Automatizované dopravní centrum Ostrava V rámci výstavby nové budovy Fakulty elektrotechniky a informatiky na VŠB-TU Ostrava s finanční podporou Evropské unie v rámci operačního programu Výzkum a vývoj pro inovace byla vybudována ojedinělá těžká laboratoř – Automatizované dopravní centrum (ADC). Jedná se o naprosto unikátní reálný mechatronický systém představující plně automatizované zakladačové zařízení schopné ukládat ve čtyřech nadzemních podlažích palety s automobily či odpovídajícím nákladem. Automatizované dopravní centrum řeší v jednom objektu spojení teorie a praxe – výzkum a vývoj programového zabezpečení a reálné ověření systému automatizovaného, počítačem řízeného provozu vícepodlažního kapacitního zakladačového zařízení s přímým transferem výsledků VaV do aplikační oblasti. Parcela určená pro stavbu Automatizovaného dopravního centra – objektu čtvercového půdorysu, v přízemí s prostorem pro laboratoř sloužící pro výuku studentů, s technickým zázemím a čtyřmi ukládacími místy a se třemi dalšími podlažími pro ukládání, se systémem automatického ukládání s celkovou kapacitou 37 buněk – je situována na volné, nevyužité ploše areálu Vysoké školy báňské v místě, kde podle urbanistické studie budoucího rozvoje areálu mají být soustředěny parkovací kapacity eliminující pohyb motorových vozidel uvnitř velkorysého kampusu VŠB - Technické univerzity Ostrava.
Obr. 1: Pohled na těžkou laboratoř – Automatizované dopravní centrum V současné době se studenti v rámci výuky a při řešení diplomových prací seznamují s technologií této laboratoře a jejich pedagogové se podílejí v rámci získaných inovačních voucherů i na dalším
vývoji a experimentálním ověřování nových prvků této technologie. Hlavní užitnou hodnotu této infrastruktury lze spatřovat v následujících bodech:
Představuje kapacitu pro bezpečné uložení vozidel, které se na fakultě používají v rámci výukových a výzkumných aktivit – mnohé z těchto vozidel byly získány jako dar od automobilky Hyundai z blízkých Nošovic a slouží studentům jako výuková pomůcka. Další vznikají jako výstup vlastních vývojových aktivit na fakultě – příkladem může být několik automobilů Kaipan s elektrickým pohonem. V tomto objektu jsou tyto automobily chráněny jak před povětrnostními vlivy, tak před vandalismem. Představuje složitý reálný mechatronický systém vybavený moderním distribuovaným řídicím systémem, na kterém lze studentům v rámci výuky demonstrovat reálné problémy spojené s provozem takovéhoto systému – toto je v rámci výuky, kde převažují simulace a modely v laboratorním měřítku, možno chápat jako velký přínos a ojedinělý zážitek pro studenty. Laboratorní zázemí, které je součástí prvního NP této laboratoře, umožňuje monitorovat, analyzovat a archivovat data z reálného provozu tohoto systému, přičemž studenti vidí tento reálný provoz na vlastní oči a uvědomují si mnohem více možná rizika spojená s chybami v řízení takovýchto systémů.
Obr. 2: Testovací elektromobil před vjezdem do Automatizovaného dopravního centra
Koncept automatizovaného parkovacího systému, který je technologickým srdcem této laboratoře, je jednou z možných cest budoucího řešení problémů parkování zejména v přelidněných městských aglomeracích, přičemž existuje čím dál více reálných nasazení takovýchto systémů. Tato laboratoř dává pedagogům i studentům možnost podílet se na jeho dalším vývoji. V plánu je propojení tohoto konceptu automatizovaného bezobslužného parkovacího systému s konceptem elektromobility, který se v posledních letech začíná rovněž prosazovat. Ve spojení s velkou kapacitou obnovitelných zdrojů elektrické energie, kterými disponuje ve svém areálu VŠB-TU Ostrava, lze postupně uvnitř tohoto objektu budovat infrastrukturu pro nabíjení elektromobilů a vytvářet tak základní modul bezemisního systému dopravy pro městské aglomerace. Při nabíjení uvnitř tohoto objektu jsou opět elektromobily a nabíjecí infrastruktura chráněny před povětrnostními vlivy a vandalismem, což je velkým problémem na veřejných prostranstvích. Soustředění několika nabíjených elektromobilů umožňuje vyvíjet a experimentálně ověřovat možnost zapojení tohoto akumulačního prvku do budování tzv. smart grids – inteligentních sítí, které musí řešit nepříjemné dopady spojené s nárůstem kapacity obnovitelných zdrojů energie (zejména fotovoltaických elektráren). Predikce a plánování jejich výstupního výkonu jsou nemožné a je nutno tento problém řešit právě ve spojení s akumulačními prvky v síti.
Stávající stav ve výukových a výzkumných aktivitách v rámci této laboratoře V současné době je zmapována do detailu technologická část této laboratoře jak po stránce mechanické, tak po stránce řízení. Technologická část ADC představuje poměrně složitý mechatronický komplex. Při parkování musí být zajištěno, aby nedošlo k újmě na zdraví parkujících osob nebo poškození automobilu. Technologie ADC je proto vybavena sofistikovanými senzorickými a řídicími systémy. Uživatel najede s automobilem před vrata a čipovou kartou přiloženou ke čtečce ve sloupku otevře vnější vrata. Najede s automobilem na paletu, zajistí ho ruční brzdou a zařazením rychlostního stupně, vystoupí, opustí odbavovací prostor a novým přiložením čipové karty ke čtečce na příjezdovém sloupku spustí parkovací sekvenci. Jednotlivé kroky parkovací sekvence jsou následující: 1. 2. 3.
Při splnění podmínek kontrolovaných a indikovaných na informačním panelu (rozměry a hmotnost vozu) dojde k fixaci palety s automobilem lineárními aktuátory. Zajištěná paleta, která je umístěná na otoči, se otočí o 90 stupňů ve směru již připraveného skipu prvního nadzemního podlaží. Po otočení palety a otevření vnitřních vrat se paleta na otoči odjistí a vysune se teleskop skipu, který zachytí paletu s automobilem a přemístí ji na skip.
4. 5. 6. 7.
8. 9. 10.
Skip se přemístí k určenému parkovacímu místu prvního nadzemního podlaží nebo se přemístí, aby se dostal do úrovně zvedacího zařízení (výtahu). Pomocí teleskopu, který vysune paletu s automobilem na opačnou stranu, se automobil dostane do prostoru výtahu. Výtah vyveze automobil do patra určeného k jeho zaparkování. Připravený skip daného nadzemního podlaží, který je určen pro převážení automobilu na paletě v daném patře, vysune teleskop a zachytí paletu ve výtahu, kterou přemístí na skip. Po přemístění automobilu na skip je automobil na paletě převezen k danému parkovacímu místu. Teleskopem je přemístěn na parkovací místo. Paralelně k těmto krokům se na otoč přemístí prázdná paleta z jiného parkovacího místa.
Jádrem řídicího systému, který automaticky realizuje tuto parkovací sekvenci, je Siemens SIMATIC ET 200S umístěný v rozvaděči stacionární části technologie. Tento PLC po bezdrátové síti WiFi parametrizuje autonomní úlohy, které na převážecích vozících (skipech) realizuje PLC SIMATIC S71200. Studenti nemohou vstupovat do řídicích algoritmů v těchto prvcích, aby nemohlo dojít k ohrožení bezpečného provozu celého systému. Pro vizualizaci detailů celé parkovací sekvence, která je vázána na splnění podmínek desítek senzorů v systému, je na PC nainstalována aplikace ve vývojovém prostředí Control Web. Tato aplikace přebírá veškeré informace o probíhajícím procesu z OPC serveru běžícím na stejném PC. Kromě této základní vizualizace automatického režimu je součástí systému i operátorská konzola v podobě tabletu, na kterém lze vypnout automatický režim a v režimu servisním lze postupně vykonávat jednotlivé kroky parkovací sekvence. Studenti mohou v rámci výuky programovat své aplikace vizualizující celý proces na bázi vyčítání hodnot z běžícího OPC serveru.
Vizualizace procesu realizovaná v systému Reliance 4 Díky vstřícnosti české společnosti GEOVAP, spol. s r. o., se podařilo zajistit pro výukové aktivity této laboratoře za velmi výhodných podmínek i jejich SW produkt Reliance 4. Reliance je profesionální SCADA/HMI systém určený pro monitorování a ovládání nejrůznějších průmyslových technologií a automatizaci budov. Data jsou získávána z řídicích nebo telemetrických systémů, ukládána do databází a prezentována koncovým uživatelům grafickou formou (schémata, grafy, tabulky atd.).
Pro studenty bude v tomto vývojovém prostředí připravena řada úloh, které umožní vizualizovat a ukládat informace z probíhajících parkovacích sekvencí. Tyto úlohy budou moci studenti plnit, aniž by ohrozili bezpečný provoz celé technologie. Základem jejich aplikací bude vyčítání dat z běžícího OPC serveru. Na základě analýzy struktury systému a parkovacích sekvencí pak budou vizualizovat tyto sekvence. Hotovou aplikaci lze snadno zpřístupnit pro vzdálené uživatele. Reliance 4 Web Client je určen k zobrazení vizualizace v síti Internet technologií Java. Reliance 4 Smart Client umožňuje zobrazit vizualizaci na tabletu nebo chytrém telefonu. Podporovány jsou mobilní operační systémy iOS, Android, Windows Phone nebo BlackBerry OS. Studenti tak budou mít možnost poznat v rámci vývoje své aplikace všechny tyto technologie. Přehledný systém správců a průvodců podstatně zrychluje tvorbu vizualizačního projektu. Základní funkce je možné parametrizovat, není nutné je programovat. Díky tomu lze se studenty dosáhnout výrazné úspory času, který pak mohou věnovat tvorbě dalších aplikací, přičemž jejich produktivita by měla s každou další vytvořenou aplikací strmě stoupat. Ke spolehlivému odhalení chyb a nesrovnalostí v aplikaci je určena Diagnostika projektu. Jde o nástroj zabudovaný ve vývojovém prostředí, který studenty nejen upozorní na neplatné vazby, neexistující proměnné a chyby v syntaxi, ale rovněž spolehlivě najde například nepoužité proměnné. Výsledky jsou zobrazeny v přehledném seznamu, z něhož je možné pouhým kliknutím myší přejít k příslušnému parametru a provést opravu. Následující obrázek ukazuje příklad vizualizace podmínek ze senzorů, které musí být splněny v rámci provádění jednotlivých kroků parkovací sekvence.
Obr. 3: Příklad vizualizace podmínek ze senzorů
Od zapojení SW Reliance 4 do výukového procesu si slibujeme rychlé pochopení základních zákonitostí a vazeb na straně studentů. Na straně těch, kteří se budou podílet na dalším rozvoji technologií implementovaných do laboratoře Automatizovaného dopravního centra, lze těmito nástroji efektivně dosáhnout na aplikace, které budou sbírat, monitorovat a ukládat informace z parkovacího procesu. V případě přerušení procesu bude možné poslat správcům této laboratoře vzkaz (e-mail, SMS) upozorňující na tuto skutečnost.
Doc. Ing. Jan Žídek, CSc.
