Aktuální vydání

celé číslo

12

2021

Automatizace v chemickém a petrochemickém průmyslu

Průtokoměry a regulační ventily

celé číslo

Od automatizace k mechatronice

Od automatizace k mechatronice

Mechanizace a automatizace výrobních strojů a výroby má mnohaletou tradici. Jako výrazné milníky automatizačních prvků je vhodné uvést Wattův regulátor otáček parního stroje (1784) nebo Jacquardův mechanismus (1825), umožňující značný pokrok při tkaní složitých vzorů v textilním průmyslu. Snahy o zvyšování produktivity práce byly vždy závislé na rozvoji techniky. Proto základním prvkem v počátečních dobách stavby výrobních zařízení byly strojírenské mechanismy.

Situace se změnila s rozvojem elektrických pohonů a daleko později s rozvojem elektroniky. Zcela novou kvalitu v posledních asi 30 až 40 letech přináší informační technika. Současný vývoj sběrnicových systémů, telekomunikačních a internetových sítí, řídicí techniky založené na PLC a PC, včetně softwaru, senzorů a akčních členů, zcela od základu mění koncepci tvorby a využití nových výrobních zařízení.

Průnik nové techniky je možné si ukázat na produktech českých firem a českých konstruktérů, které úspěšně pronikají na zahraniční trhy.

Stroj na potisk plastových fólií

Firma Soma Engineering, s. r. o., Lanškroun vyvinula stroj Soma Flex Casings (obr. 1) na flexotiskový potisk plastových fólií. Stroj se úspěšně prosadil v národní soutěži Průmyslový design a několik těchto strojů bylo v poslední době prodáno do EU a Japonska. Při tvorbě koncepce takto složitého a výkonného stroje byl nezbytný systémový přístup spočívající ve spolupráci konstruktéra mechaniky, elektroniky, odborníka na technologii a specialisty na průmyslový design. Přitom konstruktér mechaniky musel být obeznámen s vlastnostmi pohonových a řídicích prvků v elektronickém vybavení. Konstruktér elektroniky musel pochopit např. dynamiku posuvu plastového materiálu, aby nedocházelo k jeho deformacím. Vedení firmy konstatuje, že konstruktér, který není schopen komunikovat mimo svůj vlastní obor, nemůže uspět a nemá dobré výsledky.

Obr. 1.

Obr. 1. Flexotiskový stroj Soma Flex Casings

Syntéza mechaniky, elektroniky a informatiky se promítla do zcela nových vlastností flexotiskového stroje:

  • každý ze čtyř stavebních modulů stroje má vlastní řídicí systém na bázi PLC ovládaný z centrálního automatu (po síti),

  • jediná sběrnice propojuje 48 elektromotorů ovládajících suporty válců bez jakýchkoliv mechanických rozvodovek,

  • řídicí technika umožňuje vlastní diagnostiku (např. pravidelná kontrola málo využívaných senzorů),

  • stroj „vlídně“ komunikuje s obsluhou a připravuje jí nabídky řešení problémových stavů,

  • s použitím pokročilého videosystému stroj sám řídí soutisk barev,

  • stroj je vybaven modemy pro dálkový servis a diagnostiku, prostřednictvím kterých může výrobce rychle pomoci uživateli při potížích, a to i v situaci, kdy stroj pracuje na jiném kontinentu.

Obr. 2.

Obr. 2. Mechanismus regulace tahu v pásu potiskovaného materiálu

Použité technické principy jsou podrobněji popsány na detailu jednotky regulace tahu v pásu potiskovaného materiálu (tzv. tanečnice; obr. 2).

Klasický mechanický systém dříve využíval ke změně nastavení tahu přesuvné závaží na páce, kdy změna polohy na páce měnila požadovanou velikost tahu na tanečnici. Současný systém využívá změnu síly pneumatického válce na páce, realizovanou změnou tlaku ve válci, jež se reguluje elektropneumatickým převodníkem. Změna se tedy vykonává zadáním parametrů tahu v newtonech na ovládacím panelu. Stroj se sám nastaví a pomocí regulátoru udržuje tah na požadované úrovni. Zadávané parametry lze shromažďovat spolu s dalšími v řídicím systému a ukládat je jako vzorová zadání – recepty, k nimž se může obsluha vracet při opakování tiskové zakázky nebo při tvorbě nové, ale podobné zakázky. Vzorová zadání mohou být exportována také mimo stroj do PC, např. jako informace pro tiskové technology. Podle nich mohou technologové připravovat parametry pro novou zakázku předem a tiskař pak tato data stáhne do řídicího systému stroje bez nutnosti hledání optimálního nastavení. Zde je názorně ukázána mechanika, elektronika i informatika v součinnosti.

Karuselové montážní stroje

Dva karuselové montážní stroje pro automatickou výrobní linku na montáž vypínačů pro firmu Schneider Electric Industries, s. a. s. (Francie), vyvinuli a vyrobili ve firmě Komfi, s. r. o., v Lanškrouně. Oba otočné montážní stroje pro montáž podsestav vypínačů (obr. 3) jsou odděleny mezioperačními zásobníky od paletového dopravníku s konečnou montáží vypínače. Linka je vybavena řadou vibračních podavačů a pneumatickými manipulátory pro realizaci montážních operací. Jednotlivé části linky ovládá pět řídicích bloků PLC od firmy Schneider Electric, propojených na centrální PC.

Obr. 3.

Obr. 3. Otočné montážní stroje pro vypínače Schneider

Koncepci strojů tvořil a vlastní konstrukci vedl tým složený z konstruktérů mechaniky a elektroniky a informatika (programátora). V čele týmu stál hlavní konstruktér. Účelná provázanost stavebnicových mechanických prvků a modulů s moderním elektronickým vybavením a informační technikou umožnila vybavit výrobní systém novými funkcemi:

  • výrobní linka je tzv. pružným výrobním systémem, který se automaticky přestavuje na jiný typ vypínače podle výrobního programu,

  • čidla kontrolují stav všech zásobních podavačů polotovarů a obsluha je s předstihem upozorňována na nutnost doplnění,

  • kamerový vizualizační systém kontroluje průběh náročných montážních operací a dává pokyn k vyřazení vadného dílce.

Obsluha automatické linky je relativně jednoduchá, postačuje pro ni pouze zaučení a zodpovědné plnění pokynů řídicího systému. Zcela jiná situace je u pracovníků zajišťujících technický servis a údržbu. Znalost elektrotechniky, elektroniky, řídicích systémů, programového vybavení i základů strojírenství je pro tyto techniky nezbytností. Je zřejmé, že servis mohou zajišťovat i tři specialisté (mechanik, elektronik, programátor). Nízká ekonomická efektivita tohoto organizačního řešení je zřejmá na první pohled.

Společné rysy moderních výrobních zařízení

Stručně popsaná automatická výrobní zařízení realizují naprosto odlišnou výrobní technologii. Ve své koncepci však mají mnoho společného. Velmi výrazně jsou uplatněny nové prostředky automatizační techniky dané rozvojem elektroniky (např. senzory, akční členy, sběrnicové sítě) a informatiky (především rozvoj PC, nejrůznějších typů řídicí techniky včetně PLC, software, telekomunikační sítě). Nové prostředky automatizační techniky s sebou přinášejí vyšší výkonnost, spolehlivost a flexibilitu. Vnitřní sebekontrola, vlastní diagnostika a řízení technologického procesu mají pozitivní vliv i na kvalitu produkce.

V každém případě je prokázán velmi podstatný průnik prostředků elektroniky a informatiky do oblastí, kde dříve dominovaly pouze strojírenské principy. Další podporu tohoto trendu lze nalézt i mimo výrobní zařízení, např. při analýze vývoje fotoaparátů (až k digitálním), tiskáren, kopírovacích strojů, šicích strojů, vstřikování a zapalování u spalovacích motorů a mnoha dalších běžných předmětů.

Adekvátně s technologickými změnami se mění i přístupy k projektování, konstrukci, výrobě, oživování, obsluze a servisu. Koncepci stroje tvoří interdisciplinární tým. Jednotliví členové musí výrazně vidět za hranici svého oboru a musí být schopni navzájem komunikovat a chápat souvislosti. Provázanost jednotlivých oblastí techniky při stavbě těchto zařízení, zvláště při jejich oživování, je bezesporu samozřejmostí. Pracovník, který vedle softwaru rozumí práci senzorů a akčních prvků, ovládá řídicí techniku a chápe dynamiku strojních dílů, zde nachází rozsáhlé uplatnění. Podobně je tomu v údržbě a servisu těchto výrobních zařízení.

Vznik a obsah pojmu mechatronika

V souvislosti s novou kvalitou technických systémů a se stále větším průnikem elektroniky a informatiky do mechanických systémů se objevil, prokazatelně nejprve v Japonsku, pojem mechatronika. Jde o vtipně odvozený pojem, vhodně vystihující objektivní jevy probíhající v technice. Jsou to jevy, které nezávisejí na existenci tohoto pojmu, ale jsou jím vhodně pojmenovány.

Mezioborový charakter vývoje, výroby a servisu současných technických systémů je objektivní skutečností. Do budoucna lze předpokládat, že provázanost jednotlivých oblastí techniky bude stále intenzivnější. Tyto vývojové tendence výrazně ovlivňují požadavky na kvalifikaci pracovníků, kteří se zúčastňují všech etap vzniku i exploatace technických systémů. Odborné vzdělávání všech stupňů logicky reaguje na tuto společenskou objednávku úpravou náplně výuky.

doc. Ing. Ladislav Maixner, CSc.