části. Průtokoměr by neměl být vystaven silnějším vibracím ani vlivu silného magnetického pole. Pro nastavení průtoku média měřeného plováčkovým průtokoměrem se často používají jehlové ventily. Na obr. 5 jsou znázorněny tlakové poměry při různém připojení jehlového ventilu (p označuje provozní tlak v plováčkovém průtokoměru). Pokles tlaku v průtokoměru je obvykle zanedbatelný. Při měření průtoku plynů a par se doporučuje s ohledem na stlačitelnost média, aby ventil byl umístěn na výstupu z průtokoměru. Při tomto uspořádání bude tlak v průtokoměru přibližně konstantní a nezávislý na kolísání tlaku p2 v aparatuře po proudu (obr. 5a). Je-li plyn z průtokoměru odváděn do prostoru s atmosférickým tlakem, lze ventil umístit před průtokoměr (obr. 5b). Při měření plynu se doporučuje, aby minimální provozní tlak byl roven asi pětinásobku tlakové ztráty měřidla. Při měření plynů nebo par se obecně doporučuje volit uspořádání ventilů tak, aby tlak uvnitř měřidla byl pokud možno konstantní a odpovídal hodnotám při kalibraci průtokoměru [2], [7]. Při měření kapalných médií není objem ovlivněn změnami tlaku, a proto je možné ventil připojit libovolně. Obr. 6. Instalace plováčkových průtokoměrů v průmyslových provozech (foto: M. Kmínek): a) rotametr Krohne H255 M9 (www.krohne.cz), b) rotametr ABB-FAM 540 (www.abb.cz/mar) – oba při měření průtoku etanolu v lihovaru Dobrovice, Tereos TTD, a. s., c) regulace průtoku mléka s využitím rotametru Krohne H255, d) ukazovací skleněný rotametr v provozu mlékárny Na obr. 6 jsou příklady instalace provozních plováčkových průtokoměrů používaných k měření a regulaci průtoku etanolu při destilaci v lihovaru a při měření průtoku v mlékárně. VlastnostiNejistota u laboratorních plováčkových průtokoměrů bývá ±0,4 % z měřené hodnoty, u průmyslových provozních přístrojů ±1 až ±4 % z rozsahu při poměru maximálního a minimálního průtoku 10 : 1 [10]. Nejistota při provozním měření je významně ovlivňována konkrétními provozními podmínkami. Zatímco při měření plynů má rozhodující vliv na polohu plováku hustota, při měření kapalin je to vedle hustoty i viskozita média. Vzhledem k tomu, že hustota i viskozita kapalin závisejí na teplotě a u plynů i na tlaku, je vliv provozních podmínek na údaj průtokoměru zřejmý. Při změně druhu měřeného média (jeho hustoty, popř. viskozity) nebo i jen při změně podmínek (teploty a tlaku) je nutné přístroj rekalibrovat nebo přepočítat měřené údaje. Plováčkové průtokoměry pro měření průtoku kapalin bývají kalibrovány při průtoku vody, průtokoměry pro měření plynu se kalibrují vzduchem. K přepočtu údaje pro další tekutiny jsou od výrobců k dispozici tabulky, nomogramy či počítačové programy. U přístrojů pro univerzální použití může být stupnice značena v milimetrech a pro určení průtoku konkrétní tekutiny je k dispozici přepočítávací faktor v závislosti na parametrech měřicí trubice, plováčku, tlaku a teplotě. U provozních průtokoměrů je výhodnější, aby byla stupnice přístroje vyznačena přímo v jednotkách průtoku konkrétní tekutiny za stanovených provozních podmínek. Plováčkový průtokoměr lze použít k měření průtoku plynů i kapalin, patří mezi levná měřidla a přímo ukazující přístroje nevyžadují žádnou pomocnou energii (napájení). Tlaková ztráta na měřidle je přibližně konstantní a obvykle bývá menší než 7 kPa [4]. Přednosti a nevýhody plováčkových průtokoměrů jsou shrnuty v tab. 2. Tab. 2. Přednosti a nedostatky plováčkových průtokoměrůPřednosti:Přednosti:jednoduché měřidlo,nízké investiční náklady,nízké náklady na instalaci,použitelné pro kapaliny, plyny, páru,malá tlaková ztráta měřidla,také pro agresivní média,přímo ukazující přístroje nepotřebují napájení, dlouhá životnost.nelze použít pro znečištěné a viskózní tekutiny,nelze použít pro pulzující průtok,větší nejistota údaje,provoz pouze ve svislé poloze,nutná kalibrace pro danou hustotu a viskozitu média. PoužitíPlováčkové průtokoměry se používají k měření průtoku homogenních tekutin s nejrůznějšími fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Průměry trubic se pohybují v rozmezí 15 až 100 mm. Měřidla se skleněnými trubicemi mohou pracovat při teplotě do 200 °C a tlaku 1 MPa, s kovovými trubicemi až 540 °C a tlaku až 5 MPa [5]. Měřicí rozsahy pro měření průtoku vody jsou od 0,04 l/h do 150 m3/h a vzduchu od 0,5 l/h do 3 000 m3/h [10]. Plováčkové průtokoměry lze s výhodou využít jako záložní provozní měřidla, protože nepotřebují žádné externí napájení. Vhodné jsou tam, kde je zapotřebí orientačně vizuálně sledovat průtok pro informativní měření v laboratorních i provozních aparaturách. V těchto případech bývá do sestavy s průtokoměrem začleněn jehlový ventil, který slouží k nastavení požadovaného průtoku, popř. může být do sestavy integrován i vhodný regulátor průtoku. Moderní přístroje jsou vybaveny převodníky signálu a poskytují analogový výstup např. 4 až 20 mA, umožňují číslicovou komunikaci např. HART, Profibus, Foundation Fieldbus aj. a jsou opatřeny nastavitelnými mezními spínači. Průtokoměry nacházejí uplatnění v chemickém a petrochemickém průmyslu, a to často pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu. Přístroji s kovovými trubicemi lze měřit horkou vodu, páru, kyselé i zásadité látky. Existují však i omezení v možnostech použití. Průtokoměry tohoto typu jsou vhodné převážně pro čisté tekutiny. Při měření znečištěných tekutin mohou usazeniny na plováku významně ovlivnit přesnost (až ±4 % plného rozsahu stupnice); bubliny plynu v kapalině se mohou rovněž zadržovat na plováku a ovlivnit tak přesnost. Nepřípustné jsou i tlakové rázy v potrubí, které mohou být příčinou mechanického poškození plováku. S plováčkovými průtokoměry se lze setkat v téměř každém průmyslovém procesu v chemickém, petrochemickém, farmaceutickém a potravinářském průmyslu, ve strojírenství a v mnoha dalších odvětvích. Často se používají jako indikátory průtoku, jako měřidla při odběru vzorků pro analýzu, jako měřidla průtoku při provzdušňování, probublávání nebo inertizaci aparatur apod. Obr. 7. Pružinový průtokoměr s proměnlivým průřezem i tlakovým spádem Pružinové průtokoměryNevýhodu montáže plováčkového průtokoměru jen do svislé polohy odstraňuje pružinový průtokoměr, který rovněž patří do skupiny průtokoměrů s proměnlivým průřezem. Zatímco u plováčkového průtokoměru je direktivní silou působící na plováček gravitace a vztlak, u pružinového průtokoměru je direktivní síla vyvolávána pružinou. Průtokoměry tak mohou pracovat i v horizontální poloze. Síla pružiny působí na pohyblivé těleso vhodného tvaru, které při nulovém průtoku uzavírá otvor clony (obr. 7). Při průtoku tekutiny působí na těleso proti síle pružiny tlaková síla proudícího média. Jako výstupní informaci lze využít buď změnu polohy pohyblivého tělesa, nebo změnu rozdílu tlaků. Změnu polohy tělesa lze snímat podobně jako u plováčkových průtokoměrů např. magneticky a měřidlo může být vybaveno spínači pro indikaci mezních stavů průtoku. Průtokoměr může být provozován v libovolné poloze a direktivní silou pružiny lze upravit měřicí rozsah. Pro zachování přijatelné nejistoty jsou kladeny mimořádné požadavky na stálost vlastností pružiny [5]. Těmto průtokoměrům se podrobně věnuje článek na str. 20. Další velkou výhodou, kromě možnosti montáže s vodorovnou trubicí, je také možnost kompenzovat viskozitu média. Literatura:[1] DOBRATZ, Andreas. 100 Years of Rota Yokogawa [online]. Wehr: Rota Yokogawa GmbH & Co KG, 2011 [cit. 2016-10-15]. Dostupné z: https://www.yokogawa.com/rota-en/unternehmen/pdf/rota.pdf[2] Variable Area Flowmeters [online]. Duisburg: KROHNE Messtechnik GmbH [cit. 2016-10-15]. Dostupné z: https://academy-online.krohne.com/elearning/en/courses/variable-area-flowmeters/[3] ČSN EN 24006. Měření průtoku tekutin v uzavřených profilech: Terminologie. Praha: ÚNMZ, 1994.[4] LIPTÁK, Béla G. Instrument engineers‘ handbook. 4th ed. Boca Raton, FL: CRC Press, 2012. ISBN 978-143-9817-766.[5] ĎAĎO, Stanislav, Ludvík BEJČEK a Antonín PLATIL. Měření průtoku a výšky hladiny. 1. vyd. Praha: BEN – technická literatura, 2005. Senzory neelektrických veličin. ISBN 80-730-0156-X.[6] VOLF, Jaromír a Josef JENČÍK. Technická měření. Vyd. 2. Praha: Vydavatelství ČVUT, 2003. ISBN 80-010-2138-6.[7] Handbook for Variable Area Flowmeters [online]. ABB Automation Products GmbH, 2008 [cit. 2016-10-15]. Dostupné z: https://library.e.abb.com/public/9c725ef7137df817c12574240039c4d8/03_VA-FLOW-ENA-06_2011_secure.pdf[8] Plovákové průtokoměry a snímače [online]. Hofheim: Kobold Messring, rok vydání neuveden [cit. 2016-10-15]. Dostupné z: http://www.kobold.com/dynamic/dlFile/7b25bd87bc28d6066e2da8c24d9f7947.dl/s2cz_dsv.pdf[9] MCMILLAN, Gregory K. a Douglas M. CONSIDINE. Process/industrial instruments and controls handbook. 5th ed. New York: McGraw Hill, c1999. ISBN 00-701-2582-1.[10] EDITED BY JOHN G. WEBSTER AND HALIT EREN. The measurement, instrumentation, and sensors handbook: two-volume set. Boca Raton: CRC Press, 2014. ISBN 978-143-9848-838. doc. Ing. Karel Kadlec, CSc.,Ústav fyziky a měřicí techniky,VŠCHT Praha(karel.kadlec@vscht.cz) Historie měřidla a jeho pojmenováníPočátek historie plováčkových průtokoměrů je možné datovat rokem 1868, kdy Američan Edmund Chameroy popsal v patentovém spisu princip průtokoměru s kónickou trubicí, ve které byl umístěn pohyblivý plovák [1], [2]. V roce 1908 si Karl Küppers nechal patentovat průtokoměr s rotujícím plovákem, který byl opatřen drážkami a při průtoku tekutiny se otáčel. V odborných pojednáních se již tehdy poukazovalo na skutečnost, že průtokoměr může správně fungovat pouze v tom případě, že hustota plováku je větší než hustota měřeného média, a že tedy nejde o plovák v pravém slova smyslu. O realizaci a výrobu průtokoměru s rotujícím plovákem se zasloužil německý vynálezce a podnikatel Felix Meyer, který založil v roce 1909 v Cáchách továrnu Deutsche Rotawerke GmbH. Od názvu firmy bylo odvozeno i pojmenování průtokoměru – rotametr. I toto pojmenování průtokoměru není bezchybné, protože název svádí k domněnce, že by to mohl být přístroj k měření rotace (otáčení). V roce 1921 začala výroba plováčkových průtokoměrů ve firmě Krohne [2]. V současné době vyrábí plováčkové průtokoměry mnoho výrobců; mezi významné patří nástupce firmy Rotawerke, společnost Rota Yokogawa GmbH & Co. KG, a dále společnosti Krohne Messtechnik GmbH, ABB Ltd, Kobold Messring GmbH, Siemens AG a další. V anglicky psané literatuře se pro tento typ průtokoměru nejčastěji používá označení variable area flowmeter – průtokoměr s proměnlivým průřezem, méně často float flowmeter. V německé literatuře se průtokoměr tohoto typu označuje termínem Schwebekörper Durchflussmessgerät, což lze přeložit jako průtokoměr s tělískem ve vznosu. Německé označení zřejmě nejlépe vystihuje princip činnosti průtokoměru. V ČSN EN 24006 [3] je uvedeno označení plováčkový průtokoměr a přístroj je zařazen do skupiny průtokoměrů s proměnlivým průřezem. Termín rotametr není uveden v žádné názvoslovné normě, ale lze se s ním setkat poměrně často jak v české, tak i v cizojazyčné odborné a firemní literatuře.     

Společnost Siemens uvádí na trh zařízení pro operátorské řízení v náročných provozních prostředích

Operátorský panel Simatic Inox Pro má krytí IP66K a je vhodný pro provozy v potravinářském, farmaceutickém nebo kosmetickém průmyslu a v lehkém chemickém průmyslu. Má odporovou dotykovou obrazovku o úhlopříčce 19" pokrytou souvislou vrstvou chemicky odolné krycí fólie. Displej je rovněž opatřen těsněním vhodným pro potravinářské provozy a ochranou proti rozbití. Rám je z broušené korozivzdorné oceli. Zařízení je dodáváno jako průmyslové PC IPC277D Inox Pro nebo displej IFP1900 Inox Pro Ethernet. Lze je instalovat na stojan nebo kloubové rameno.Panelové PC Simatic Ex OG je určeno pro chemický a petrochemický průmysl a pro použití v plynárenství. Má krytí IP66 a rozsah pracovních teplot –40 až +65 °C. Lze je použít v zónách s nebezpečím výbuchu 1/21 a 2/22. Nabízeno je buď ve formátu 4:3 a rozměru 15", nebo ve formátu 16:9 a rozměru 22". Kapacitní dotyková skleněná obrazovka s automatickou regulací jasu je dobře čitelná i na přímém slunci a ovladatelná i v tenkých rukavicích. Průmyslové PC má procesor Intel Core i7, paměť o velikosti 8 GB a 300GB disk SSD. Panelové PC Simatic Ex OG lze montovat na nosné rameno i stojan. Volitelné příslušenství zahrnuje kameru, rozhraní Bluetooth nebo WLAN a čtečku RFID. Siemens, s. r. o., tel.: 800 122 552, e-mail: iadtprodej.cz@siemens.com, www.siemens.cz

Nová verze systému pro navrhování kabelových svazků Eplan Harness proD

Novinkou společnosti Eplan na SPS IPC Drives 2016 v Norimberku byla nová verze programu Eplan Harness proD pro návrh vedení kabelů a kabelových svazků. Program Eplan Harness proD 2.6 umožňuje na základě prostorového (3D) modelu mechanické konstrukce a elektrotechnického zapojení navrhnout kabelový svazek intuitivní způsobem. Program generuje data, která jsou předávána do výroby ve formě 2D výkresů vedení kabelů. Obr. 1. V programu Eplan Harness proD 2.6 lze předem definovat délku kabelů a během konstruování ji upřesnit Ve výkresech jsou specifikovány rozměry, vedení a zapojení kabelů. Ve fázi návrhu mohou být nyní definovány odizolované úseky a ochranné potahy drátů Při práci s programem Eplan Harness proD 2.6 se postupuje jiným způsobem než s běžnými systémy pro výpočet délky kabelů: uživatelé mohou předem definovat pevné délky kabelů. Až během konstruování se délka kabelu upřesní, protože konstruktér jasně vidí, kudy kabel povede. Program Harness proD 2.6 umožní snadno seskupit kabely do svazů a očíslovat je. Na veletrhu SPS IPC Drives seznámila společnost Eplan společně se svou dceřinou firmou Cideon také s koncepcí House of Mechatronics, která prostřednictvím mechatronické struktury propojuje systémy MCAD pro návrh mechanické konstrukce, ECAD pro návrh elektrotechnických zařízení a software pro PLC. Propojení umožňuje mechatronická komunikační a informační platforma Syngineer uvedená na jaře 2016. (ev)

Platforma EPLAN 2.6 je již k dispozici

S novou verzí platformy Eplan 2.6 mohou uživatelé využívat rozsáhlé inženýrské funkce, které jsou schopni snadno integrovat do svých každodenních pracovních procesů, včetně nových funkcí pro návrh svorkovnic a správu projektových dat, návrh trubkových a hadicových rozvodů a optimalizované integrace s informačními systémy. Další významná novinka: platforma Eplan 2.6 je nyní dostupná i v turečtině, a v současné době je tak k dispozici celkem v osmnácti jazycích. Obr. 1. V rozšířeném editoru lze zobrazit aktuální stav svorky, identifikovat automaticky nebo manuálně specifikované propojovací můstky a v grafické podobě zobrazit použité příslušenství   Software Eplan dosud „mluvil“ sedmnácti jazyky včetně češtiny. V nové verzi 2.6 byla k jazykovým mutacím přidána turečtina – Eplan má svou vlastní dceřinou firmu v Istanbulu už od roku 2014. V nejnovější verzi je také mnoho technických vylepšení. Při navrhování svorkovnic (obr. 1) nyní může být snadno zobrazeno použité příslušenství. Navíc mohou být jednoduše identifikovány automaticky nebo manuálně specifikované propojovací můstky. Uživatelé také mají možnost zobrazit aktuální stav svorky stejně jako v navigátoru. A další vylepšení: nové zobrazení orientované na zapojení poskytuje rychlý přehled o tom, které svorky jsou stále volné a k dispozici. Kromě toho, že tyto funkce usnadňují projektování, také výrazně urychlují vývoj produktů prostřednictvím standardizovaných procesů.   Obr. 2. Funkčně orientovaný návrh s využitím platformy Eplan je zdrojem pro zvyšování efektivity projektování Správa projektů a projektových dat Zpracování a správu projektů a projektových dat (obr. 2) ještě více usnadňuje použití funkce přímého zadání filtrovaného kritéria. K dílčím projektům lze libovolně určovat jejich adresářové umístění, čímž je zajištěna větší flexibilita při jejich pojmenování. Uživatel tak může např. změnit jen hlavní projekt místo ukládání jednotlivých podprojektů s cílem aktualizovat hlavní projekt. Ve správě projektů mohou být vyhledávány určité struktury a revidovány najednou v celém projektu, což výrazně zjednodušuje dohled nad projektem. Výrazně vylepšena byla také možnost určovat pořadí stránek pro tisk nebo uložení ve formátu PDF – a uživatelé ocení také rychlejší dosažení výsledků v této oblasti.   Trubkové a hadicové rozvody ve 3D Hydraulika a pneumatika, chlazení a mazání – tyto a další aplikace využívají pro rozvod vzduchu či oleje hadice a trubky. Eplan Fluid Professional s modulem Eplan Pro Panel nyní nabízí možnost návrhu vedení trubek a hydraulických hadic přímo ve 3D. Konstruktéři tak teď mohou kontrolovat návrh v prostoru nebo např. odměřovat délku hadic. K dispozici je také funkce exportu, jež umožňuje přenášet výkresy trubek do externího výrobního softwaru pro ohýbačku.   Obr. 3. Eplan Preplanning nyní umožňuje importovat data z externích zdrojů; funkce náhledu dovoluje přicházející data verifikovat ještě před jejich importem Od návrhu k detailnímu projektu Mnohé nové funkce byly optimalizovány tak, aby zjednodušily integraci platformy Eplan do existujících zákaznických procesů. Eplan Preplanning nyní umožňuje importovat data z externích zdrojů (obr. 3). Funkce náhledu dovolují přicházející data prověřit ještě před jejich importem. Snadno se hledají rozdíly, a dokonce lze při opakovaném importu dat (měřicích bodů, spotřebičů apod.) zabránit importu objektů, které byly v projektu v průběhu předběžného i detailního plánování odstraněny. To jsou další krok k větší konzistenci dat a jejich kontinuitě v procesu projektování.    Lepší integrace s informačními systémy Také správa uživatelů se zjednodušila: namísto zavádění nového uživatele může být existující uživatelský profil snadno importován z infrastruktury IT. Správa oprávnění uživatelů Eplan byla rozšířena o podporu služeb Active Directory. Zjednodušeno bylo rovněž použití databází SQL – k dispozici je seznam dostupných databází SQL, z něhož lze vybrat tu správnou. (EPLAN ENGINEERING CZ, s. r. o.)

WAGO představuje koncepci aplikační redundance

Společnost WAGO představila novou koncepci tzv. aplikační redundance PLC, která se používá zvláště u monitorovacích a alarmových systémů. Systém je založen na běžném hardwaru Wago a protokolu Modbus TCP. Proto je cenově výhodný a jeho uvedení do provozu je snadné.   Jako programovací prostředí pro PLC je použit software e!-Cockpit. V tomto prostředí lze nahrát vytvořený program stejně do obou PLC. Pro aplikační redundanci je dále zapotřebí synchronizační funkce, které jsou dostupné v softwarové knihovně řídicího PLC (master). Knihovna také umožňuje redundantně propojit podřízené stanice (subnódy) prostřednictvím duální sítě LAN. Tyto stanice není nutné nijak programovat: jednoduše se nabootují z karty SD a potom nakonfigurují prostřednictvím integrovaného webového serveru. Stanice automaticky detekují připojené moduly analogových a digitálních vstupů a výstupů, mapování je automaticky k dispozici nadřazenému PLC.   Tak je možné vytvářet systémy odolné proti selhání jednoho prvku (SPOF – Single Point of Failure), což znamená, že každá jednotlivá závada, např. ztráta napájení, ztráta spojení LAN, porucha switche nebo PLC, může být izolována přepnutím na záložní síť. Duplikace ethernetové sítě a redundantní přenos zpráv umožňují při selhání sítě beznárazové přepnutí na záložní síť.   WAGO-Elektro, spol. s r. o., tel.: 261 090 143, e-mail: automatizace@wago.com, www.wago.cz

Měniče frekvence Altivar 320 přinášejí nový standard výkonu a flexibility

Společnost Schneider Electric uvádí na trh zástupce rodiny Altivar Machine – nové měniče frekvence Altivar 320. Vynikají optimální kombinací všestrannosti, bezpečnosti a spolehlivosti. Precizně řídí asynchronní i synchronní elektromotory. Skupina měničů frekvence Altivar Machine je koncipována se zaměřením na základní i pokročilé průmyslové úlohy. Zahrnuje současnou řadu Altivar 12, naprostou novinku Altivar 320 a připravovaný Altivar 340, který na český trh dorazí začátkem roku 2017.   Dvě konstrukční provedení měničů frekvence Altivar 320 – „book“ a „compact“ – umožňují jejich snadnou a cenově efektivní vestavbu do rozváděče nebo přímo do stroje. Barevně jsou laděny v novém šedém tónu se zeleným voličem. K jejich běžné výbavě patří digitální čtyřčíslicový displej, šest digitálních vstupů, tři analogové vstupy, jeden digitální výstup, jeden analogový výstup a dva reléové výstupy. Již v základním provedení mají rozhraní pro Modbus a CANopen a filtr pro zajištění EMC kategorie C2.   Obr. 1. Měnič Altivar 320 v provedení book, vhodném pro montáž do rozváděče   Měniče frekvence Altivar 320 umožňují sdílet přebytečnou energii po stejnosměrné sběrnici nebo ji zmařit v brzdném rezistoru. Maximální limit přetěžování je 150 % jmenovitého proudu po dobu 60 s v režimu pro těžký provoz. K nastavování funkcí měničů je určen osvědčený interní inženýrský nástroj ATVLogic. Řada Altivar 320 je certifikována podle CE (Evropa), CSA (Kanada a USA), RCM (Austrálie a Nový Zéland), EAC (Rusko, Bělorusko, Kazachstán) a ATEX (evropský certifikát pro prostředí s nebezpečím výbuchu).   Bezprecedentně flexibilní Měniče vhodné zejména k instalaci do rozváděče nesou pro své konstrukční provedení ve tvaru knihy název Altivar 320 Book (obr. 1). Mají výkonový rozsah od 0,18 do 2,2 kW pro jednofázové napětí 200 až 240 V a od 0,37 do 15 kW pro třífázové napětí 380 až 500 V. Postupem času nahradí měniče Altivar 32. Měniče vhodné zejména k instalaci přímo do stroje se pro své kompaktní konstrukční provedení nazývají Altivar 320 Compact (obr. 2). Mají výkonový rozsah od 0,18 do 2,2 kW pro jednofázové napětí 200 až 240 V a od 0,37 do 4 kW pro třífázové napětí 380 až 500 V. Postupem času nahradí dosavadní měniče Altivar 312.   Obr. 2. Měnič Altivar 320 v kompaktním provedení určeném pro vestavbu do stroje   Naprostá otevřenost v komunikaci Altivar 320 umožňuje flexibilní a otevřené připojení do provozních sběrnic a komunikačních sítí, jejichž prostřednictvím je možné měniče řídit, konfigurovat, monitorovat a nastavovat. Podporují mnoho nejpoužívanějších komunikačních protokolů. Již v základním provedení mají integrována rozhraní pro Modbus a CANopen. Volitelně lze formou zásuvných modulů doplnit další komunikační protokoly: EtherNet/IP, Modbus TCP, EtherCAT, Profibus, Profinet nebo DeviceNet. Měniče frekvence Altivar 320 podporují jak PLCopen, tak testované, ověřené a zdokumentované architektury (koncept TVDA od Schneider Electric), které pomáhají účelně zkrátit projektové a inženýrské práce. Skvěle proto zapadají do koncepce MachineStruxure.   Spolehlivé a precizní řízení asynchronních a synchronních elektromotorů Měniče frekvence Altivar 320 využívají pro spolehlivé a precizní řízení v otevřené smyčce bez zpětné vazby nový algoritmus vektorového řízení, který poskytuje až 200 % točivého momentu i při velmi malém výstupním kmitočtu. Dosahují rovněž výborné dynamické přesnosti zejména v režimech start-stop.   Obr. 3. Vývoj měničů Altivar 320 byl zaměřen na zkrácení doby, kterou je nutné věnovat konfiguraci, údržbě a diagnostice pohonů v průmyslových zařízeních   Při využití synchronních elektromotorů již není nutné dokupovat další zařízení (např. převodovky nebo řemeny). Snižují se tak pořizovací náklady, ale především spotřeba elektrické energie. Z hlediska účinnosti je dosahováno hodnot nad požadavky IE4 (třída High Efficiency). Předností synchronních elektromotorů oproti asynchronním jsou rovněž menší rozměry.   Použití v jakémkoliv provozu Již tradičně se měniče frekvence Altivar 320 vyznačující velkou spolehlivostí a odolností. Zvládají nepřetržitý provoz v náročných podmínkách, charakterizovaných např. vysokou teplotou okolí a prašností, častými výpadky elektrické sítě nebo častými výskyty mechanických závad. Již v základním provedení obsahují desky plošných spojů, které jsou lakovány v souladu s normou o ochraně proti korozi a agresivnímu prostředí IEC 60721-3-3 (Klasifikace podmínek prostředí – Část 3: Klasifikace skupin parametrů prostředí a jejich stupňů přísnosti – Oddíl 3: Stacionární použití na místech chráněných proti povětrnostním vlivům). Podle této normy splňují chemickou třídu odolnosti 3C3 a mechanickou třídu odolnosti 3S2. Bez snížení výkonu je lze provozovat do +50 °C, se sníženým výkonem až do +60 °C.   Vývoj měničů byl zaměřen na zkrácení doby, kterou je nutné věnovat konfiguraci, integraci systému, údržbě, diagnostice a bezpečnostním operacím. Citelné zrychlení všech těchto činností vede k nárůstu počtu provozních hodin strojů a průmyslových zařízení, a to při současném snižování nákladů na jejich inženýrink a provoz.   Excelentní bezpečnost Měniče frekvence Altivar 320 mají mnoho bezpečnostních funkcí, které lze navíc snadno a rychle parametrizovat z jednoho prostředí. Jde např. o funkci bezpečného vypnutí točivého momentu (STO), bezpečného zastavení (SS1), bezpečného omezení rychlosti (SLS), bezpečné maximální rychlosti (SMS) nebo bezpečně uzavřených dveří stroje (GDL). Bez problému splňují požadavky na bezpečnostní funkce v elektrických pohonech s měniči frekvence podle směrnice Machinery Directive 2006/42/EC. Z hlediska integrity bezpečnosti je lze použít v zařízeních úrovně až SIL 3 a z hlediska úrovně bezpečnostních vlastností až PL e se zapojením kat. 3. Tam, kde jsou použity měniče frekvence Altivar 320, již není třeba investovat do dalších externích bezpečnostních přístrojů. To výrazně zjednodušuje certifikační proces strojů a průmyslových zařízení.   Maximální servisní podpora Společnost Schneider Electric poskytuje k měničům frekvence Altivar 320 plnou servisní podporu. Samotný servis může být prováděn přímo u zákazníka nebo v servisním středisku umístěném v jihočeském Písku. Významnou výhodou, zejména pro české exportéry průmyslových strojů a zařízení, je možnost využít služby profesionálního servisu i mimo území České republiky – v podstatě celosvětově. Další informace zájemci najdou na www.schneider-electric.cz nebo www.schneider-electric.sk.   Ing. Miroslav Kludský,Schneider Electric