Aktuální vydání

celé číslo

07

2020

Řízení distribučních soustav a chytrá města

Měření a monitorování prostředí v budovách a venkovním prostředí

celé číslo

Energeticky nezávislý rádiový monitorovací systém

Výzkumný ústav IPH prezentoval na veletrhu Hannover Messe 2015 metodu umožňující zvýšit spolehlivost lodní dopravy a současně snížit náklady na údržbu. Jeho pracovníci společně s partnery z průmyslu vyvinuli energeticky nezávislý bezdrátový senzorový systém, který trvale sleduje technický stav lodního převodového ústrojí a umožnuje předcházet jeho náhlým poruchám.

 
Tak jako auta musí pravidelně absolvovat tzv. technickou kontrolu, lodě musí na inspekční prohlídku – neboť když se při plavbě na volném moři náhle porouchá pohon lodi, je to nejen „k vzteku“, ale může to být také nebezpečné. U lodí musí zejména převodové ústrojí, které přenáší sílu lodního Dieselova motoru na lodní šroub, vydržet velké namáhání. Při fatální poruše převodového ústrojí loď ztratí spolu s hnací silou i schopnost řízeně manévrovat.
 

Údržba podle aktuálního stavu

Jak technická kontrola u auta, tak i inspekční prohlídka lodí stojí ale čas a peníze. Během inspekční prohlídky loď nečinně stojí v přístavu (obr. 1), což znamená, že rejdařství klesne příjem. Inspekční prohlídku lze odložit na vhodný pozdější termín jen v případě, je-li převodové ústrojí za provozu trvale sledováno. Potom se hovoří o tzv. údržbě podle aktuálního stavu. Senzory nepřetržitě snímají krouticí momenty, teploty a kmitání na různých místech v převodovém ústrojí. Ze získaných údajů lze včas zjistit, že něco není v pořádku a provést údržbářský zásah na převodovce dříve, než nastane porucha způsobující okamžité zastavení lodního pohonu. Takovéto nepřetržité sledování je však dosud velmi nákladné; zejména proto, že za tímto účelem je nutné mezi lodní převodovkou a palubním počítačem položit velké množství datových kabelů a zajistit spolehlivé napájení senzorů a elektroniky.
 

Řešením je energeticky nezávislý systém s rádiovým přenosem

V budoucnu bude možné sledovat stav lodní převodovky bezdrátově, s použitím rádiového přenosu dat. Hanoverský Ústav pro integrovanou výrobu IPH (Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH) ve spolupráci s partnery zúčastněnými na výzkumném projektu označeném DriveCom (viz dále) vyvinul senzorový systém, který nepotřebuje napájecí kabel ani žádná datová vedení a obejde se i bez baterie (obr. 2). Odborníci z ústavu odhadují dobu spolehlivé činnosti systému namontovaného na lodní převodovku na nejméně deset let. Elektronika systému je umístěna v robustním hermeticky uzavřeném kovovém pouzdře, takže jí nemohou uškodit ani nečistoty v ovzduší, ani slaná mořská voda. Energie potřebná pro snímání údajů z převodovky a jejich bezdrátový přenos do palubního počítače je vyráběna přímo na místě. Umožňuje to systém tzv. sklízení energie (energy harvesting), využívající rozdíl mezi teplotou mořské vody a teplotou převodovky. Provozní teplota převodového ústrojí je neustálým chlazením mořskou vodou udržována na konstantní hodnotě asi 60 °C. Mořská voda může mít podle regionu někdy teplotu 5 °C, jindy třeba až 25 °C, v každém případě ale výrazně nižší než převodovka. Tento rozdíl teplot umožnuje příslušným měničům energie generovat elektrický proud pro napájení elektroniky.
 

Efektivní dělba práce na projektu jako podmínka úspěchu

Ústav IPH byl v projektu DriveCom pověřen koordinací projektových prací a řízením spolupráce mezi partnery z průmyslu. Například firma Bachmann Monitoring GmbH z Rudolstadtu v Duryňsku byla pověřena výběrem a popř. vývojem vhodných senzorů a návrhem nadřazeného systému sledování naměřených hodnot a vyhodnocování stavu převodovky (Condition Monitoring System – CMS). Firma Microsensys GmbH se sídlem v Erfurtu navrhla a realizovala prostředky pro rádiový přenos údajů ze senzorového uzlu do lodního počítače. Údaje určené pro přenos se odečítají při použití pasivní metody RFID, tzn. s minimální spotřebou energie. Ústav IPH řešil úlohu analýzy naměřených hodnot v senzorovém uzlu, v jehož mikroprocesoru se s použitím vytvořeného softwaru z naměřených hodnot vypočítají hodnoty charakteristických veličin umožňující posoudit, zda hrozí poškození převodovky. Výkonný systém pro sklízení energie přímo v lodní převodovce byl vyvinut v Ústavu pro mikrotechniku a informační techniku společnosti Hahn-Schickarda HSG-IMIT (Institut für Mikro- & Informationstechnik der Hahn-Schickard-Gesellschaft e. V.) z města Villingen-Schwenningen, který se na tuto oblast techniky v poslední době specializuje. Vše bylo ověřeno v reálných podmínkách na fyzickém modelu lodní převodovky, který pro zkoušky zapůjčila výrobní firma Reintjes GmbH z Hamelnu.
 

Projekt DriveCom

Výzkumný projekt s názvem Einsatz drahtloser Kommunikationtechnologie zur wirtschaftlichen Zustandsüberwachung von Schiffsgetrrieben, ve zkratce DriveCom, vypsalo na léta 2012 až 2015 spolkové ministerstvo pro hospodářství a energii (Bundesministerium für Wirtschaft und Energie – BMWi) v rámci výzkumného programu Maritime Technologien der nächsten Generation. Výsledky projektu DriveCom byly široké veřejnosti poprvé představeny na veletrhu Hannover Messe 2015. Ve společném stánku spolkové země Dolní Sasko v hale 2 byla vystavena běžná lodní převodovka z produkce firmy Reintjes GmbH s namontovaným systémem pro energeticky nezávislé bezdrátové sledování její funkce, který si návštěvníci veletrhu mohli prohlédnout v provozu. O exponát byl velký zájem, protože vytvořený systém lze upravit k použití i na komplexních elektromechanických zařízeních, jako jsou např. větrné elektrárny, paroplynové turbogenerátory, kogenerační jednotky apod.
 
Podrobnější informace o projektu Drive-Com lze nalézt na webové stránce www.drivecom.iph-hannover.de.
[Energieautark und kabellos: Neuartiges Messsystem schützt Schiffe vor Ausfällen. Pressemitteilung des Instituts für integrierte Produktion
Hannover, 24. března 2015.]
Ing. Karel Kabeš
 
Obr. 1. Kontejnerová loď při inspekční prohlídce v přístavu Hamburg (foto: Gunnar Ries)
Obr. 2. Lodní převodovka vybavená energeticky nezávislým rádiovým systémem pro sledování stavu (foto: Reintjes GmbH)