Příspěvek hosta p. Herberta Kraibühlera Automatizace: Perspektivní trend i v odvětví vstřikovacího lití

16

Te c h n o l o g i c k ý

magazín

společnosti

Příspěvek hosta p. Herberta Kraibühlera Automatizace: Perspektivní trend – i v odvětví vstřikovacího lití Schopnost propojení zařízení a přístrojů v celkovém kontextu Asijská revoluce v místní dopravě

HA R T ING

tec.News 16: Úvodník

Philip F.W. Harting

Podpora výkonové schopnosti Technologická skupina HARTING pokračuje v přecházení do ofenzivy. Cílem je ještě lepší výkon, ještě výkonnější a efektivnější procesy a řešení, zvětšení hodnot v procesu jejich tvorby ku prospěchu našich zákazníků v odvětví průmyslu. Nové výroby v Rumunsku a Číně, logistické centrum pro Asii v Číně a dceřiná společnost v Austrálii představují jednu stranu. K tomu ještě přibývá rozšíření aktivit na Vietnam a Střední východ. Tím to ale ještě nekončí: Pomocí stále většího množství lokálních distributorů si firma HARTING zpřístupňuje celosvětové trhy, také a právě i v oblasti průmyslových perspektivních trhů. Firma HARTING na celosvětové trhy nastupuje v ještě větší šíři, s ještě větší účinností, s ještě větším stupněm zdokonalení a s ještě větší orientací na zákazníky. Cílem je vybudování podstatných ústředních trhů a zpřístupnění nových trhů ve světě, který se stále více propojuje do sítě. Krátké cesty S rozšířením globální sítě firmy HARTING určené k prodeji, výrobě a vývoji se cesty k našim zákazníkům stále více zkracují. Jsme tím blíže k jejich požadavkům a můžeme jejich představy zrealizovat lépe, s účelovým postupem k dosažení cíle a ku prospěchu zákazníků. Zákazníci firmy HARTING pocházejí z různých oblastí průmyslové výroby: Všude tam, kde se jedná o výrobu a přenos energie, ovládací řízení strojů a výrobních zařízení i o strategický provoz průmyslových komunikačních sítí, se používají výrobky firmy HARTING. Jsou spolehlivé a na nejvyšší technické úrovni. Včasné zapojení expertů firmy HARTING do vývoje nových výrobků se vyplácí: u výkonu výrobků, u souladu řešení s požadavky, u minimalizace nákladů a výdajů – v přípravné fázi, při projektování i při servisu a údržbě.

2

harting tec.News 16 (2008)

Je to možné, protože firma HARTING se svojí odbornou způsobilostí pro oblast průmyslové výroby vyvíjí dlouhodobá a otevřená komplexní řešení pro nové aplikace. Přitom firma HARTING využívá i nejnovější technologie, software a koncepce řešení, jež se prosadily v oblasti kancelářských aplikací, a tyto koncepce přizpůsobuje pro průmysl. Otevřenost myšlenkám a nápadům a odborná způsobilost myšlenky a nápady převést do praxe jsou největší předností firmy HARTING. A otevřenost pro partnerská spojení s velkou výkonovou schopností: Ve spolupráci s našimi zákazníky a s partnery v průmyslu se stávají možnými taková řešení, která by každý ze společných partnerů takto samostatně nemohl vyvíjet. Příklady z loňského roku: řešení komunikace a ovládacího řízení pro technické vybavení decentralizovanými pohony na velkých letištích (kooperace s firmou Siemens), výkonná a spolehlivá řešení s úrovní propojovacího pole pro ultrazvukové přístroje firmy GE Heatlhcare, přesná měřicí místa pro technické vybavení železnice, řešení sítí Ethernet v příměstské dopravě v JIžní Koreji a Rakousku, přenosová technika pro živá vysílání TV, technické vybavení pro měření a ovládací řízení v drsném prostředí na moři a při využívání větrné energie. Firma HARTING osvědčuje odbornou způsobilost pro univerzální řešení. Bezproblémově hladké propojení do sítě Zvláštní pozornost firma HARTING věnuje automatizaci IT, nezadržitelnému slučování komunikace na úrovni kancelářských aplikací a na úrovni výrobních závodů. Celosvětové využití sítě Ethernet a protokolu TCP/IP v oblasti kancelářských aplikací rozšiřuje horizonty vývoje, jež v oblasti průmyslu až dosud tušili jen nemnozí – výhradně proto, že procesy kancelářských aplikací a výrobní procesy se stále intenzivněji slučují ve všech oblastech průmyslu. Automatizace IT s inovačními výrobky a řešeními představuje hnací sílu tohoto procesu: integrovaná řešení pro celou výrobu, propojení procesů do sítě, integrace dat vztahujících se k procesu do systémů ERP (plánování zdrojů podniku),

bezproblémově plynulé propojení do sítě v oblasti správy, organizace, plánování a projektování i výroby se stanou možnými prostřednictvím automatizace IT. Hudba budoucnosti? Ne, firma HARTING nejenže na minulých průmyslových veletrzích představila a projednávala takové integrované koncepce. Firma HARTING tuto koncepci od nynějška vzorově realizovala a vyzkoušela v praxi v novém čínském závodě v Zhuhai. Veškeré technické vybavení ovládacího řízení a komunikace v Zhuhai přitom není omezeno výhradně na samotný závod. Firma HARTING navíc čínský závod napojila do celosvětové komunikace svých závodů. Vývoj s nesmírně ohromnými možnostmi. Orientace na zákazníky Tím to ale nekončí: Firma HARTING vždycky zdůrazňovala důležitost orientace na zákazníky a v neposlední řadě té vděčí za dlouhodobý trvalý úspěch. Vědět, co zákazníci potřebují, a tomu se dostatečně včas a flexibilně přizpůsobit je nevětší předností firmy HARTING. Firma HARTING tato úsilí a snahy nyní dále zintenzivňuje: Vytvoření vlastního specializovaného oddělení v rámci skupiny HARTING představuje dokonalejší hnací sílu vývoje vpřed při řešeních zaměřených na specifická přání zákazníků. Dalším stěžejním bodem zájmu firmy HARTING jsou výzkum a vývoj: Ty tvoří základnu pro inovace v technologické skupině HARTING. Výzkum a vývoj nejen dále pokračuje, ale nepřetržitě se i zintenzivňuje. Novými výrobky a řešeními, budováním a rozšiřováním sortimentu výrobků a vývojem nových technologií. Proč to všechno? Je to zcela prosté. Pro naše zákazníky. Všechny zkušenosti, které jsme nashromáždili, a všechny vývojové novinky, jež firma HARTING představuje, slouží jedinému cíli: zdokonalení procesu tvorby hodnot a zvýšení spokojenosti našich zákazníků.

3

tec.News 16: Obsah

50

56

46

13

78

20

70

34 66 82

31 26

40 74

6 42

10

4


Obsah Úvodník: Philip F.W. Harting: Podpora výkonové schopnosti _2 Příspěvek hosta p. Herberta Kraibühlera: Automatizace: Perspektivní trend – i v odvětví vstřikovacího lití _6 Účast firmy HARTING na veletrzích 2008 _86 Efektivnost díky automatizaci Ethernet znamená efektivnost _10 Schopnost propojení zařízení a přístrojů v celkovém kontextu _13 Je to rytmus! Automatizace IT je vhodná a způsobilá pro decentralizované lokální aplikace _46

Bezpečnost Nejvyšší přesnost a rychlost na měřicích místech železniční infrastruktury _20 Dvojité propojení ve vagonech vlaku redundantním kabelovým vedením Ethernet – speciální řešení s konfigurovatelnými přepínači HARTING _34 Ethernet na palubách vlaků _42 Systémová řešení firmy HARTING pro větrnou energii _62 Historie spínače pro ponoření do velkých hloubek _74

Zkrocení dvou tančících lvů _50

Zábava

Zase jeden dobrý nápad k napodobení! _66

Asijská revoluce v místní dopravě _60

Energetické sběrnice snižují náklady _76 Vedoucí postavení v technologiích

Voláme přenosové vozy (PV)! _78 Han® v opeře _82

Světové mistrovství RoboCup _18

Systémové partnerství

Inovační konektory pro MicroTCA™ _26

Ultrazvuková avantgarda _31

Integrita signálů: vysokorychlostní kanály _37 Nové technologie v železniční dopravě _56

Univerzální systémy MicroTCA™ v průmyslových aplikacích _40

Simulace elektromechanických vlastností na příkladu elektronického konektoru _70

Globalizované hospodářství vyžaduje silné partnery _54

Údaje o publikaci. Vydal: HARTING KGaA, M. Harting, P.O. Box 1133, 32325 Espelkamp (Německo), telefon +49 5772 47-0, fax: +49 5772 47-400, Internet: www.HARTING.com Šéfredaktor: A. Bentfeld | Zástupce šéfredaktora: Dr. H. Peuler | Celková koordinace: Oddělení pro komunikaci a styk s veřejností, A. Bentfeld Design a grafická úprava: Contrapunkt Visuelle Kommunikation GmbH, Berlín | Výroba a tisk: Druckerei Meyer GmbH, Osnabrück Náklad: celosvětově 30 000 výtisků (němčina, angličtina a 11 dalších jazyků) Zdroj: Pokud máte zájem o pravidelné bezplatné zasílání tohoto magazínu, kontaktujte nejbližší pobočku společnosti HARTING, prodejce společnosti HARTING nebo jednoho z lokálních distributorů společnosti HARTING. Můžete si také objednat tec.News on-line na www.HARTING.com. Přetisk: Kompletní přetisk a citace z příspěvků jsou možné jen se souhlasem editora. To platí i pro zadávání do elektronických databází a reprodukování na elektronických médiích (např. CD-ROM a Internet). Veškerá použitá označení produktů jsou obchodní známky nebo názvy produktů patřící společnosti HARTING KGaA nebo jiným firmám. I přes pečlivou redakční práci není možné zcela vyloučit tiskové chyby nebo změny specifikací produktů, provedené v krátkých lhůtách. Z tohoto důvodu je společnost HARTING KGaA vázána pouze podrobnostmi v příslušném katalogu. Vytištěno ekologickým způsobem na papíře běleném zcela bez chlóru a s vysokým podílem recyklovaného papíru. © 2008 HARTING KGaA, Espelkamp. Všechna práva vyhrazena.

5

tec.News 16: Příspěvek hosta

6


Herbert Kraibühler

Automatizace: Perspektivní trend – i v odvětví vstřikovacího lití V důsledku nezadržitelného přemísťování výroby levných dílů a jednoduchých výrobků ze zemí s vysokými mzdovými náklady do zemí s nízkými mzdovými náklady unikají velké objemy zakázek. Aby se aktivně zabránilo tomuto trendu a aby i v zemích s vysokými mzdovými náklady byla možná hospodárná a konkurenceschopná výroba, je nutno zvýšit komplexnost konstrukčních dílů a automatizovat jejich výrobu.

Integrace funkcí Jedna z perspektivních tendencí v odvětví vstřikovacího lití je integrace komplexních funkcí do výrobního cyklu. Jak se tento trend dá realizovat inteligentním projektováním nástroje a procesu, s velkým úspěchem ukázala na špičkovém světovém veletrhu K 2007 v Düsseldorfu firma Arburg společně s firmou Oechsler, která pro ni jako partner zajišťuje inovace. Lišta LED diod v jedné výrobní operaci Pomocí komplexní výrobní buňky je možno vyrobit plně funkčně způsobilou lištu LED diod v jedné výrobní operaci. Ústřední částí zařízení je stroj pro vstřikovací lití tří

součástí Allrounder 370 S se systémem robotu Multilift V a rotačním nástrojem se třemi stanicemi, který elektrický servopohon pootáčí vždy o 120º k následující stanici. Tento proces bylo možné realizovat použitím nově vyvinutého vodivého speciálního plastu a obstříknutím vysoce choulostivého konstrukčního dílu s LED diodami vnějším pláštěm. Z toho vyplývají vysoké požadavky na stroj pro vstřikovací lití, nástroj i systém robotu. Celý výrobní proces probíhá v sériích a na první pohled vypadá opravdu jednoduše: Nejprve se vstřikovacím litím zhotoví pouzdro, pak následuje nastříknutí čoček do příslušných prohloubených míst. Pomocí systému robotu se vloží odpor a tři LED diody. Pak se vstřikovacím litím dokončí horní kryt nastříknutím třetí vodivé součásti z PA a výrobek se odebírá. Realizace dílčích procesů nástrojem jsou velice náročné. V procesu vstřikovacího lití tří součástí vznikají pouzdro a čočky, vysoce vodivý plast je s využitím technologie horkého kanálu injektován do nástroje a elektronické součástky jsou opatřeny vnějším pláštěm a vytvoří se jejich kontaktní spojení. Časový interval cyklu k výrobě kompletního konstrukčního dílu činí okolo 40 sekund. Průběh realizace celého procesu je řízen ze stroje Allrounder výkonným ovládacím řízením s displejem Selogica, založeným na grafice. V každé operaci cyklu jsou současně prováděny všechny tři operace výrobního procesu. Čočky vstřikované pro vkládané LED diody jsou z průhledného polyamidu, pouzdro světlovodiče je z plastu ABS. Vodivé dráhy jsou zhotoveny ze speciálně vyvinutého vodivého PA. Všechny tři plasty pro tři součásti se

7

tec.News 16: Příspěvek hosta

na stroji Allrounder dají bez problémů zpracovávat společně. V následně zařazených pracovních operacích lze pak vyrobené horní kryty s příslušnými spodními díly a s 9V baterií smontovat do hotové světelné lišty. S tímto zařízením a výrobou světelné lišty z LED diod jako předváděcího dílu mohly partnerské firmy projektu Oechsler a Arburg na veletrhu K 2007 působivě předvést, co je dnes možné dokázat pomocí vstřikovacího lití strojem a nástrojem při procesech výroby, vkládání, integrace funkcí a montáže. Integrace následných procesů Další možností výroby vstřikovaných dílů s vysokým stupněm komplexnosti a tím dosažení nákladových a kvalitativních výhod je integrace procesů, které následují za vstřikovacím litím. Patří sem např. montáž, balení nebo povlakování, natírání a dekorace povrchových ploch. Tyto výrobní operace budou v budoucnosti ještě intenzivněji napojeny přímo za cyklus vstřikování. Tím se dá vyloučit poškození a znečištění při vřazené přepravě a především se výrazně zkrátí čas, během kterého budou výrobky k dispozici. Toto zkrácení časového intervalu průchodu a uchovávání na skladě bude mít bezprostředně za následek snížení vázaného kapitálu, a na základě toho poskytne více volného prostoru pro investice.

Obr. 1: Příprava odporu a LED diod vkládaných do nástroje

8

Obr. 2: Odebírání hotového dílu zhotoveného vstřikovacím litím systémem robotu

Vstřikovací lití kartáčků na zuby s tříděním podle barev Příkladem pro integraci následně napojených výrobních operací je vstřikovací lití kartáčků na zuby s tříděním podle barev, realizované na stroji pro pět a v mezidobí dokonce pro šest součástí. Na stroji pro pět součástí se základní tělesa kartáčků na zuby v jedné pracovní operaci opatřují stříkaným pláštěm ve čtyřech různých barvách; za jeden cyklus se tak vyrobí 16 zubních kartáčků ve čtyřech různých barevných skladbách. Důvodem tohoto relativně vysokého nákladu na technickou část stroje je logistika: Díky komplexnosti stroje a procesu vstřikovacího lití se dají následné procesy, jako je osazování štětin a balení, zdokonalit tak, že se celkový časový interval od výroby přes balení až po dodání – vždy čtyř různých barev v každé obalové jednotce – zkrátí z několika dní na několik málo hodin. Napojení předřazených výrobních operací Kromě úvah o následných procesech se v budoucnosti pozornost intenzivně zaměří i opačným směrem. Intenzivně se musí uvažovat také o výrobních operacích předřazených vstřikovacímu lití. Patří sem např. procesy lisování, ražení a ohýbání nebo přivádění dílů opatřovaných stříkaným pláštěm. Výrobci dílů zhotovovaných vstřikovacím litím se těmto procesům často příliš nevěnují a považují je za procesy, které nepatří k hlavní části obchodu. Ale je zřejmé, že i samotné rychle probíhající výrobní procesy, pro něž se cyklus vstřikování zdá být na první pohled příliš pomalý, mohou mít při celkovém posouzení procesu za následek podstatná


zjednodušení, snížení nákladů a zlepšení kvality. Velmi dobrá výchozí situace zde existuje v oblasti opláštění plechů a ražených nebo lisovaných dílů, které se často používají např. v mobilních telefonech, přepínačích a spínačích nebo u dekoračních dílů, které se používají v odvětví automobilového průmyslu. Výhody spočívají ve zkrácení dodací lhůty a snížení dodávaných množství, což bude mít automaticky za následek snížení nákladů a spolehlivost logistiky. Je zřejmé, že nákladově výhodné výroby se dosahuje nejen cenově výhodnými stroji, periferními zařízeními a materiálem, ale mnohem intenzivněji i vysokým stupněm pohotovostní připravenosti a použitelnosti výroby, spolehlivou realizací logistických procesů a snížením časů prostojů. Komplexnější zařízení – jednodušší ovládací řízení Zejména u kompletních výrobních buněk se nápadně projevuje řádová hodnota centrálního ovládacího řízení. Přes stoupající komplexnost je nutné, aby možnost obsluhy a ovládání zařízení a procesů nejen zůstala zachována, ale aby se ještě zjednodušila. Personál obsluhy a ovládání může zasahovat pouze do centrální obsluhy a ovládání a centrální pracovní plochy. Proto jsou požadována ovládací řízení, která integrují periferní zařízení a poskytují rovněž jednotnou filozofii obsluhy a ovládání, snadné programování a přehledné zobrazení realizace komplexních procesů se všemi důležitými parametry, vysokou spolehlivost procesu a rozsáhlé funkce hlídání a kontroly k zajištění kvality – tedy inteligentní řízení a správu výroby na pozadí.

Obr. 3: S komplexním zařízením pro vstřikovací lití a třídění podle barev, určeným k výrobě zubních kartáčků, se dá výrazně zdokonalit celý výrobní proces, včetně balení.

S inteligencí do budoucnosti “Inteligence“ je důležitým klíčovým slovem pro budoucnost technologie vstřikovacího lití. Výrobci nabízející stroje a jejich uživatelé musejí inteligentnějšími stroji a procesy, jakož i posuzováním stroje, nástroje, materiálu a procesu jako celku, vytvořit výrobu, která bude spolehlivější, snadnější pro obsluhu a ovládání a hospodárnější. Zejména pro země s vysokými mzdovými náklady spočívá budoucnost v intenzivnější snaze o synergii jednotlivých výrobních technologií v rámci inteligentnějších výrobních buněk s centrálním řízením.

Herbert Kraibühler Managing Director Technology and Engineering ARBURG GmbH + Co. KG, Loßburg [email protected]

Infobox Arburg Firma Arburg celosvětově patří k předním výrobcům strojů pro vstřikovací lití ke zpracování plastů s uzavíracími silami v rozsahu 125 kN až 5 000 kN. Oblastí použití je například výroba plastových dílů automobilů, komunikační a zábavní elektroniky, přístrojů a technického vybavení pro lékařství, přístrojů pro domácnost a výroba obalů. Výrobní program je doplněn systémy robotů, dalšími periferními zařízeními a komplexními projekty. V oblasti projektování má firma Arburg vlastní oddělení, které vytváří a realizuje koncepce celkových řešení šitých na míru v souladu se specifickými přáními zákazníků. Tím zákazník získává ústředního kontaktního partnera pro koncepci, realizaci, uvedení do provozu, certifikaci CE a poprodejní služby. V rámci integrovaného systému řízení má firma Arburg certifikaci podle DIN EN ISO 9001 a 14 001. Firma Arburg je vlastními organizacemi zastoupena ve 23 zemích a 31 lokalitách a prostřednictvím obchodních partnerů ve více než 50 zemích. Výroba však probíhá výhradně v kmenovém závodě ve městě Loßburg v Německu. Z celkového počtu více než 2 000 zaměstnanců firmy Arburg je přibližně 1 700 lidí zaměstnáno v Německu, dalších asi 330 pracuje v celosvětových organizacích firmy Arburg.

9

tec.News 16: Efektivnost díky automatizaci

Ken Kotek

Ethernet znamená efektivnost Dilema: další nové technologie a prudký technologický vývoj na jedné straně, výraznější využívání standardních řešení na straně druhé. Používání standardních komunikačních řešení a ethernetu v průmyslu neromezuje technický vývoj, ale naopak je základem, na kterém se může mnohonásobně rozvíjet šíře variací nových technologií a rychlost, se kterou jsou nová řešení realizována.

10


Průmyslový ethernet je zde. Dokazuje to celosvětové přijetí tohoto protokolu. Doby, kdy kabelová síť byla zaplavena uzavřenými specifickými protokoly jednotlivých firem, je již za námi. Protokoly jako PROFINET, DeviceNet nebo ModBus TCP si pro sebe zabírají stále větší kus datové dálnice. Tyto protokoly jsou sice potřebné pro určité přístroje, pro komunikaci mezi přístroji a systémovými částmi různých proveniencí na průmyslové úrovni však vhodné nejsou. Aby byla možná volná kombinace různých komponent, je nutné najít univerzální komunikační standard. A to je ethernet. Jak může další protokol – ethernet – přispět k osvobození kabelové sítě od jejích omezení? Vysvětlení začíná v základech, tedy zcela dole. Krása ethernetového protokolu spočívá v tom, že ethernet pracuje na dolních třech vrstvách sedmivrstvé struktury. Cestou vzhůru může být zpracováván a členěn do segmentů, které definují Ethernet/IP, PROFINET, Modbus TCP atd. Dolní vrstva tohoto „stohu“ se označuje jako fyzikální. Je tvořena především kabely a konektory. Protože kabely a konektory používají všechny protokoly, je síť tím silnější, čím robustnější a normovanější jsou tyto složky. Na cestě vzhůru pak všechny ostatní protokoly využívají tuto fyzikální síť. Pokud tato fyzikální síť zůstane nezměněna, bude přijímání ostatních protokolů jednoduché. Proto je ethernet označován jako přizpůsobivý a otevřený. Otevřenost znamená mnohostrannost Četné aplikace a průmyslové obory tento otevřený protokol nadšeně přivítaly. V kombinaci s kapacitami Full Duplex průmyslového ethernetu jsou přenosové časy nejen kratší, ale jsou i deterministické. Tato otevřenost, bezproblémové užívání a rostoucí obliba ethernetu vedou k novým nápadům a možnostem využití. Zatímco přepínače pro průmyslový ethernet vedly technologický vývoj od typu Plug-&-Play až ke komplexním funkcím managementu sítě, vzrostla na průmyslových

trzích enormně poptávka právě po těchto přepínačích. Trhy, které se dosud převážně orientovaly na sběrnice, rychle přecházejí na novou technologii. A jedná se přitom o velmi mnohostranné trhy – větrná energie, kolejová doprava, farmaceutický i automobilový průmysl dnes patří k nejdůležitějším novým uživatelům. Větrná energie Využití obnovitelných energií je naše budoucnost. Snížení emisí CO2 patří k nejdůležitějším úlohám budoucích energetiků. Větrná energie se prosadila již v celém světě a její podíl růstu a inovací je dnes největší v celém průmyslovém sektoru. Protože větrné elektrárny nabývají na velikosti a rozšiřuje se i jejich technologický profil, prodlužuje se současně délka kabelu od paty ke špici. Standardní je dnes více než 100 m kabel a limity mědi již byly několikanásobně překročeny. Proto začíná být atraktivní alternativa skelného vlákna s limitem vzdálenosti 2 000 m. S rozšířeným jmenovitým teplotním výkonem je výrobní série firmy HARTING eCon 3062 adekvátní variantou právě pro výrobu energie z větru. Přepínače se používají zejména pro přenos dat mezi jednotlivými větrnými elektrárnami a centrálně umístěným kontrolním zařízením. Kolejová doprava Řídicí sítě slouží k tomu, aby přeprava cestujících probíhala bezvadně, spolehlivě a pohodlně. Dnes je tento cíl reálnější než před několika málo lety. Jedním z důvodů je to, že přední výrobci kolejových vozidel stále více využívají pro komunikační protokoly právě ethernet. Bezpečnost, kontrola provozu, řízení teploty a rádiový provoz přitom patří k hlavním oblastem jeho využití. Paleta produktů firmy HARTING – eCon, sCon a mCon – propojených do jednoho systému představuje výraznou podporu na bázi průmyslového ethernetu. Farmaceutický průmysl Léky podléhají přísné kontrole kvality, pečlivě se sledují jednotlivé šarže. Tyto úlohy mohou spolehlivě vykonávat přepínače pro ethernet, jako jsou eCon a mCon. 3

11


Plynulá práce a prostorově úsporné koncepce mají neocenitelné výhody zejména v čistých prostorách. Poptávka po lécích neklesá – a tedy ani poptávka po průmyslovém ethernetu. Automobilový průmysl Pro výrobce automobilů a jejich výrobní systémy je životně důležité sledovat nejnovější technický vývoj – tlak konkurence i cen zde vedou k maximální snaze po inovacích. Jedna z předních amerických automobilek převzala před nedávnou dobou Ethernet/IP jako svůj standard pro komunikaci v rámci celé své výroby. Technologické postupy, jako je vizualizace, používání robotů, lakování a svařování, jsou dnes sledovány a řízeny právě pomocí ethernetu. Průmyslové přepínače firmy HARTING, zejména řada mCon 3100, tyto aplikace doplňují a podporují, a to s výraznými výhodami pro zákazníka: procesy lze sledovat v reálném čase, data se v procesu zjišťují samostatně, všechny procesy i komunikace jsou řízeny protokolem. Přitom sama instalace je velmi jednoduchá a rychlá. Průmyslové konektory a kabely HARTING se osvědčily i za velmi složitých podmínek automobilové výroby. Důvodem je v neposlední řadě i to, že firma HARTING vždy přizpůsobuje konkrétní řešení potřebám zákazníka. Uvedli jsme pouze několik málo sektorů, v nichž HARTING v posledních letech působí. Přitom velká část ostatních trhů – průmyslových i se službami – se zatím novému trendu neotevřela, a proto je před námi obrovský potenciál. Všude tam, kde dochází k přenosu dat a komunikaci, dnes ethernet hraje – nebo bude hrát – prvořadou úlohu. Průmyslové využití ethernetu jako budoucí standard S nezadržitelným rozšiřováním ethernetu dochází k jeho stále novému využívání i za nejsložitějších podmínek. Důvodem pro vývoj speciálního „průmyslového“ ethernetu je skutečnost, že kabely, konektory, přepínače a jimi podporovaný protokol mohou být jen tak spolehlivé, jak spolehlivý je příslušný hardware. Spojující hardware poskytuje maximální ochranu proti teplu, prachu, vlhkosti, vibracím a extrémním teplotám: to je důvod pro koncepci „průmyslového ethernetu“.

12

HARTING proto nenabízí pouze rozsáhlý sortiment přepínačů pro průmyslový ethernet, ale navíc robustní kabely a konektory určené pro náročné průmyslové podmínky – od přepínačů Plug-&-Play až ke komplexně řízeným přepínačům. Kromě kvality produktů v oblasti průmyslového ethernetu je nejdůležitějším tržním argumentem firmy HARTING technika orientovaná na hodnotu (Value Based Engineering). Protože produkt může být jen tak dobrý, jak dobré jsou hodnoty, ze kterých vychází: kvalita, integrita, support a know-how. HARTING podporuje své zákazníky prostřednictvím Cisco Certified Network Analysts. Tito síťoví technici certifikovaní podle Cisco jsou u zrodu a vývoje těch řešení, která jsou nejvhodnější pro konkrétní zákazníky, a svým nasazením přispívají k posílení důvěry v produkty a ethernetovou síť. Ethernet odkryl aplikace a procesy, které dosud existovaly samostatně vedle sebe nebo se nemohly projevit z důvodu nedostatečných komunikačních možností. Průmyslový ethernet otevřel zcela nové obzory, a realizoval tak odvážné vývojové skoky, jaké se dosud zdály být nemyslitelné. Umožňuje navíc úsporu nákladů, rozšiřuje komfort uživatelů, přináší robustní přístroje a vysokou spolehlivost.

Ken Kotek Senior Product Manager, USA HARTING Technology Group [email protected]


Matthias Fritsche & Andreas Huhmann

Schopnost propojení zařízení a přístrojů v celkovém kontextu Narůstající komplexnost nových síťových systémů lze zvládnout pomocí standardizace rozhraní. Nové technologie, jako je Ethernet, se tím stanou příjemnějšími pro uživatele. Definice rozhraní zařízení a přístrojů, tedy schopnost propojení zařízení a přístrojů, by proto měla být stanovena přesně právě zde.

Aby v průmyslové automatizaci bylo možné mluvit o všeobecné schopnosti propojení zařízení a přístrojů v síti, musejí být vyjasněny a zajištěny síť, instalace i schopnost propojení zařízení a přístrojů. Jako první je nutno zřídit systém sítě poskytující připojení pro všechny hlavní prvky umožňující provozní automatizaci (data,

signály, napájení). Přitom jsou zdroj energetického napájení 400 V, komunikace i rozvod napájecího napětí k přístrojům a zařízením na stejné úrovni důležitosti. Při instalaci existují dvě možnosti: na jedné straně instalace předem, tedy souběžně s vytvářením určité funkční jednotky (např. stroje) na základě využití 3

POWER SIGNAL

DATA

13


prvků kabelového propojení s upravenou délkou a osazených konektory, nebo na straně druhé zřízení sítě na daném místě na základě využití technického vybavení pro snadné připojení. V každém z těchto případů je nutno instalaci optimálně přizpůsobit dané aplikaci. V obou případech je však nutno brát v úvahu další integrované funkční jednotky (zařízení a přístroje pro automatizaci). Tato zařízení a přístroje mají specifická rozhraní v závislosti na konkrétním systému. Rozhraní jsou definována sítí. Z této úvahy vyplývá následující: teprve když síť, instalace a schopnost propojení zařízení a přístrojů vytvoří sladěný systém, bude z hlediska funkčnosti a instalace dosaženo optimálního řešení. Výsledkem komplexního systematického náhledu na celkovou souvislost jsou tedy funkční koncepce schopnosti propojení zařízení a přístrojů, jež výrazně usnadní řešení detailních problémů.

Obr. 1: Technické vybavení pro připojení desek plošných spojů

14

Schopnost propojení zařízení a přístrojů u firmy HARTING Stejně jako jsou rozmanitá zařízení a přístroje v průmyslové elektronice, jsou mnohostranná i možná řešení schopnosti propojení zařízení a přístrojů. Pro průmyslovou elektroniku nabízí firma HARTING široký sortiment standardního vybavení zajišťující schopnost propojení zařízení a přístrojů pře-

nosu dat, signálů i energetického napájení. Na základě toho se dá snadno a rychle realizoivat většina řešení schopnosti propojení zařízení a přístrojů. Specifické požadavky právě na rozhraní vznikají z trendů na trhu, jako jsou minimalizace konstrukční velikosti, zvýšení výkonu zařízení a přístrojů a využití komunikace po síti Ethernet se stále vyššími rychlostmi přenosu. Koncepce schopnosti propojení zařízení a přístrojů, kterou firma HARTING vyvinula a v níž jsou zahrnuty celková odborná způsobilost i zkušenosti podniku, však otevírá možnosti, aby se při řešení propojení bral v úvahu příslušný celkový systém a aby byly optimálně splněny zvýšené (a dále stoupající) požadavky. Tak se spojovací konektor MicroTCA™ pocházející z oblasti schopnosti propojení zařízení a přístrojů v telekomunikacích a sloužící k propojení desek plošných spojů v poslední době používá v zařízeních a přístrojích technického vybavení pohonů, ovládacího řízení a výpočetní techniky. I nejnovější generace zásuvných spojovcích konektorů PushPull se v obou segmentech trhu využívá jako robustní řešení kabelového propojení na desku s krytím IP 67. Tím se potvrzuje trend ke konvergenci v oblasti technického vybavení připojení zařízení a přístrojů s využitím synergií, které z toho vyplývají. To má dalekosáhlé dopady na pozici firmy HARTING na trhu. Firma HARTING nabízí více než jen inovační zásuvné spojovací konektory pro zařízení a přístroje, totiž celkové koncepce schopnosti propojení zařízení a přístrojů od zásuvných spojovacích konektorů přes jednotky s upravenou délkou kabelů a osazené konektory až po úroveň kompletního propojovacího pole. Firma HARTING je v oblasti schopnosti propojení zařízení a přístrojů partnerem v procesu návrhu a projektování To ve svých důsledcích sahá do oblasti rozsáhlé spolupráce firmy HARTING se zákazníky: poměr mezi firmou a zákazníky přestává být konvenčním vztahem dodavatele ke svým zákazníkům. Zákazník firmu HARTING stále víc a více zapojuje do dalšího vývoje svých výrobků a výrobních zařízení. Kromě styku se zákazníkem má proto zákazník k dispozici znalosti a odbornou způsobilost expertů: od technické podpory


při aplikaci se specifickým know-how zařízení a přístrojů až po štáb expertů pro VF (vysokofrekvenční aplikace), EMC (elektromagnetickou kompatibilitu) technologii skříní a pouzder, mechanickou robustnost, výkonové proudy a koncepce instalace (třídy kabelového propojení). Tak lze již předem provést na doplnění projekčního vývoje simulaci aplikací a zkoušky v akreditované laboratoři. Technologická skupina firmy HARTING má všechny klíčové technologie k integraci schopnosti propojení zařízení a přístrojů, jako je např. technické vybavení pro připojení na desky plošných spojů zhotovovaných technologiemi SMT, SMC, THT nebo technologií zalisování. Se skupinami uživatelů byla navíc společně vypracována řešení schopnosti propojení zařízení a přístrojů zahrnutá do mezinárodních standardů. Výrobci zařízení a přístrojů přitom určují, jakou část v procesu vývoje a projektování přebírá firma HARTING. Přitom existují tři cesty, jak s firmou HARTING dosáhnout optimálního technického vybavení pro připojení zařízení a přístrojů: 1. Výrobce zařízení a přístrojů nalezne vhodné technické vybavení k připojení zařízení a přístrojů v katalogu DeviceCon a s poskytovanou technickou podporou při aplikaci samostatně převezme vývoj a projektování. 2. Výrobce zařízení a přístrojů definuje požadavky na rozhraní zařízení a přístrojů a firma HARTING mu poskytuje podporu při výběru technického vybavení pro připojení zařízení a přístrojů. 3. Výrobce zařízení a přístrojů plánuje novou generaci zařízení a přístrojů s individuálně upraveným technickým vybavením pro připojení zařízení a přístrojů. V rámci společného projektu s firmou HARTING je definováno nové technické vybavení pro připojení zařízení a přístrojů. Tak vznikne ekonomické řešení šité na míru a využitelné pro sériové výrobky. Teprve v této poslední variantě lze v rámci spolupráce firmy HARTING se zákazníky dosáhnout nové kvality vývoje umožňující nejen výrazné optimalizace výkonu, ale otevírající i potenciály snížení nákladů, zejména ve výdajích na vývoj ze strany zákazníka. Schopnost propojení zařízení a přístrojů je přitom v kontextu všeobecného řešení průmyslové automatizace, toto řešení

opět slučuje tři požadavky: požadavky na systém, požadavky na instalaci a požadavky na zařízení a přístroje. Ze systému sítě se odvozuje technický požadavek na rozhraní zařízení a přístrojů. Z aplikace u uživatele jsou zadávány požadavky na instalaci. Elektronika a konstrukce zařízení a přístroje konečně určují metodu integrace. Ve všech třech oblastech se firma HARTING zapojuje, aby mohla rozsáhlou koncepci schopnosti připojení zařízení a přístrojů realizovvat v praxi. Výsledky potvrzují toto zapojení. 1. Požadavky na systém Systémy sítě, jako např. PROFINET, jsou vytvářeny skupinami uživatelů, jako jsou PNO (Uživatelská organizace PROFIBUS, registrovaný spolek). Tyto organizace stanovují požadavky, jako jsou VF výkon nebo podoba zásuvného spoje. V současné době lze sledovat jasný trend směrem k dalším systémovým rozhraním mimo oblast komunikace. V mezidobí byl tak v PROFINET definován i konektor pro napájecí napětí 24 V a konektor pro výkonové napájení 400 V. Pro Ethernet dle IEEE 802.3 byl v PoE navíc definován konektor pro přívod napájecího napětí pro zařízení a přístroje. I ve strojírenství jsou v ISO 23 570 jednoznačně specifikována rozhraní pro data, přívod napájecího napětí a výkonového napájení. Důsledky, které tyto definice mají, jsou komplexní. O to důležitější je zapojení firmy HARTING v organizacích a sdruženích, aby bylo možné pro zařízení a přístroje zajistit příslušnou a optimální schopnost připojení zařízení a přístrojů se zárukou fukčnosti i v budoucnosti. 2. Požadavky na instalaci Organizace a sdružení definují zpravidla pouze požadavky na funkci konektorů. Jedná-li se o instalci, jsou dotazy směrovány ke konkrétnímu uživateli. Výrobce sériových strojů má často tendenci mířit k jednotkám propojovacích kabelů s upravenou délkou a osazených konektory. Instaluje-li se však síť teprve na místě, nabývá na rozhodujícím významu odpovídající technické vybavení pro připojení. Funkční způsobilost konektorů, které mají umožnit snadné, rychlé, bezpečné a spolehlivé přiipojení, je směrodatná. Zde firma HARTING 3

15


technickým vybavením pro připojení Han Quick Lock® představila řešení, v němž lze délky kabelů upravovat a konektory osazovat na místě instalace a které přitom vykazuje vysokou hustotu kontaktů. Optimální koncepce instalace lze formulovat pouze ve spolupráci s uživatelem. Zařízení a přístroje musejí podporovat toto technické vybavení pro instalaci. Příkladem je koncepce instalace německých výrobců automobilů. Zde byly vědomě shromážděny všechny zúčastněné strany, aby v budoucnosti bylo možné využít všeobecné řešení. Koncepce byla v praxi realizována v úzké koordinaci s PNO, aby byly brána v úvahu i systémová hlediska. Výrobci automobilů jako uživatelé pomocí expertů na údržbu vložili své know-how v záležitostech instalace. Výrobci zařízení a přístrojů a výrobci konektorů – mezi nimi i firma HARTING – seděli při definování řešení společně u stolu. 3. Požadavky na zařízení a přístroje Každá realizace koncepce instalace závisí na vhodných rozhraních. Z hlediska výrobců zařízení a přístrojů je problém vyřešen snadno: rozhodnou se pro konektor, který je pro jejich zařízení a přístroj optimální. Požadavky systému, ale i uživatele se přitom v mnoha případech neberou v úvahu. To má v neposlední řadě za následek to, že různí výrobci zařízení a přístrojů používají odlišné konektory, které nejsou kompatibilní s požadavkem na instalaci a s požadavky systému. Výrobci zařízení a přístrojů mají přitom odůvodněné požadavky na konektory, které by mohly vést ke standardizovaným řešením: zařízení a přístroje jsou vybaveny deskou plošných spojů. Proto se dají použít pouze konektory, jež lze na desky plošných spojů namontovat a připájet v jednom procesu s ostatními součástkami. Technologie SMT (Surface Mount Technology – technologie pro povrchovou montáž) zde nabízí jednotnou technologii pro konstrukci a výrobu zařízení a přístrojů. Jestliže na základě specifického provedení zařízení a přístrojů nejsou konektory integrovány na desce plošných spojů, jsou potřeba alternativní koncepce, které konektor s deskou plošných spojů propojí, např. plochým kabelem. V oblasti krytí IP 67 – tedy pro zařízení a přístroje, které se používají přímo na místě, např. v drsném prostředí stroje – je kromě toho navíc potřeba realizovat koncepci integrace pouzdra, tu je

16

třeba individuálně odsouhlasit s výrobcem zařízení a přístrojů. Příklad PushPull hybrid od firmy HARTING: od sítě přes instalaci ke konektoru pro zařízení a přístroje Tři proměnné, požadavek na systém, požadavek na instalaci a požadavek na zařízení a přístroj musejí být v celkové koncepci sloučeny do koncepce konektoru, aby byla vyvinuta optimální schopnost propojení zařízení a přístrojů. Jen výrobce, který s osobou zodpovědnou za systém, s uživateli a výrobci zařízení a přístrojů hledá intenzivní komunikaci, může definovat takové nové standardy v oblasti instalaci. A pouze výrobce, který ve všech třech oblastech s úspěchem realizuje své výrobky, má odbornou způsobilost v praxi zavést s tím související komplexní požadavky. Firma HARTING se svým strategickým zaměřením na schopnost propojení zařízení a přístrojů, schopnost propojení při instalaci a síťový systém zaujímá pozici poskytovatele kompletních nabídek pro komplexní a systémová řešení. S technologií PushPull mohla firma HARTING již v minulosti definovat nový standard. Po koncepci instalace pro německé výrobce automobilů s výrobkem Han® PushPull se nyní jedná o další kolo. Jsou potřeba nové koncepce v instalacích strojů. Přechod technologie komunikace na Ethernet poskytuje rovněž možnost významně zjednodušit instalaci strojů. Vyhoví-li se u sériového stroje požadavkům na malé prostorové rozšíření, pak se jednotlivé inteligetní zařízení a přístroje uspořádají v malé vzdálenosti okolo centrálního ovládacího řízení. Nejvyšší účinnost a nejlepší výkon má v těchto případech hvězdicová topologie. Přívod napájecího napětí do součásti v hybridní hvězdicové topologii se zásadně liší od řadové nebo kruhové topologie. Jelikož zapojení do kaskády ve hvězdě odpadá, lze schopnost přenosu proudu přizpůsobit jednotlivému zařízení a přístroji. Ve hvězdicové topologii stroje stačí 5 A. Toto snížení umožňuje použití optimálních hybridních konektorů. Firma HARTING k tomuto účelu vyvinula konektor pro výkonové napájení, jenž přenáší i komunikaci po síti Ethernet: PushPull hybrid firmy HARTING. Kromě toho PushPull hybrid firmy Harting vyhovuje i požadavku výrobců zařízení a přístrojů, aby po miniaturizaci bylo


Obr. 2: Pomocník výběru DeviceCon

možné tyto konektory integrovat i do malých zařízení a přístrojů. Snadno k vhodné schopnosti propojení zařízení a přístrojů na základě průvodce výběru DeviceCon Firma HARTING tři požadavky (systém, instalace, zařízení a přístroj) uspořádala do systému a realizovala v praxi v nejnovější generaci informací o výrobcích v průvodci výběru DeviceCon, jenž je součástí nového katalogu DeviceCon. Výrobci zařízení a přístrojů umožňuje, aby již v prvním kroku své volby konektoru bral v úvahu všechna hlediska, která je třeba zohlednit při integraci do jeho zařízení a přístroje, při instalaci jeho zařízení a přístroje uživatelem, i hlediska týkající se kompatibility jeho zařízení a přístroje v celkovém systému. Tak lze okamžitě rozeznat, že konektor v konstrukční formě

SMT je vhodný pro snadné osazení na místě pomocí technologie připojení HARAX® a je v souladu s požadavky PROFINET. Jelikož konektory firmy HARTING jsou vždy v celkovém kontextu všeobecného řešení automatizace, jsou možná optimální rozhraní zařízení a přístrojů. Výrobci zařízení a přístrojů i pozdější uživatelé z toho mají optimální prospěch a užitek.

Matthias Fritsche Product Manager Device Connectivity, Electric HARTING Technology Group [email protected]

Andreas Huhmann Director Strategic Marketing, ICPN HARTING Technology Group [email protected]

17

t e c . N e w s 1 6 : Ve d o u c í p o s t ave ní v t e c h n o l o g iíc h

Prof. Dr. Martin Riedmiller, Dr. Volker Franke, Wilhelm Finke, Frank Tegeler

Světové mistrovství RoboCup Svět umělé inteligence připravuje cestu do epochy, kdy se roboti nebudou používat pouze v průmyslu, nýbrž budou pomáhat i nám při vyřizování našich každodenních činností. Univerzita v Osnabrücku a firma HARTING pracují na tom, aby tým fotbalových robotů univerzity v Osnabrücku znovu přivedly k titulu mistra světa.

Nástup do světa umělé inteligence hrou tvoří projekt Brainstormers zahájený v roce 1998. Projekt má za cíl zkoumat autonomní činitele schopné učení v komplexních prostředích. Jako dostatečně komplexní oblast aplikace byl zvolen fotbal robotů, protože zde se neklade jen komplexní požadavek na realizaci pohybu, nýbrž jsou důležité i prvky jako herní inteligence a týmová spolupráce v soutěži s protivníky. Fotbalové týmy robotů k tomuto účelu nastupují do mistrovství RoboCup. Počátek výzkumu je založen na ústřední základní myšlence umělé inteligence: počítačové programy se v průběhu času cestou pokusů a omylů učí samostatně činit

18

správná rozhodnutí. Základní principy tohoto umělého procesu učení jsou známy od počátku 90. let. Aktuální položenou otázkou je škálování základních principů na komplexní stanovené problémy, které jsou důležité pro praxi. K tomuto účelu poskytuje fotbal robotů vhodný výchozí bod, mistrovstí RoboCup dává příležitost k použití nových metod a procesů i k poměření se s týmy výzkumníků z celého světa. RoboCup je mezinárodní iniciativa pro podporu výzkumu v oblastech „umělé inteligence“ a „autonomních mobilních robotů“. Vědecká a technická výzva spočívá v tom, aby byl do roku 2050 vyvinut tým robotů, který


může úspěšně obstát proti fotbalovému mistru světa tvořenému běžnými lidskými hráči. Jednou ročně se konají světová mistrovství, při nichž si týmy navzájem porovnávají své novinky a inovace a vyměňují si je. Nové myšlenky tak nalézají rychlé a účinné rozšíření. Tým Brainstormers z Osnabrücku od roku 2003 nastupuje se šesti roboty v lize pro střední velikost, úspěšně získal titul mistra světa v letech 2006 a 2007. Kromě softwaru robotů je základem úspěchu i vhodný hardware od nosné konstrukce přes systémy řídicích a ovládacích akčních členů a systémy snímačů až po počítač a jeho elektrické napájení. Na tomto místě začíná spolupráce s firmou HARTING, která se soustřeďuje na první krok v dalším vývoji mechanismu pro střelbu míče. Mechanismus pro střelbu míče je ústřední součástí robota schopného konkurcence. Cílem jsou přesné střely míče při velké rychlosti a variabilní výška střely, což by od robotů protivníka, jejich systému snímačů a rychlosti reakce vyžadovalo nejvyšší výkony. Kromě toho by mělo být možné i přesné přihrávání s flexibilní silou střely – základ každé úspěšné týmové hry. Mechanismy střelby míče používané v současné době většinou splňují jen jeden z těchto požadavků. Přitom se dosahuje rychlostí až 9 m/s nebo výšky střel míče přes čtyři metry. Tyto mechatronické přístroje používají různé primární energie, jako stlačený vzduch, sílu pružiny nebo elektromagnetická zařízení. Musejí být realizovány jako velmi kompaktní a s úsporou energie. Navíc je požadována nejvyšší míra robustnosti na ochranu proti nárazu, úderu a vibraci – přitom je nutno dodržet přikázané standardy bezpečnosti, aby se zabránilo ohrožení diváků i personálu obsluhy a ovládání. Firma HARTING proto nejprve zkoumá aktuální výkon mechanismu střelby míče u Brainstormers pomocí zařízení k měření rychlosti, jehož nejdůležitější části tvoří světelné závory a počítač. Při měření rychlosti se bere v úvahu i úhel odstřelení míče, realizace pohybu je navíc přesně analyzována pomocí vysokorychlostní kamery. První vyhodnocení měření a obrazového materiálu vedla k nové volbě válce pro střelbu, jenž v prvních pokusech dosahoval dvojnásobné rychlosti míče. Další úvahy se zaměřují na řízení výšky letu míče.

Ani takto dokonale vypracované systémy umělé inteligence nemohou tedy svůj potenciál k něčemu podněcovat bez mechanické transformace. Patří sem i možnost pohybovat míčem v závislosti na konkrétní herní situaci, tedy měnit intenzitu střelby míče. Dále vyvíjená mechanická část mechanismu střelby míče to v budoucnosti umožní. Tým Brainstormers bude svou novou úroveň hry, za kterou vděčí novému mechanismu střelby míče a zdokonalenému chování softwaru při učení, dokazovat na German Open, mistrovství RoboCup v dubnu 2008 na veletrhu v Hannoveru. Tam chce znovu obhájit titul. Spolupráce mezi pracovní skupinou Neuroinformatika Univerzity Osnabrück a technologickou skupinou HARTING se již nyní projevuje jako správná volba pro tým Brainstormers. Přitom za nástupem do fascinujícího světa umělé inteligence hrou čeká v každém případě na technologickou skupinu HARTING rozsáhlý potenciál jak v oblasti zkušeností, tak vývoje, jestliže můžeme vycházet z toho, že v ne příliš vzdálené budoucnosti roboti převezmou více úkolů člověka. Na to se trénují již dnes.

Prof. Dr. Martin Riedmiller Neuroinformatics, Information Engineering and Cognitive Science Department University of Osnabrück

Dr. Volker Franke Managing Director Applied Technologies HARTING Technology Group [email protected]

Wilhelm Finke Director Measurement and Testing Technology HARTING Technology Group [email protected]

Frank Tegeler Measurement and Testing Engineer HARTING Technology Group [email protected]

19

tec.News 16: Bezpečnost

20


Dietmar Maicz, Walter Gerstl & Britta Rohlfing

Nejvyšší přesnost a rychlost na měřicích místech železniční infrastruktury Rychlá a přesná evidence dat o stavu vlaku má pro provozovatele železniční infrastruktury ústřední význam. Měřicí místa ARGOS® s potřebnou přesností a spolehlivostí měří dynamický stav při jízdě vlaků provozní rychlostí. Koncepce kabelového propojení od firmy HARTING má bezprostředně za následek výhody z hlediska nákladů i výkonu: kvalitní a robustní řešení a zkrácení časových intervalů instalace. 3

3

21


1. Stavové měření jako úkol železniční infrastruktury Na liberalizovaném evropském trhu železniční dopravy má každý podnik zabývající se železniční přepravou oprávnění k využití národních i lokálních železničních sítí v odvětví železnice nazývané také volný přístup k síti. Provozovatel sítě nese zodpovědnost za bezvadný stav infrastruktury. Provozovatel vozového parku musí dodržet definovanou kvalitu svých vozů. Provozovatelé vozů i infrastruktury mají však odlišné zájmy. Provozovatel vozů by chtěl takové množství nákladů, jaké je vůbec možné, přepravit nákladově výhodně co nejlevnějšími vozy. Nákladově výhodné vozy často ovšem mají nevhodné jízdní vlastnosti, které se projevují nepříznivými dopady na náklady údržby k zachování infrastruktury. Cílem provozovatele infrastruktury je to, aby vyúčtovával poplatky za užívání v souladu s jejím skutečným zatížením. Při spoustě zákazníků, kteří využívají jeho železniční síť, by v budoucnosti mohlo být značně zjednodušeno individuální vyúčtovávání prováděné automatizovaným systémem. ÖBB (Österreichische Bundesbahnen (rakouské spolkové železnice), Infrastruktur Bau AG, Stab Forschung & Entwicklung) k tomuto účelu společně s HBM a dalšími partnery vyvinuly měřicí systém ARGOS®, s nímž je možno optimalizovat strategii údržby. Kromě toho data zjištěná systémem ARGOS® slouží navíc ke kontrole jízdní spolehlivosti železničních vozů. Firma HARTING byla vybrána jako systémový dodavatel kabelových svazků jako součástí systému, kdy tato firma díky svým dlouholetým zkušenostem na trhu vybavení pro železnice může nabídnout optimální řešení zaměřené na potřeby zákazníka. 2. Lokální měřicí stanice Lokální měřicí místa ARGOS® umožňují nepřetržité sledování stavu vozu a zatížení železničního svršku. S každým přejetím měřicího zařízení probíhá hodnocení úrovně kvality každého jednotlivého vozu až po jednotlivé kolo ve vlaku. Systém ARGOS® byl vyvinut s cílem poskytnout přesnost měření pro každou potřebnou úroveň. Čím vyšší je přesnost naměřených hodnot při zatížení, tím vyšší je stupeň jejich přijímání ze strany provozovatelů vozů a schvalovacích institucí. Navíc pro spoustu normovaných mezních hodnot je potřebná velmi vysoká přesnost měření, aby bylo vůbec technicky možné je adekvátním způsobem sledovat.

22

Obr. 1: Kovová skříň firmy HARTING s konektory Han Modular ® Compact a D-Sub v kovovém pouzdře firmy HARTING

Vybavení systému ARGOS® pro měření žádným způsobem nebrání normálnímu provozu na železnici. Na úsecích tratí vybavených systémem ARGOS® lze provádět pěchování, broušení a změnu profilu stejně jako u hlavní průběžné koleje. Měřené vozy nepotřebují být nezbytně osazeny doplňkovými přístroji, jako jsou transpondéry apod. Volitelně lze všan napojit systémy identifikace voz. (transpondér/RFID) nebo optická zařízení k identifikaci čísla vozu. Kabelové propojení mezi snímačem a systémem měřicího zesilovače v drsném a elektromagneticky problematickém železničním provozu vystaveném vlivům povětrnosti hraje důležitou roli v celém systému. K optimalzaci nákladů v cyklu životnosti systému ARGOS® byl použit způsob konstrukce s všeobecným zásuvným propojením. V těsné spolupráci se systémovým partnerem firma HARTING vyvinula modulární standardlizovaný systém kabelového propojení. Ten s pouze několika málo základními navzájem od sebe odlišnými součástmi splňuje všechny varianty řešení. Kromě menších nákladů systému to má za následek výrazné snížení nákladů v oblasti udržování náhradních dílů na zásobách na skladě i zjednodušení projektování zařízení a jeho údržby. Základní požadavek zkrácení časových intervalů instalace na straně železniční trati bylo možné tímto řešením ušitým na míru splnit bez problémů. Nejen v běžném provozu, nýbrž již při instalaci (která se převážně provádí v nočních hodinách) se náklady podstatně snižují díky


kabelovým vedením předem upraveným na délku, osazeným konektory i odzkoušeným, jež se na místě montáže jednoduše, rychle a bez chyb propojí vzájemným zasunutím. Promyšlený a snadno pochopitelný systém popisu značně snižuje nároky na instalaci. Systém firmy HARTING je tvořen vysoce kvalitními kabely, kabelovými průchodkami se závitem a zásuvnými konektory (konstrukční řada pouzder Han Modular Compact, Han® 3 A M s Han® Q 7/0 a InduCom s D-Sub) se stupněm krytí IP 67. V prostředí s elektromagnetickým zatížením poskytuje maximální možnou ochranu proti okolním vnějším vlivům, jako jsou rázové otřesy, vibrace, slunce, prach, déšť, led a olej. Kompletní kabelový svazek od snímače až k měřicímu zesliovači firma HARTING dodává dle specifikací firmy Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, která je v projektu zodpovědná za systém snímačů a evidenci dat měření. 3. Systém ARGOS® úrovně 1 až 4 Dle potřeby lze systém ARGOS® dodat ve čtyřech variantách a úrovních měření (viz obr. 2 a-d). Detekce vykolejení z jízdní dráhy (úroveň 1) Automatické hlídání a sledování vlaku (příčné zatížení, odchylky tvaru kol) (úroveň 2) Automatické hlídání a sledování vlaku s bezpečnostním měřicím místem proti vykolejení (příčné zatížení a zatížení v ose Y, jízda vozu, odchylky tvaru kol, hluk, schválení vozu) (úroveň 3) Měřicí ohyb koleje dle EN 14 363 (úroveň 4) l

l

l

Systém ARGOS® úrovně 1 provádí detekci vykolejených vozů a vysílá informaci dál do signalizačního zařízení. Neobyčejnou výhodou systému ARGOS® úrovně 1 je jeho schopnost hlídat a sledovat celkovou oblast mezi oběma kolejemi. To znamená, že detekce vykolejení proběhne i v takových případech, kdy se kolo otáčí po upevňovacích prvcích těsně vedle koleje. Typicky je systém tvořen čtyřmi snímači zapojenými do série a upevněnými na pražcích, aby bylo možné provést detekci i skákajících vykolejených náprav (problém, který se vyskytuje při vysokých rychlostech). Podrobné pokusy ukázaly, že systém při rychlostech nad 300 km/h bezvadně funguje. Stejně jako všechny výrobky ARGOS® i tento systém má mimořádně příjemnou údržbu. Všechny prvky upevnění koleje lze prohlédnout a lze provádět jejich údržbu bez demontáže snímače úrovně 1. Úroveň 1 lze použít na dřevěných, betonových i ocelových pražcích i na pevné jízdní dráze. Snímač úrovně 1 je tvořen měřicími snímači síly osvědčenými v průmyslu spojenými speciálně vytvarovanými plechy. Díky jednoduché a mechanicky robustní konstrukci snímače a logickému vazebnímu propojení všech jeho prvků lze prakticky vyloučit chybný poplach. Systém ARGOS® úrovně 1 je jednoduchý provozně spolehlivý a nákladově výhodný systém zaručující bezpečnou a spolehlivou detekci vykolejenýcn náprav před rizikovými body, jako jsou tunely, mosty nebo výhybky. 3

l

Úroveň 1: detekce vykolejení V minulosti se staly nehody – mimořádně závažné v rizikových bodech (tunely, mosty a výhybky) – díky vykolejení jednotlivých náprav, které byly na delších úsecích souběžně vlečeny vně koleje. Ani když nedošlo k nehodě, byly dlouhé úseky trati poškozeny vykolejenými koly. Dojde-li k tomu na úseku trati s pevnou jízdní dráhou, pak jsou následné náklady na základě náročné sanace značné. Jelikož strojvůdce nemá možnost přímo rozeznat jednotlivé vykolejené nápravy, je na ohrožených úsecích trati nutné řešení oklikou pomocí technického systému hlídání a sledování.

Obr. 2a: ARGOS ® úrovně 1 – detekce vykolejení

23


Úroveň 3: měření síly v ose Y a příčné síly Oproti úrovni 2 provedení úrovně 3 měří navíc i vodorovné síly (Y). Probíhá nepřetržitá detekce dynamických horizontálních i vertikálních sil. Včasnou detekcí nedostatků a nesrovnalostí vozů měřením sil působících na kolo a měřením tvarů kola lze preventivně zabráObr. 2b: ARGOS ® úrovně 2 – stavy naložení nákladu a plochá místa kol nit vykolejení. Stejně jako u úrovně 2 měřicí stanice úrovně 3 do decentralizované provozní ústředny vysílají dlouhodobě Úroveň 2: stabilní výsledky měření během nejdéle 120 sekund (typříčná síla a vady a nedostatky kola Pomocí systému ARGOS® úrovně 2 je možné provádět picky 30 sekund). Nestabilní jízda vozu měřitelná tímdetekci nesrovnalostí a odchylek vozů a vad a nedostat- to zařízením je obvykle problémem, který se vyskytuje ků kol (odchylky tvaru kola) měřením síly na styčné ploše u nákladních vagonů na základě nevyvážených stavů kola (zdánlivá statická a dynamická síla) (viz obr. 2c). nákladů nebo vad a nedostatků kola. Otřesy na koleji Při použití těchto spolehlivých měřicích míst při kontrole způsobené emisí hluku vozy lze dále měřit jako vibrace. stavu vozů lze provést detekci mnohem více nedostat- Vysoce kvalitní materiál pro měření ve formě snímačů, ků a nesrovnalostí na voze než při tradičních metodách kabelových propojení a zásuvných spojovacích konektorů se nenechá ovlivnit vibracemi, což představuje chasledování vlaku. rakteristický znak kvality celého systému. Kola nekulatého tvaru, plochá místa

Stav naložení, řazení vlaku

Dynamická příčná síla

Úroveň 4: Měřicí ohyb koleje dle EN 14 363 U dosavadních obvyklých jednotlivých měřicích míst není možné Síla v ose Y a příčná síla Moment při vyšroubování Vlastnosti odklonu a klopení provádět detekci a brát v úvahu vzájemné ovlivňování náprav u vícenápravových vozů. U jízd pro schvalovací účely to může mít za následek nereprodukovatelné výsledky měření. Pro právně spolehlivé prokázání je proto potřebbná nejvyšší přesnost naměřených hodnot. Síla v ose Y a příčná síla Nestabilita Síly posuvu koleje Emise hluku Pomocí rozsáhlých teoretických a praktických výzkumných prací bylo možné vyvinout systém, který může nepřetržitě určovat síly v ose Y a příčné síly s dosud nedosaženou přesností. Na základě praktických technických zkušeností z měření a technicObr. 2c: ARGOS ® úrovně 3 – dynamický průběh kého know-how železnice se

24


průběh poškození, a dovoluje tak optimální plánování prací údržby. <2a* min 16,8 m Především u nákladních 4,2 m Poloha je volitelná vlaků lze náklady udržo4,8 m vací údržby optimalizovat 4,2 m >3 m hlídáním a sledováním skutečně přepravova1 M ěř icí pole ných nákladů a technicMěř Směr jízdy icí p kého stavu. ole 2 Systémy ARGOS® úrovně 2 a úrovně 3 poskytují výsledky měření dle příObr. 2d: ARGOS ® úrovně 4 – měřicí ohyb koleje dle EN 14 363 slušných norem a mohou automatiizovat podstatné systémem ARGOS® úrovně 4 vzniklo řešení nepostra- části lokálních bodových testů a prohlídek TSI (technické datelné pro výrobce kolejových vozidel i pro schvalovací univerzální specifikace). Spolehlivost a přesnost systémů instituce. ARGOS® umožňuje zvýšení úrovně bezpečnosti , snižuje zatížení životního prostředí zmenšením hluku a otřesů, 4. Kvality systému má za následek oprávněnější a přiměřenější vyúčtování ® Systém ARGOS úrovně 1 je ideálním systémem ke nákladů uživatelům za využívání infrastruktury a snížení zjišťování vykolejených náprav před rizikovými body na nákladů provozovatelů sítě i vozů. železniční síti, aby se minializovaly, popř. omezily ná- Kabelový svazek jako součást systému prošel dalším sledné škody po vykolejení. Systém ARGOS® úrovně vývojem ve formě systémového řešení firmy HARTING. 2 pomocí měření příčných sil může poskytnout vysoce Vedle kratších časových intervalů instalace a nižších přesná data o stavu vozu (zatížení náprav a chyby na- nákladů na cyklus životnosti standardizované modulární ložení nákladu) bezprostředně po jeho přejetí. Systém řešení umožňuje výrobu zařízení ARGOS® i ve velkých ARGOS® úrovně 3 pomocí měření sil v ose Y a příčných počtech kusů. sil může navíc preventivně zabraňovat nehodám a může poskytovat vysoce přesná data o vzájemném působení kola a koleje nejpozději jednu minutu po měření. Na přání lze se systémem ARGOS® úrovně 2 a úrovně 3 navíc provádět přesnou detekci chyb tvaru kola. Volitelně Dietmar Maicz Project Director Railway je možné provést detekci vozů s vysokou emisí hluku a Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, Austria vozů jako původců otřesů půdy. [email protected] Náklady na cyklus životnosti infrastruktury intenzivně stoupají, když zatížení vyvolané vozy neodpovídá zatížením, která byla základem konstrukce kolejových tratí. Walter Gerstl Market Manager Transportation, Austria Kupříkladu polochá místa na kolech mohou významHARTING Technology Group ně zvýšit náklady na udržovací údržbu. Totéž se týká [email protected] i statických a dynamických síl, které překračují limitní hodnoty. Nepřetržté hlídání a sledování zajišťuje nový systém. Britta Rohlfing Market Manager Transportation Data systému ARGOS® lze použít i pro optimální strateHARTING Technology Group ® gii údržby kolejových vozů. Systém ARGOS umožňuje [email protected] provést detekci škod na jednotlivých vozech a sledovat >2a+ +2a*

25


Michael Seele & Gert Havermann

Inovační konektory pro MicroTCA™ V poslední době do oblasti telekomunikací a datových komunikací stále více pronikají standardizované hardwarové platformy AdvancedTCA® a MicroTCA™. Nyní ovšem vzrůstá i zájem průmyslu. HARTING nabízí dvě různé možnosti robustního konektorového spojení pro tyto systémy, vhodného pro průmyslové využití.

MicroTCA™ má potenciál k tomu, aby se stal v budoucnu standardním produktem pro průmyslové potřeby. Důvodem je kompaktní a přitom snadno stupňovitě rozšiřitelná konstrukce s robustní mechanikou a vysokým výkonem. Již dnes nabízí trh různé systémy, které se vyznačují právě těmito charakteristikami. O konektorech MicroTCA™ na hranách karet se stále ještě vedou spory. Moduly AdvancedMC™ se spojují přímo přes okraj desek s plošnými spoji, osazenými pozlacenými prvky s nosičem (u ATCA) nebo základní deskou (u MicroTCA™). Tento princip je již řadu let

26

běžný v kancelářích (např. u PCI nebo AGP). Požadavky na toto rozhraní jsou však pro průmyslové aplikace výrazně vyšší. Předpokladem je mechanicky stabilní spojení, které zaručí vysokou bezpečnost kontaktu i v případě vibrací a šoku. Navíc nesmí koroze vyvolaná agresivním průmyslovým prostředím ohrozit spojení goldpadu a konektoru na okraji desky. Zkušenosti uživatelů ukazují, že poměrně úzké tolerance modulů AdvancedMC™ lze s dnešní výrobní technikou jen stěží dodržet. To se ukazuje již na šířce zásuvného jazýčku: modul s minimální přípustnou šíř-


kou jazýčku vyžaduje toleranci až 0,25 mm, což odpovídá třetině rastru kontaktu. Standard sice zaručí, že v takovém případě kontakt přinejmenším částečně spočívá na goldpadu, ale není zaručena dostatečná jistota spojení. Bezpečnost kontaktů je tedy nutné zvýšit. Technologická skupina firmy HARTING proto vyvinula společně s ept GmbH & Co. KG konektor AdvancedMC™ v kvalitě con:card+. Malá pružina – tzv. GuideSpring – dokáže definovanou polohou vyrovnat kolísání tolerance tím, že modul AdvancedMC™ vždy přitiskne na protilehlou

stranu konektoru. Poloha protilehlé stěny se současně posune o 0,075 mm směrem ke středu. Tím lze až o 60 % redukovat možnou odchylku symetrických os desky s plošnými spoji a konektoru. Chráněné kontakty jsou zárukou dlouhé doby životnosti Další dvě zlepšené vlastnosti konektorů con:card+ se vztahují přímo ke kontaktům. Jejich velmi hladký povrch brání rychlému opotřebení goldpaů. Testy ukázaly, že konektory con:card+ nevykazují v porovnání s dosavadními konektory AdvancedMC™ po 200 cyklech za3

27


ta ještě dále snižuje. V praxi tedy vzniká riziko pro bezpečnost kontaktu.

Obr. 1: Inovační GuideSpring předchází přerušení kontaktu definovanou polohou.

souvání téměř žádné stopy opotřebení. Pokud dojde k poškození goldpadu, může průmyslové prostředí vyvolat rychlou korozi, která následně ohrozí bezpečnost kontaktu. Povrch z paladia-niklu navíc chrání kontakt před rychlým opotřebením, které způsobuje karta AdvancedMC™ . Okraje goldpadu jsou částečně velmi ostré a povrch kontaktu může být navíc při zasouvání trvale poškozen plastovým materiálem desky, který obsahuje skelné vlákno. V porovnání s čistě zlatým povrchem se použitím směsi paladium-nikl dosahuje odolnosti proti opotřebení o 30 % vyšší.

Konektory con:card+ se na základní desku osazují technikou zalisování. Oproti konektorům osazovaným povrchovou montáží má zalisování nepřehlédnutelné výhody z hlediska šoku a vibrací. Konektory vyráběné tímto způsobem zůstávají i v průmyslovém prostředí bezpečné a stabilní. Montáž sama je cenově výhodná a rychlá, odpadá ruční práce a případné dodatečné šroubování. Technika zalisování se osvědčila i u přenosu signálů, kde se dosahuje požadovaných 12,5 Gbps.

Okraj desky – riziková zóna Konektory AdvancedMC™ pro ATCA a MicroTCA™ v kvalitě con:card+ se vyznačují výrazně vyšší robustností. Problémem konektorového spojení je navíc to, že výrobce konektorů má možnost kontrolovat pouze jednu stranu spojení. Kvalita „partnera“, v tomto případě okraje desky AdvancedMC™, je specifikována jen velmi zběžně. Tento problém mohou do značné míry vyřešit právě konektory con:card+, a výrazně tak snížit četná rizika. Negativní aspekty spojení na okrajích desek však lze eliminovat pouze zásadní modifikací, a to druhým konektorem.

K tomuto účelu nabízí HARTING konektor Technika zalisování odolná vůči vibracím AdvancedMC™ Plug. Plug nahrazuje goldpad desky. Aby konektory v drsném průmyslovém prostředí byly Ke spojení již nedochází přímo z desky s plošnými spostabilní a odolné vůči vibracím, musí být pružinový ji k základní desce konektoru, ale nepřímo, prostředkontakt vybaven dostatečnou normálovou silou. Ko- nictvím modulového konektoru. nektory con:card+ jsou navrženy tak, aby na konci doby životnosti tato síla nepoklesla pod 0,5 N/kontakt. Tato vlastnost byla prokázána laboratorními pokusy při relaxačním testu. Srovnatelné konektory tuto hodnotu 0,5 N nesplňují již při dodání. Během doby zahřívání při testu se Obr. 2: Broušení goldpadu: volná měď a podleptaný okraj Obr. 3: Ostré hrany a nalomení goldpadu jsou důvodem nízká vstupní hodnojsou náchylné vůči korozi vysokého opotřebení konektorů

28


Konstantní kvalita zaručuje dlouhou dobu životnosti Původně byl plug vyvinut pro MicroTCA™ Carrier Hub a dodává se ve dvou verzích (viz Infobox). První verzi, AdvancedMC™ Plug, lze použít i na standardním modulu AdvancedMC. Velkou výhodou je, že proti konektoru základní desky stojí opět masivní kontakt. Povrch goldpadů je sice podle PICMG z tvrdého zlata, ale žádná jednoznačná definice tvrdého zlata neexistuje. Podle toho také kolísá odpor zlata a povrchová struktura modulů, které jsou běžně k dostání na trhu. Výsledkem výroby goldpadů selektivním galvanickým procesem je volná měď pod niklovým/zlatým povrchem. V důsledku četných zasouvání a vzhledem k průmyslové atmosféře může docházet k rychlé korozi. Navíc dochází k podleptání, jehož nejhorším důsledkem může být odlamování zlatých ploch při zasouvání konektorů. Zkušenosti dále ukazují, že požadovaných 200 zasouvacích cyklů nemohou výrobci šítků pro modul AdvancedMC™ zaručit. V podobě konektoru plug však uživatel dostává k dispozici produkt, který byl společně s konektorem con:card+ firmy HARTING testován na 200 cyklů a poskytuje maximální ochranu před opotřebením. Konektor je na základní desce chráněn, protože kontakt se již neodírá na drsném FR4 frézovaného okraje, ale klouže po hladkém odlitku izolačního tělesa. Plug definuje zásuvný jazýček Při odlévání vstřikováním lze podstatně lépe dodržet výrobní tolerance než ve výrobě destiček s plošnými spoji. U destiček činí tolerance desetinu milimetru, při odlévání vstřikováním několik málo setin. Zásuvný jazýček pro plug je navržen na maximální šířku, takže zasunutá karta s plugem bude mít stěží vůli, pokud bude použit konvenční konektor pro základní desku bez GuideSpring. Pro vyšší mechanickou stabilitu se plug na desku s plošnými spoji upevňuje pájením „Pin-in-hole-reflow“. Může být na desku osazen kompatibilně – „pick-and-

place“ a pájen tedy společně s ostatními komponenty v jednom kroku. Kromě tohoto efektivního a stabilního procesu existuje i možnost výměny konektoru. Tím se vyloučí náklady na zmetky u již osazených modulů, pokud dojde k poškození zásuvného jazýčku. Další výhodou je redukce zasouvací síly díky speciálnímu designu a tloušťce zásuvného jazýčku, pohybující se v minimálním přípustném rozsahu. Vlastnosti přenosu signálu se mohou při dobré konstrukci destičky s plošnými spoji v porovnání s okrajem desky s goldpadem dokonce zlepšit, protože signály již není nutné

Obr. 4: Moduly AdvancedMC™ s konektorem plug

vést na povrch desky. Tloušťka modulů AdvancedMC™ byla omezena specifikací, protože konektory na okraji desky mohou využít pouze omezenou toleranci tloušťky (1,6 mm +/- 10 %). S konektory plug se lze od této specifikace odchýlit, protože zásuvný jazýček definuje plug, a je tedy možné použít desky o různé tloušťce (pokud to dovolí vodicí mechanika systému). Možnost výměny snižuje náklady na zmetky Použití konektorů plug od firmy HARTING navíc přispívá ke snížení nákladů. Použitím druhého konektoru se v prvním kroku náklady sice zvyšují, ale tuto skutečnost lze v druhém kroku kompenzovat různými efekty. Dnes 3

29


vycházejí vysoké náklady napřiklad při výrobě goldpadů vzhledem k selektivní galvanice. Vysoké požadavky na toleranci navíc znamenají vysoké podíly vyřazených výrobků. Hrana na okraji desky s plošnými spoji je dalším kritickým bodem, protože může dojít k poškození kontaktů. Pro plug firmy HARTING je nutný jednoduchý bordlayout s prokontaktovanými otvory, který lze snadno vyrobit bez mimořádných nákladů. Pokud se vadný okraj desky s plošnými spoji projeví teprve po osazení drahými komponenty, vznikají znoObr. 5: Pro modul MCH se zásuvné spojovací konektory ukládají navzájem na sebe vu další náklady na vyřazení. Plug firmy HARTING však lze vyměnit přímo na modulu a tyto náklady tak snížit. MCH (MicroTCA™ Carrier Hub) je management modul pro MicroTCA™. Vzhledem k velkému poKonektor plug je kompatibilní se specifikacemi PICMG čtu kontaktů může mít až čtyři zásuvné jazýčky. MTCA.0 R1 a AMC.0 R2 a může se tedy použít jak Specifikace PICMG doporučuje použití stohov MicroTCA™, tak v ATCA. Současně zaručuje defivatelných konektorů pro modul MCH, aby se tak novanou kvalitu spojení i na modulu AdvancedMC™. podchytily mechanické tolerance. Koncepce firmy HARTING tedy nabízí výrobcům základních desek HARTING spočívá na dvou různých konektorech. svým produktem con:card+ i výrobcům modulů s proAdvancedMC™ Plug se používá pro první zásuvný duktem plug mimořádně bezpečné řešení, aby mohli jazýček. V modulárním systému je možné nasunout MicroTCA™ a ATCA využívat i v průmyslových apliaž tři MCH plugy. Pro mechanickou stabilizaci se kacích. sloupec zpevňuje kovovými kolíky. Pro vysokorychlostní přenos dat mezi třetím a čtvrtým zásuvným jazýčkem (switched fabric) je k dispozici adaptér.

Michael Seele Global Product Manager Metric Connectors, Electronics HARTING Technology Group [email protected] Gert Havermann Signal Integrity Engineer, Electronics HARTING Technology Group [email protected]

30

Technologická skupina firmy HARTING a ept GmbH & Co. KG se v roce 2005 spojily za účelem kooperace v oblasti vývoje, aby mohly pokračovat v práci na dosavadních konektorech AdvancedMC™, a rozhodujícím způsobem tak zlepšit spolehlivost kontaktů. Výsledkem je nová generace signálních konektorů AdvancedMC™, která byla na trh uvedena s pečetí jakosti „con:card+“ firem HARTING a ept. Produktem con:card+ zajistily obě firmy jasně vymezenou úroveň kvality a navíc nabízejí duální sourcing.


tec.News 16: Systémové par tnerství

Ole Christian Ruge

Ultrazvuková avantgarda Obrazové a datové systémy dnes patří k hlavním lékařským diagnostickým nástrojům. Jedním z předních celosvětových výrobců je GE Healthcare se sídlem v Milwaukee, USA. V oblasti klinických systémů je tato firma největším dodavatelem ultrazvukových skenerů pro nemocnice a lékařské ordinace (*) na celém světě. Pro ultrazvukové přístroje GE Healthcare dodává firma HARTING základní desky od roku 2001. 3 (*) podle Klein Report on Medical Diagnostic Ultrasound Market

31


Ultrazvukové přístroje dnes patří ke standardnímu vybavení pro určení anamnézy a diagnostiku. Z dvourozměrných a jednobarevných aparátů minulosti se vyvinuly dnešní čtyřrozměrné a vícebarevné systémy, které výrazně zlepšily přesnost diagnóz. Variabilita použití a zobrazení jsou jednou stránkou systému, stoupající požadavky na spolehlivost a možnost rozšíření tvoří stranu druhou. Vývoj a výroba lékařských přístrojů podléhají zejména podrobným požadavkům na řízení procesu, jako např. v USA předpisům FDA (Food and Drug Administration). FDA předepisuje, jak musí být produkty a procesy dokumentovány, jak postupovat v případě závad a změněných požadavků a jak zaručit dokonalou kvalitu. Těmto požadavkům musí vyhovět i subdodavatelé v oblasti lékařské techniky. GE Healthcare vyvíjí inovační ultrazvukové systémy pro čtyři sektory: radiologii, porodnictví a gynekologii, kardiologii a klinické využití v pohotovostní lékařské službě a na operačních sálech. V rámci výrobního programu existují pro každý tento sektor samostatné systémové skupiny, které jsou neustále rozvíjeny v kompetenčních centrech v USA, Norsku, Rakousku, Číně, Japonsku, Koreji, Indii a Izraeli. Současné ultrazvukové přístroje firmy GE Healthcare jsou vybaveny vysokorychlostními snímacími algoritmy a čtyřrozměrným zobrazením (s časem jako čtvrtým rozměrem). Původní klasické konzoly se rozvíjely i z ergonomického hlediska, takže dnes běžně používáme klávesnice s trojím obsazením tlačítek a monitory s možností nastavení do tří poloh. Díky neustálému vývoji softwarových funkcí lze tyto ultrazvukové přístroje lépe obsluhovat a jsou rovněž schopny se přizpůsobovat stále novým požadavkům. Již řadu let jsou sice k dispozici kompaktní ultrazvukové systémy v podobě laptopů, ale trh s konzolami zaznamenává i nadále enormní nárůst. HARTING – dodavatel základních desek HARTING Integrated Solutions (HIS) je jedním z předních celosvětových výrobců základních desek pro průmyslové využití. Jako dodavatel metrických konektorů

32

GE Vingmed Ultrasound VIVID 7

2 mm pro subdodavatele CEM firmy GE Healthcare nabídla firma HARTING Integraded Systems v roce 2001 firmě GE Vingmed Ultrasound (GEVU) řešení základního problému při výrobě tehdy nového souboru produktů: GEVU totiž právě uvedla na trh nový skener VIVID 7. Tehdejší dodavatel základních desek však měl problémy při zalisování metrického konektoru do vysoce citlivé pozlacené základní desky. HARTING našel pro tento problém řešení: plně automatický elektronický stroj Pressfit CPM 2001. Řešení to bylo přesvědčivé, protože jako vítěz mezinárodní soutěže 2001 se firma HARTING stala dodavatelem základních desek pro VIVID 7. Výroba byla zahájena v závodě HARTING v Northamptonu (Velká Británie), dodávky pro GEVU Elektronik, hlavního dodavatele firmy Kitron ASA, Norsko se realizovaly prostřednictvím HARTING AS v Norsku.


Technické aspekty Základní deskou pro VIVID 7 je deska multilayer s více než 40 metrickými konektory HARTING HM. Všechny konektory jako rozhraní k rozšiřujícím deskám zaručují 250 kontaktů. GEVU využívá u základních desek techniku Pressfit místo pájení, přičemž zalisováním vzniká velmi spolehlivé spojení. Kromě toho je tento způsob výroby rychlejší a cenově výhodnější než pájení. Nedochází k tepelným šokům, které mohou vznikat při pájení. Hotové destičky s plošnými spoji není nutné na závěr čistit. Podobně jako vyrovnávání horkým vzduchem (HAL) je i technika SPM Pressfit použitelná pro většinu destiček s plošnými spoji. Zalisované kontakty lze v případě opravy rychle vyjímat. l

l

l

l

Zkušenosti – „Learning by doing“ Základní desky VIVID 7 byly pro firmu HARTING důležitým krokem na cestě k postavení mezinárodního výrobce těchto produktů. Z technického hlediska byla požadována vysoká kompaktnost a současně velmi hladký povrch. Byly potřebné i komponenty SMD (surface mounted device = povrchově montovatelný modul), a proto se firma HIS rozhodla vybudovat vlastní montážní linku SMD. „Tehdy se základní deska VIVID 7 stala katalyzátorem dalšího vývoje naší celé výroby,“ vzpomíná Paul Atkinson, Operations Director firmy HARTING Integrated Solutions. Firma HARTING vyráběla nové desky VIVID 7 (přišly na trh v roce 2003) bez použití olova ještě dříve, než vstoupila v platnost směrnice ROHS. VIVID 7 byl pro firmu HARTING důležitým projektem i z logistického hlediska, protože na tento produkt navazovala řada projektů GE Healthcare. S dodávkami základních desek pro izraelský VIVID 3 a rentgenový skener LOGIQ 9 v letech 2002 a 2004 se firma zapojila do globálního obchodního řetězce. HARTING dodává od té doby z Velké Británie paralelně do Norska, Izraele i USA.

GE Healthcare – požadavky na subdodavatele Jan Sollid, Strategic Sourcing Manager firmy GE Vingmed Ultrasound, zdůrazňuje přísné požadavky, které GE Healthcare klade na subdodavatele stragegicky důležitých produktů. Dodavatel musí být kdykoli schopen rychle a efektivně identifikovat a pokrýt poptávku. Základní desky jsou pro GE Healthcare strategickým prvkem, podstatným pro funkci ultrazvukových systémů. Zpoždění dodávek týkajících se tohoto modulu by proto mělo dalekosáhlé negativní důsledky pro dodávky celého produktu, a to je dostatečným důvodem k tomu, aby se vyloučila jakákoli rizika v tomto směru. Výzkum a vývoj zajišťuje u GE Healthcare mezinárodní projektový tým, aby již při vzniku nových systémů byly co nejlépe využity synergie mezi výrobními programy. Kvalita vývoje základních desek a výrobních procesů je pro GE Healthcare klíčovým faktorem při výběru dodavatelů, a to na celém světě, protože i vyhledávání dodavatelů dnes probíhá v globálním měřítku. Nejdůležitější požadavky kladené na strategické dodavatele jsou: kvalita produktů a procesů, spolehlivost dodávek a zvyšování efektivnosti (snižování nákladů) po dobu vzájemného vztahu. GE Healthcare usiluje o co nejdokonalejší optimalizaci sítě svých dodavatelů, přičemž důraz klade zejména na inovaci a náklady. Od startu v roce 2001 dodává firma HARTING základní desky pro ultrazvukové systémy GE Healthcare.. To však není důvod pro spánek na vavřínech: „Každý dodavatel GE musí neustále usilovat o zlepšení a musí si být vědom trvalé přítomnosti konkurence. Naši subdodavatelé se musejí umět vůči konkurenci prosadit a musejí průběžně snižovat své výrobní náklady,“ zdůrazňuje Jan Sollid. Protože ultrazvukové systémy GE Healthcare jsou určeny pro světový trh, musejí být dodavatelé navíc schopni dodávat vysoce kvalitní produkty kamkoli na zeměkouli.

Ole Christian Ruge Managing Director Norway HARTING Technology Group [email protected]

33


34


Dalibor Kuchta & Tomáš Ledvina

Dvojité propojení ve vagónech vlaku redundantním kabelovým vedením Ethernet – speciální řešení s konfigurovatelnými přepínači HARTING Systémy digitálních kamer dnes patří ke standardnímu vybavení osobních vlaků. Speciální vlastnosti vlaků různých konstrukčních řad však vyžadují velice diferencovaná řešení. Délka vlaků přitom hraje roli stejně tak jako spolehlivost přenosu nebo fyzická propojení sítě. HARTING zde poskytuje speciální řešení s velkou zatížitelností.

Český subdodavatel vybavení pro železnice, firma LOKEL, s.r.o., Ostrava-Hrabůvka, vyvinul systém digitálních kamer pro nový čtyřdílný elektrický vlak pro příměstskou dopravu typ ED74. Vlak má celkovou délku 80 metrů. Firma LOKEL pro tento vlak dodává elektrický subsystém tvořený systémem ovládacího řízení a systémem kamer. Systém ovládacího řízení a systém kamer jsou propojeny síťovým přepínačem HARTING Ethernet Switch sCon 3100-A. Kamerový systém tvořený osmi kamerami, vždy se dvěma kamerami na každý vagón, zaručuje on-line hlídání a sledování vnitřního prostoru vlaku. Systém zaznamenává obrazy ze všech kamer v plné kvalitě datového toku video – to znamená 1,2 Mbit/s, jinak řečeno dvanáct snímků za sekundu, po dobu 24 hodin. Na základě zkušeností s kamerovými systémy z dřívějších projektů bylo nutné technologii analogového přenosu nahradit technologií digitálního přenosu, protože zejména u vlaků s elektrickým pohonem bylo nezbytné vyloučit přenos rušení. Další výhoda spočívá ve zjednodušení celé topologie sítě. K přenosu videodat se používá technologie 10/100Base-XTX podle standardů

IEEE 802.3 a IEEE 802.3u. Technologie 10/100Base-XTX byla vybrána proto, že se zde jedná o zdaleka nejrozšířenější řešení, jehož součásti jsou nejsnáze k dispozici. Samotná síť je tvořena následujícími základními součástmi: – Videoserver (k převodu signálu z analogové kamery na datový tok MPEG-4 – PC monitory (k zobrazení snímků jednotlivých kamer) – Průmyslový PC (k záznamu) – Přepínače Ethernet (k propojení jednotlivých úseků sítě) – Modul GSM (k vytvoření spojení po internetu) Software pro záznam a speciální software k zobrazení obrazů snímaných jednotlivými kamerami vyvinula sama firma LOKEL, s.r.o. Propojení všech elektrických a pneu matických součástí mezi jednotli 3

35


Konfigurovatelný přepínač HARTING sCon 3100-A s paralelní redundancí

Obrazovka videosystému v kabině strojvůdce

vými oddíly vlaku je realizováno automatickým spřáhlem Dellner. U této technologie jsou veškerá elektrická kabelová vedení konstruována zdvojeně. To podporuje vyšší spolehlivost sítě Ethernet.

Tento jednoduchý a nákladově efektivní princip se používá u automatických propojení a vazeb. K dosažení vyšší spolehlivosti jsou u tohoto řešení veškeré přípojky konstruovány jako redundantní. Prokázalo se, že toto řešení funguje za všech provozních podmínek v celé síti bez problémů a bez poruch nebo výpadků.

K tomuto účelu však bylo nezbytné nejprve vyřešit problém paralelního propojení v rámci sítě Ethernet 10/100Base-TX. U neřízených standardních přepínačů Ethernet všeobecně není možné se dvěma nezávislými kabely vytvořit paralelní propojení dvou uzlů. Pokud by bylo jednotlivé kabelové vedení Ethernet přerušeno před spřáhlem a propojení bylo vytvořeno pomocí přepínače HUB, mohly by časové diference v přenosu nebo výpadek mít za následek rušení a poruchy signálu. Vhodné řešení bylo nalezeno teprve použitím redundantního přepínače HARTING sCon 3000. Tento takzvaný neřízený, ale konfigurovatelný přepínač poskytuje možnost instalace dvou na sobě navzájem nezávislých portů. Tato funkce se označuje jako paralelní redundance. Tyto porty, vybrané pro oba přepínače, se vzájemně propojují dvěma kabely. Na základě paralelní redundance přepínačů se však v provozním stavu aktivuje pouze jedno z obou kabelových vedení, zatímco druhé slouží jako záložní. Při jeho výpadku přepínač aktivní kabelové vedení deaktivuje automaticky, bez zásahu uživatele, a současně aktivuje záložní kabelové vedení.

36

V současné době se vyrábějí další vlaky konstrukční řady ED74. Následující generace je již ve vývoji. Nová generace vlaku je vybavena dalšími funkcemi a službami, které poskytuje palubní síť Ethernet na přístrojovém panelu vlaku. Systém tvořený čtyřmi externími kamerami přitom slouží jako určitý druh zpětných zrcátek. Konstrukční řada ED74, kterou polský výrobce kolejových vozidel vyrábí od r. 2007, bude nasazena na trase mezi Gdaňskem a Varšavou, popř. Varšavou a Lodží. Do r. 2008 je plánováno k dodání 14 vozidel.

Dalibor Kuchta Software Development Manager LOKEL s.r.o., Czech Republic [email protected]

Tomas Ledvina Product Manager Networks & Connectivity, Czech Republic HARTING Technology Group [email protected]



Gert Havermann

Integrita signálů: vysokorychlostní kanály V oblasti vysokorychlostního přenosu dat jsou pro existující protokoly definovány stále vyšší rychlosti datového přenosu. Od konektorů pro rychlosti několika gigabitů se požaduje, aby i v budoucnosti zaručeně podporovaly tyto nově definované přenosové rychlosti a rychlosti, jejichž definice se zpracovává. Jelikož konektor představuje jen malou část přenosového kanálu, není možné mu přiřadit přenosový výkon vně určitého systému. Jak tedy vypadají přenosové kanály. V elektronických systémech se vyskytují nejrůznější formy signálů: datové věty vysílané z DVD na pevný disk, impulz krystalu, který pohání sekundovou ručičku na hodinách, telefonní hovor z mobilního telefonu na telefon kdesi ve světě. V oblasti elektronických konektorů pro vysoké rychlosti přenosu dat (měřeno v gigabitech za sekundu = Gps) se signály měděnými kabely, optickými kabely se skleněnými vlákny nebo rádiovými vlnami přenášejí z čipu vysílače do čipu přijímače. Integrita signálu znamená dostatečnou kavlitu signálu v přijímači. Aby to bylo zajištěno, musí přenosová cesta (kanál) od vysílače k přijímači splňovat některé okrajové podmínky, např. nepatrný vložný útlum, nepatrné průchozí ztráty, nepatrný přeslech. To, jaké podmínky je nutno splnit a v jakém rozsahu, definuje použitý přenosový protokol a použité polovodičové funkční prvky. Aktuláně dominují na trhu systémů pro rychlosti několika gigabitů řešení založená na úrovni propojovacího pole. Zde je signál generován na kartě modulu, přes konektor na úrovni propojovacího pole a další konektor se přenáší na sousední kartu modulu, na níž je přijímač. Pro tento typ přenosu lze použít různé přenosové protokoly s odlišnými rychlostmi přenosu dat: – PCI Express @ 2,5 Gbps, 5 Gbps – Serial Rapid IO @ 6,25 Gbps – Ethernet Standards: – IEEE 802.3ap (10GBASE-KX4) @ 4 x 3,125 Gbps – IEEE 802.3ap (10GBASE-KR) @ 10 Gbps Minimální požadavky na vstupní a výstupní signál na přenosové cestě jsou velmi rozdílné. Navíc neexistují žádná zadání fyzikálních vlastností a kvality kanálu (karty modulu, úrovně propojovacího pole, konektory atd.). Každý systém je proto třeba posuzovat inidviduálně.

Firma HARTING pracuje v současné době jako zodpovědný vedoucí účastník PICMG (PCI Industrial Computers Manufacturing Group – skupina výrobců průmyslových PC), mezinárodní skupiny cca 40 firem, na specifikaci: PICC (PICMG Interconnect Channel Characterization – charakteristika propojovacího kanálu) základní pravidla a definice týkající se přenosového kanálu. Zde jsou definovány např. jednotlivé součásti kanálu, aby se pro simulace a měření získala jednotná rozhraní. Tím se na jedné straně dosahuje dříve nebývalé možnosti vzájemné výměny modelů elektrické simulace jednotlivých prvků kanálu, na straně druhé jsou měření ve větší míře srovnatelná. Vliv konektoru na chování kanálu Důležitými veličinami ovlivňujícími kvalitu kanálu na úrovni propojovacího pole jsou průchozí ztráty, vložný útlum a přeslech. Průchozí ztráty závisejí hlavně na dodržení impedance systému a na použitých materiálech, 3

4FOEFS Vysílač

&NQGjOHFS Přijímač

.PEVMLBSUF Deska modulu 4UFDLWFSCJOEFS Konektor

Úroveň#BDLQMBOF propojovacího pole Kanál $IBOOFM Obr. 1: Schematická přenosová cesta systému úrovně propojovacího pole

37


přeslech je generován indukční a kapacitní vazbou cest přenosu signálu. Kanál systému založeného na úrovni propojovacího pole je z velké části tvořen vodivými dráhami. Co se týče impedance (tvar vodivých drah) a přeslechu (vzdálenost vodivých drah), lze vodivé dráhy skutečně snadno přizpůsobit příslušným požadavkům systému. Průchozí ztráty lze omezit minimalizací délek vodivých drah a použitím materiálů desek plošných spojů s nízkými ztrátami. Konektory v tomto kanálu poskytují pouze malý stupeň volnosti. Na základě komplexnosti jednotlivých dílů není impedance uvnitř konektoru konstantní. Konečná impedance koncových bodů (zalisované, vpájené nebo napájené kontaktní kolíky) je dána teprve společně s deskou plošných spojů. Odchylky impedance mají za následek odrazy signálu, a tím zhoršují vložný útlum. Přeslech závisí na vzájemné vzdálenosti dílů přenášejících signál, což je proti trendu k vyšším hustotám signálů u konektorů. Často lze přeslech minimalizovat vhodným rozložením připojení na kontaktní kolíky. Na základě krátkých délek kontaktů jsou průchozí ztráty relativně malé. Co dodá konektoru schopnost vysokorychlostního přenosu? Impedance: pečlivým projektováním geometrických tvarů kontaktu musí být generován co možná nejvíce plochý profil impedance. Jelikož signály s rychlostí několika gigabitů jsou realizovány téměř výhradně v LVDS (Low Voltage Differential Signaling – nízkonapěťový rozdílový přenos signálů), musejí být kontakty navzájem uspořádány a vyrovnány tak, aby výsledná rozdílová impedance byla 100 ohmů. Jednotlivé kontakty by měly mít, pokud možno, impedanci 50 ohm, aby umožňovaly i dobrý přenos jednoduchých signálů. Dalším přínosem by byla možnost vhodným rozložením připojení na kontaktní kolíky dosáhnout impedance 75 ohmů (stále ještě se vyskytuje v mnoha systémech). Přeslech: když vzdálenosti mezi kontakty nestačí, může stínění kontaktů pro přenos signálů zlepšit chování při přeslechu. Vliv koncových bodů: zejména při vysokých hustotách kontaktů je hlavní příčinou skoků hodnot impedance a přeslechu připojovací pole konektoru na desce plošných spojů. Připojovací pole by mělo vyžadovat

38

co možná nejmenší průchozí kontaktní otvory v desce plošných spojů. A to ze dvou důvodů: aby se kapacitní chování průchozích kontaktních otvorů snížilo na minimum a aby mezi průchozími kontaktními otvory byla dána možnost maximálního místa pro vodivé dráhy. Navíc menší průměry otvorů zvětšují odstup mezi průchozími kontaktními otvory, čímž se snižuje přeslech. Zejména u konektorů pro úroveň propojovacího pole je dostatečné místo pro vodivé dráhy v připojovacím poli důležité pro integritu signálu, protože na základě poměrů malého místa na úrovni propojovacího pole je umístění většiny vodivých drah dáno připojovacím polem. Čím více těchto vodivých drah může být vedeno ve stejné vrstvě vedle sebe, tím méně vrstev je potřeba celkem a v tím menším rozsahu vznikají efekty pahýlu. Efekty pahýlu u konektorů 4FOEFS Takzvané stub efekty (z anglického stub = pahýl) popisují odrazy signálu vznikající působením vedení na odbočce (elektricky nepotřebné odbočky z cesty signálu). Téměř u každého konektoru a u většiny desek plošných spojů se nevyhnutelně vyskytují taková vedení na odbočce. Použitím příslušných technických opatření se tyto efekty dají často snížit, rozhodující je pak relativní míra těchto opatření. Uvnitř konektoru se tyto efekty vyskytují na dvou markantních místech: na pevném uložení kontaktu a v zóně kontaktů. Pevné uložení kontaktu závisí výrhadně na návrhu konektoru, a proto se dá dobře kontrolovat. U velmi jednoduchého konektoru má kontakt např. sloupek držáku, který zaskakuje do aretace v izolačním tělesu. Signál, který se po tomto kontaktu přenáší, se dělí na patce tohoto sloupku držáku. Část signálu, jež vnikne do sloupku, se na jeho konci plně odrazí. Tento odražený signál se na patce kontaktu opět Obr. 2: Kontakt se sloupkem držáku dělí ve směru k vysílači a přijímači a tomu


FS

odpovídajícím způsobem se tam překrývá s užitečným signálem. Jiným příkladem by bylo držení kontaktu ve stříkaném plášti. Pak lze většinou upustit od &NQGjOHFS sloupku držáku. Efekty pahýlu v zóně kontaktů jsou z největší části určeny mechanickým provedením systému, do něhož se konektor později vkládá. Tak u téměř všech systémů úrovně propojovacího pole se moduly po zasunutí upevňují na čelní desce. Tomu odpovídajícím způsobem určují vzdálenosti Obr. 3: Zasunutý kontakt ve stříkaném plášti mezi čelní deskou a 4FOEFS &NQGjOHFS polovinou konektoru na straně modulu a rovněž .PEVMLBSUF vzdálenosti mezi dorazem čelní stěny a čás4UFDLWFSCJOEFS tí konektoru na straně úrovně propojovacího #BDLQMBOF pole, jak daleko se části konektoru zasunou do $IBOOFM sebe. Konektor je pak Obr. 4: Efekt pahýlu u průchozího kontaktního spoje konstruován takovým způsobem, aby nezávisle na tolerancích systému vždy zajistil bezpečný a spolehlivý kontaktní spoj. To znamená, že hloubka zasunutí může vesměs kolísat o více než 2 mm. Nožový konObr. 5: Průchozí kontaktní otvor při (vpravo) a bez (vlevo) navrtání z takt se v tomto případě druhé strany prodlužuje o tuto hodnotu. „Přebytečná“ část kontaktu se však stane vedením na odbočce (Obr. 3) v závislosti na hloubce zasunutí vyvolávající více nebo méně rušivé vlivy následkem odrazů.

Zaváděcími zkoseními pružinového kontaktu se rovněž vytváří efekt pahýlu. Potřebná velikost těchto zkosení je dána na základě dosažitelných tolerancí výroby jednotlivých částí konektoru. Další efekty pahýlu se vyskytují především v technickém vybavení pro připojení, tedy v případě systému úrovně propojovacího pole na desce plošných spojů. U úrovní propojovacích polí jsou obvyklé vícevrstvé struktury s 24 vrstvami, někdy je vrstev dokonce více než 30. Tloušťka vrstev struktur kolísá na základě toho v závislosti na aplikacitypicky v rozsahu od 2,4 mm do 5 mm. Vrstvy přenosu signálu jsou ve struktuře vrstev rozloženy symetricky. To však znamená, že v závislosti na vrstvě přenosu signálu průchozí kontaktní otvory představují účinná vedení na odbočce. Konektory vytvářející kontaktní spoj na povrchu zde poskytují možnost použít slepé otvory – od povrchu až k vrstvě přenosu signálu – místo úplných průchozích kontaktních otvorů. Desky plošných spojů s touto technologií jsou však často značně dražší a méně spolehlivé. Při technologii zalisování existuje možnost „přebytečnou“ část průchozího kontaktního otvoru předem odstranit navrtáním z druhé strany. Po zhotovení desky plošných spojů se přitom příslušné průchozí kontaktní otvory navrtají ze zadní strany vrtákem většího průměru a současně se kontroluje hloubka vrtání. Zbývající účinné pouzdro sahá pak pouze od povrchu krátký kousek pod vrstvu přenosu signálu. Předpokladem pro to je odpovídajícím způsobem přizpůsobená zóna zalisování konektoru, protože oblast vytvoření kontaktního spoje musí ležet úplně uvnitř zbývajcího měděného pouzdra. Vývoj konektorů pro oblast rychlosti několika gigabitů patří k velkým výzvám u elektromechanických součástí. Firma HARTING se k této výzvě postavila čelem. Především je nezbytná velmi dobrá znalost systémů, v nichž se konektory používají, aby bylo dosaženo integrity signálu.

Gert Havermann Signal Integrity Engineer, Electronics HARTING Technology Group [email protected]

39


Vollrath Dirksen & Uwe Markus

Univerzální systémy MicroTCA™ v průmyslových aplikacích Požadavky na budoucí průmyslové aplikace jsou vysoké: kratší časové intervaly vývoje, lepší škálovatelnost, vyšší výpočetní výkon, snížení nákladů systému po celou dobu životnosti zařízení a použitelnost součástí systému pro nejrůznější úlohy. Firma N.A.T. GmbH se sídlem v Sankt Augustinu dodává potřebné aplikace. Mechanická přesnost a spolehlivost kontaktního spoje je přitom zajištěna zásuvnými konektory AMC a MCH firmy HARTING.

Standard MicroTCA™ je založen na nejnovějších sériových vysokorychlostních sběrnicích; poskytuje dostatečnou proudovou rezervu pro systémy s vyšším výkonem procesoru a zjednodušuje servis a údržbu, prováděné dálkovým přístupem. Variabilita při konfiguracích a snadná škálovatelnost systémů MicroTCA™ umožňují mnohostranné použití. Centrální nervovou soustavou systému MicroTCA™ je MCH (MicroTCA™ Carrier Hub – nosný rozbočovač). Firma N.A.T. vyvinula MCH v modulárním provedení. NAT MCH lze použít jako jednoduchý řídicí ovladač systému, ale v případě potřeby může přístroj udržovat spojení s vnějším světem po síti Ethernet nebo po sériovém rozhraní. Kromě toho NAT MCH zaručuje klíčováním E, že zásuvným připojením nebude do systému připojen žádný modul, který není vhodný pro úroveň propojovacího pole, protože by odebíral příliš mnoho proudu, nebo který není povolen v této konfiguraci. Přístroj navíc může zprostředkovat lokální poplachy

nebo externí hlášení a realizovat zadaná bezpečnostní opatření. Volitelně lze NAT MCH vybavit pro další funkce. V těchto případech NAT MCH funguje mj. v kombinaci s úrovní propojovacího pole jako hlavní přenosová trasa pro interní datovou výměnu v systému MicroTCA™. Přebírá funkce přepínače pro síť Ethernet s gigabitovou a 10gigabitovou přenosovou rychlostí, sériové rychlé vstupy a výstupy (SRIO) nebo PCI expres. Protože jsou cesty řízení, ovládání a přenosu dat vedeny od MCH radiálně ke všem slotům, MCH může mít v plné struktuře až čtyři konektory. Díky konektorům firmy HARTING je možné snadné a přesné řazení modulů MCH na sebe. Pomocí centrovacího kolíku v konektoru úrovně propojovacího pole od firmy HARTING se dosahuje optimálního využití kontaktních ploch. Díky předsunutým kontaktním kolíkům se i MCH se čtyřmi konektory dá snadno vsunout do úrovně propojovacího pole. Zejména v systémech, v nichž je požadována

3

40


Obr. 1: NAT MCH: modulární konstrukce

funkční způsobilost Hot-Swap (výměna za provozu), zajišťuje konstantní přesnost konektoru HARTING bezvadnou provozní funkčnost. Vedle přístroje MCH nabízí firma N.A.T. pro systémy MicroTCA™ a ATCA® různé karty vstupů a výstupů AMC. V průmyslové automatizaci jsou to karty AMC sběrnice pole jako nosné karty pro moduly IP a moduly Hilscher COM, v telekomunikacích karty AMC WAN, např. NAMC-8560-8E1/T1/J1, NAMC-STM-1, NAMC-STM-4. Pro rychlé výpočty, evidenci, záznam a analýzu naměřených dat jsou k dispozici karty AMC-DSP, AMC-FPGA a karty AMC s kombinací vysoce výkonných DSP a FPGA. Ke snadnému měření signálů modulu AMC na úroveň propojovacího pole je k dispozici karta rozšíření a nastavení AMC NAMC-EXT-PS. To je karta pro pasivní rozšíření a nastavení, vybavená zásuvným konektorem HARTING směrem k úrovni propojovacího pole a konektorem AMC pro textovaný modul AMC. Dvě vyjímatelné drátové můstkové propojky umožňují měření skutečné spotřeby proudu na úrovni napájení řízení a napájení užitečné zátěže. Na zkušebních bodech SMD, které jsou k dispozici, lze měřit signály AMC úrovně propojovacího pole. Pomocí přepínače se definuje zdroj napájení řízení. Tak lze desku rozšíření a nastavení použít dokonce v autonomním nezávislém provozu s externím napětím 12 V. Vollrath Dirksen Strategic Business Development Manager Gesellschaft für Netzwerk- und Automatisierungstechnologie mbH (N.A.T.) [email protected] Uwe Markus Sales & Account Manager ECS & EP, Germany HARTING Technology Group [email protected]

Zásuvný konektor AMC Firma N.A.T. GmbH, Sankt Augustin, se specializovala na vysoce kvalitní produkty pro datové a telekomunikační aplikace. Sortiment výrobků je přizpůsoben pro vestavěné systémy a nabízí řešení od lokálních sítí (LAN) až po dálkové sítě (WAN). Výrobní program firmy N.A.T. zahrnuje širokou nabídku standardních rozhraní pro sítě LAN a WAN, založených na standardizovaném hardwaru, jako je AdvancedMC™, MicroTCA™, VME, CompactPCI, PMC, PCI aj. Platformy pro vestavnou montáž firmy N.A.T. jsou doplněny protokoly typu ISDN, SS7, ATM nebo TCP/IP, a tím přizpůsobeny systémům reálného času. K dosažení vysoké spolehlivosti modulů AdvancedMC™ používá firma N.A.T. zásuvný konektor AdvancedMC™ Plug od firmy HARTING. Konektor odpovídá úzkým definovaným tolerancím a připouští tolerance kolísání kvality při výrobě desek plošných spojů při propojení po hraně desky. S konektorem AdvancedMC™ Plug je okraj desky nahrazen zásuvným konektorem. Tím se preventivně předchází vysokému opotřebení a korozi. Zóna zásuvného připojení modulu AdvancedMC™ je tak definována konektorem a umožňuje vysokou bezpečnost a spolehlivost kontaktního spoje nezávisle na kvalitě desky plošných spojů.

41


Dr. Andreas Starke

Ethernet na palubách vlaků Sběrnicové systémy se nasazují v široké řadě strojírenských a procesně řídicích aplikací. Palubní systémy založené na podobné technologii jsou instalovány rovněž v železničních vozech. Je však zřejmé, že objemy dat brzy překročí kapacitu stávajících řešení. Standardizace by kromě toho pomohla snížit různorodost použitých systémů. Ethernet se zdá být tím pravým řešením, ale železničním vozům je nutno věnovat zvláštní pozornost.

42


Vysoká síťová dostupnost je otázkou bezpečnosti, a proto je správná volba síťové topologie při návrhu sítě zásadním rozhodnutím. Rozdíly začínají již na úrovni fyzické topologie sítě. V jednoduchých hvězdicových nebo lineárních konfiguracích je možné dostupnost zvýšit agregací spojů. Mezi dva přepínače lze instalovat více spojů, jejichž kombinací vznikne jedna logická cesta. Tento přístup ovšem poskytuje ochranu pouze před výpadkem jednoho spoje. Selhání přepínače stále způsobí zhroucení sítě. Prstencová topologie podporuje koncepci “skutečně” redundantní sítě s vysokou dostupností. Přerušení prstence v jednom bodu, způsobené výpadkem jedné komponenty (spoje nebo přepínače), nevyvolá zhroucení sítě. Dostupnost lze dále zvýšit použitím více provázaných prstenců (tj. jeden prstenec na jednu dvojici vagonů).

Další rozdíly mezi kancelářským a železničním prostředím lze dát snadno do souvislosti s modelem OSI. Začneme-li u fyzických komponent (vrstva 1), vidíme, že u ethernetových systémů navržených pro železniční aplikace se řada věcí liší z důvodu jiného provozního prostředí. Kabely mezi jednotlivými vagony vyžadují zvláštní pozornost, protože jsou instalovány v nechráněné zóně. Běžným řešením je umístění jednotlivých kabelů do ochranných trubic. Elektrické spojení mezi kabelem a vozy je řešeno konektory IP 68, osazenými na obou koncích kabelů. U ethernetových spojů se používají měděné 100Ω kabely kategorie 5, které vyhovují běžným železničním požárním normám a jsou osazeny vhodně navrženými konektory.

3

43


Srovnání kancelářského Ethernetu a průmyslového Ethernetu Vlastnost

Kancelář

Průmysl

Železnice

Průřez kabelu

AWG 22...28 (0,34 až 0,08 mm²)

AWG 22...26 (0,34 až 0,14 mm²)

AWG 20...22 (0,5 až 0,34 mm²)

Stínění kabelu

Ne

Ano

Ano

Izolace kabelu

PVC

PVC

LS0H (Low Smoke < Zero Halogen) Shoda s požadavky na požární odolnost; izolační materiál neprodukující halogeny a kouř

Konektor

RJ45

RJ45

M12

Ochrana IP

IP 20

IP 30 to IP 67

IP 30 to IP 67

Provozní teplota

0 až 50 °C

´- 20 až 70 °C

´- 40 až 70 °C

Nárazy a otřesy

Žádné požadavky

Testování typu EN 60 068

EN 61 373

Síťová dostupnost

Střední

Vysoká

Vysoká

Přenos dat ve skutečném čase

Ne

Částečný

Částečný

Elektromagnetické rušení

Velmi nízké

Vysoké

Zvláštní požadavky definované v normě EN 50 155

Udávaná životnost

< 5 let

5 až 15 let

Až 30 let

Vstupní výkon

230 V stříd.

230 V stříd., 24/48 V stejn.

24, 36, 48, 72 nebo 110 V stejn.

Na úrovni 2 modelu OSI není mezi průmyslovými a kancelářskými sítěmi žádný zásadní rozdíl. Na této vrstvě probíhají datové přenosy, které využívají ethernetové rámce, priorizace dat (QoS – kvalita služeb) a použití značky V-LAN nebo identifikátorů pro protokoly vyšší úrovně. Zároveň zde běží protokol RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol), který eliminuje logické smyčky v redundantních sítích. Stávající protokoly vyhovující normě IEE 802.xx na vyšších vrstvách modelu OSI nabízejí dostatečné možnosti, které splní většinu požadavků. V některých případech mohou být nutné určité úpravy a použití bran navázaných na stávající protokoly (např. IEC 61 375). Aplikace: Sledování pomocí videa Sledování pomocí videa se na palubách vlaků často zavádí kvůli zvýšení bezpečnosti. Jsou instalovány systémy, které převádějí analogové signály (dosud generovány řadou dříve instalovaných kamer) na digitální

44

signály a zajišťují agregaci kanálů. Lze však předpokládat, že v budoucnu budou ve větší míře zavedeny digitální kamery. Tyto kamery pak přepínače, které vyhovují železničnímu prostředí, napojí přímo do sítě. Video server poskytuje základní funkce správy dat. Video data jsou směrována přímo na monitor v kabině strojvůdce. Struktura sítě musí podporovat provoz v reálném čase, kdy kamery slouží ke sledování nástupiště. Protože video aplikace vyžadují podstatně větší šířku pásma, návrháři sítí by měli použít protokol IGMP (Internet Group Management Protocol). Pokud se tato technologie použije ve spojení s vhodnými přepínacími funkcemi (snooping), zajišťuje odesílání dat pouze do těch uzlů, kde jsou skutečně potřeba. Tento přístup snižuje zatížení sítě na minimum.


Informační a zábavní systémy pro cestující Data je nutno přivést k reproduktorům, displejům LED a plochým obrazovkám, které dané informace poskytnou cestujícím. K předávání hlášení na palubách vlaků bylo tradičně voleno analogové zařízení. Displeje LED byly napojeny na samostatné systémy. Ploché obrazovky, včetně monitorů vestavěných do sedadel, nebyly v osobních vagonech k dispozici. Tyto systémy jsou však nyní populárnější a z Ethernetu se stává preferované síťové řešení. Jedním z možných přístupů je zavést jedinou širokopásmovou síť, která bude použita k přenosu dat u všech aplikací. To by vyžadovalo sofistikovaný systém protokolů a síťovou topologii s garantovanou prioritou datových paketů a případnou možností provozu v reálném čase. Řešením je například technologie V-LAN. Další variantou je instalace samostatné sítě pro každou aplikaci: jedné pro systém hlášení, jedné k zobrazování informací, jedné pro potřeby zábavního videa apod. Tento přístup však ztrácí výhody jediné fyzické sítě (tj. snížené nároky na kabeláž). Řídicí síť vlaku Sítě, které zajišťují řízení vlaku, musejí disponovat určitými prvky fungujícími v reálném čase. Síť TCN (Train Communication Network), založená na standardu IEC 61 375, představuje jeden z těch síťových a protokolových systémů, které si v současné době vybírají přední výrobci. Jsou instalovány systémy se dvěma sběrnicemi a redundantní kabeláží: sběrnice WTB (Wired Train Bus) propojuje všechny vagony a sběrnice MVB (Multifunction Vehicle Bus) zajišťuje spojení všech řídicích jednotek, včetně trakčních a brzdicích jednotek a jednotek ovládání dveří v rámci jednoho vagonu. Tento sběrnicový systém je téměř 20 let starý a již nedostačuje budoucím nárokům. Objem přenášených dat a režijních informací často přesahuje šířku pásma sítě TCN. Problém by vyřešil rychlý Ethernet, který využívá rychlost 100 Mb/s. Ethernet také nabízí výhodu rozsáhlé celosvětové základny informací a standardizovaných rozhraní a nástrojů. Je však třeba vyvíjet řešení, která podporují aplikace v reálném čase a funkce specifické

pro aplikace řízení vlaku, a zajišťují rovněž zpětnou kompatibilitu. V každém kroku implementační fáze je nutno brát v úvahu bezpečnostní aspekty. Standard WTB, který definuje dobu odezvy 100 ms, by mohl posloužit jako měřítko podpory provozu v reálném čase u nového řešení. Znamená to, že ethernetová síť, která využívá protokoly standardu IEEE 802 a příslušnou topologii, by byla vhodná k provozu vlaku. Síť by musela být navržena tak, aby zvládala dostatečný počet uživatelů na segment a vhodně využívala technologii QoS. Budou potřeba dodatečné aplikace a protokoly, které zajistí funkce specifické pro železniční prostředí. Protože systémy řízení vlaku nelze ze sítí TCN do sítí Ethernet přenést přes noc, budou tyto sítě po nějakou dobu existovat souběžně. Systémy řízení železničního vozu budou muset spolupracovat s oběma sítěmi, což povede k nutnosti implementovat datové třídy TCN v síti Ethernet. Další unikátní vlastností vlakových sítí je systém automatické konfigurace sítě při spuštění systému. Je totiž nutno zohlednit aktuální konfiguraci vlaku, tj. počet, typ a pořadí vagonů, a logicky ji v systému reprezentovat. To je standardní funkce sběrnice WTB, ale u Ethernetu se bude muset její ekvivalent teprve vyvinout. Aktuální stav a vyhlídky do budoucnosti Síť TCN, definovaná normou IEC 61 375, je v současné době stále hlavním sběrnicovým systémem. Přitom probíhají práce na začlenění Ethernetu do normy IEC/TC9 WG43. První vlaky, které implementují Ethernet, jsou právě nasazovány do provozu. Hlavní aplikace představují informační systémy pro cestující, řídicí funkce nesouvisející s bezpečností a sledování pomocí videa. Zábavní funkce a přístup pomocí sítě W-LAN budou následovat. Zajištění shody s předpisy a schvalovacími procedurami nějakou dobu potrvá a uplyne několik let, než bude Ethernet možné plně nasadit jako sběrnicový systém řízení vlaku. Dr. Andreas Starke Market Manager Transportation, Electric HARTING Technology Group [email protected]

45


Andreas Huhmann

Je to rytmus! Automatizace IT je vhodná a způsobilá pro decentralizované lokální aplikace Automatizace IT je univerzální komunikační platforma pro všechny procesy výrobního průmyslového podniku. Firma HARTING představila rozsáhlé koncepce, vyvinula standardy a uvedla na trh výrobky. V Zhuai (Čína) byla automatizace IT realizována v praxi ve vlastním novém závodě.

po

dn

iku

U vá

dění na

tr

h

Profily automatizace

7. Aplikace

Úroveň aplikace

a b p A

l

ik

ace

6. Předvádění

for m a at

5. Relace

n k ač í pl ni

Vý

ro

Pr

o

c

e

sy

Nezbytná kompatibilita

Komunikační profily

Ko mu

3. Síť

Komunikační platforma

ý

v

oj

Automation IT

V

4. Transport

Nezbytné dodržení

UDP TCP SouIP

stava TCP/ IP

2. Datové propojení

Ethernet MAC IEEE

1. Fyzická síť

Ethernet

802.3

ET

HERN

ET

Referenční model OSI

Obr. 1: Schéma procesu

Obr. 2: Model úrovní OSI

Protože se Ethernet v kancelářských aplikacích IT vyvinul v převažující komunikační standard, i automatizace IT důsledně sází na Ethernet. Přitom je všeobecnost komunikace na prvním místě. Tuto všeobecnost nicméně poskytují pouze takové systémy, které jsou slučitelné se specifikací Ethernet IEEE 802.3. Ethernet byl původně vyvinut pouze pro procesy v prostředí kancelářských aplikací IT. Automatizace IT naproti tomu bere ohled na specifické požadavky automatizace v závislosti na deterministických systémech a reálném čase. To znamená, že i systémy automatizace byly mezinárodně standardizovány v kompatibilních rozšířeních normy IEEE 802.3, na jejímž základě je lze použít na platformě automatizace IT.

timálně přizpůsobená výrobním procesům. Použije-li dnes uživatel sběrnici PROFIBUS se širokým spektrem profilů aplikací, pak u standardního Ethernetu je nejprve nemá vůbec k dispozici, protože Ethernet je v první řadě komunikace založená na úrovni 2 modelu úrovní OSI. Úloha automatizace nevyhnutelně vyžaduje komunikaci, kromě toho je však potřeba i velký rozsah profilů aplikací. Skutečný vlastní kapitál dnešních řešení automatizace je tedy ve vyšších úrovních, než je úroveň komunikace. Z hlediska automatizace je proto diskuse čistě o komunikaci zcela zbytečná, protože pro Ethernet se může udržet pouze profil, který odbornou způsobilost automatizace z prostředí sběrnice pole přenese do nového prostředí Ethernetu. Tato odborná způsobilost automatizace úspěšně vznikala více než 20 let. Proto i v budoucnosti bude trh založen na profilech dvou veteránů z prostředí sběrnice pole, jejichž důležitost 3 je i v prostředí Ethernetu nesporná. Jejich podíl s cca

Automatizace IT a komunikační profily pro automatizaci Výrobní průmysl dnes pro automatizaci na decentralizované lokální úrovni požaduje upravená řešení op-

46


47


2/3 celosvětového trhu v oblasti sběrnice pole zůstane vysoký i s komunikací po Ethernetu. 1. Ethernet/IP Ethernet/IP lze považovat za další vývoj DeviceNet na bázi Ethernetu. V komunikačním profilu je založen na standardních mechanismech podle IEEE 802.3. Proto Ethernet/IP funguje na jednotné komunikační platformě Ethernet. ODVA (Open DeviceNet Vendor Association – Asociace prodejců otevřené DeviceNet) odstranila téma aplikace po CIP (Common industrial Protocol – obecný komunikační protokol) ze všeobecné souvislosti komunikace a využívá CIP nezávisle na komunikační platformě. To jasně ukazuje směr k jednotné komunikační platformě. 2. PROFINET PROFINET jako další vývoj sběrnice PROFIBUS je standardem, který je v komunikačním profilu kompatibilní se standardním Ethernetem podle specifikace IEEE 802.3. Rozšíření v reálném čase pro PROFINET, která doplňkově ke kanálu TCP/IP realizují kanál v reálném čase na úrovni 2, určený pro aplikace automatizace, neomezují otevřenost komunikační platformy. Mnohdy jsou tato rozšíření dokonce nezbytná, aby se zajistila provozní pohotovost a použitelnost sítě pro automatizaci. Proto firma HARTING PROFINET jednoznačně zahrnula do tématu automatizace IT. Kritickým bodem u komunikačních profilů je nicméně to, že jejich rozšíření sice zajišťují kompatibilitu s Ethernetem podle IEEE 802.3, ale samy mezi sebou nejsou slučitelné. Proto je vytvoření komunikační platformy možné teprve poté, co dojde k rozhodnutí pro jeden z komunikačních profilů. Instalační systémy pro automatizaci IT V kancelářském prostředí bylo dosaženo univerzálních instalačních systémů díky vysokému stupni jendotnosti aplikací, např. kancelářských pracovišť. Infrastruktura musí pokud možno po dlouhou dobu životnosti umožňovat flexibilní využití kancelářské budovy. Během tohoto využívání se několikrát vymění součásti sítě Ethernet i kancelářské PC, což by mělo být možné bez nákladného ukládání nových kabelů. Za těchto okrajových podmínek se podařilo oblast uložení propojovacích kabelů vůči součástem sítě Ethernet vytvořit

48

jako oddělenou infrastrukturu. Současné normy přesně odrážejí tuto situaci, a proto jsou relevantní buď pro konektory a kabely, nebo pro součásti sítě Ethernet, jako jsou přepínače. Tato výchozí situace je sice stejně žádoucí pro průmysl, ale v prostředí sběrnice pole není obvyklá. V průmyslové budově je výchozí situace bez problémů přenositelná, protože i v průmyslové budově je obvyklé uložení kabelů předem, a zařízení a stroje lze jednotně připojit přes vývody. Naproti tomu v zařízení nebo ve stroji se výchozí přístup dostane na své hranice. Při automatizaci je síť ovlivněna větším stupněm závislosti na aplikaci. Topologie potřebné pro aplikace automatizace Spojení propojovacích kabelů a součástí sítě Ethernet se projevuje i velkým počtem potřebných topologií. V síti Ethernet, plně vybavené přepínači, jsou komplexní topologie vždy otázkou součástí sítě, protože jen hvězdicová topologie, např. ve strojích pro vstřikovací lití, připouští oddělení propojovacích kabelů a součástí sítě. Kabelové propojení s topologií v přímé řadě, např. v dopravních zařízeních, lze realizovat pouze s vhodnými přepínači. Kabelové propojení v automatizaci IT Pro automatizaci IT potřebuje uživatel vhodné koncepce kabelového propojení pro všechny oblasti svého podniku. ISO/IEC 11 801 poskytuje řešení kabelového propojení, zavedená v prostředí IT kancelářských aplikací. Hlediska přizpůsobení specifickým podmínkám okolního prostředí v průmyslu a topologiím v průmyslových budovách jsou součástí normy ISO/IEC 24 702. K praktické realizaci požadavků kancelářských aplikací IT a automatizace navrhly firmy HARTING a Leoni Kerpen GmbH, Stolberg, koncepci kabelového propojení, v níž se důsledně převádí do praxe ISO/IEC 24 702. Tato norma definuje kabelové propojení v průmyslové budově v plné kompatibilitě s ISO/IEC 11 801. Tak vznikne kabelové propojení, které je všeobecně k dispozici pro všechny aplikace automatizace v kancelářském prostředí IT i v průmyslovém prostředí. K tomuto účelu se sloučily odborné způsobilosti firem Leoni Kerpen a HARTING. Příkladem jsou Vari Keystone od Leoni Kerpen a technologie PushPull firmy HARTING.


Topologie

Konektor

Přepínač

Průmyslová budova

HARTING PushPull

mCon 1000

Han® PushPull

mCon 3000

HARTING PushPull Hybrid

mCon 6000

Zařízení

Stroj

Obr. 3: Kabelové propojení průmyslové budovy, zařízení a stroje

Jestliže síť v průmyslové budově pokračuje ve stroji nebo v zařízení, je třeba brát ohled na profily automatizace, jejichž kabelová propojení jsou definována ve specifických částech IEC 61784. Němečtí výrobci automobilů například vyvinuli společný standard instalace, který byl jako všeobecný standard PROFINET začleněn do IEC 61 784-3. Koncepce instalace využívá technologii PushPull firmy HARTING, která se používá jak pro komunikaci, tak pro přívod napájecího napětí 24 V. I zde firma HARTING vypracovala celé spektrum řešení, při němž spolupracovala s partnery z automatizace IT. Součásti sítě pro automatizaci IT Oddělení průmyslového Ethernetu od standardních technologií IT je z hlediska bezpečnosti nevhodné. Kromě toho je tlak kancelářského prostředí IT na inovace enormní; další zásadní technologické objevy a inovace mají svůj původ právě zde. Z toho může mít prospěch i automatizace IT. Jestliže se původně pro průmysl přijal jasný kurz směrem k Fast Ethernet, pak dnes dodatečná šířka pásma, kterou nabízí např. techologie gigabitové rychlosti, nachází využití i v průmyslových aplikacích, protože může poskytnout mimořádné zlepšení výkonu pro automatizaci. K tomu přistupuje i jasný činitel vývoje a nákladů. Protože je tato nová širokopásmová technologie spolufinancována obrovskými počty kusů z oblasti kancelářského prostředí, je ve střednědobém horizontu k dispozici bez podstatného nárůstu ceny ve srovnání

s Fast Ethernetem. Tyto nové technologie do průmyslu přinášejí další aplikace, jako je hlas a video. Automatizace IT sází jednotnou komunikační platformou na sílu inovací technologie standardního Ethernetu. Výkon součástí sítě se na základě toho vyronvává podle současného nejmodernějšího stavu sítě Ethernet. Klíčovým tématem v úvahách o platformě je správa a řízení sítě. K tomuto účelu jsou k dispozici výkonné nástroje, které předpokládají inteligentní součásti sítě. Firma HARTING doplnila součásti sítě Ethernet k použití na průmyslové decentralizované lokální úrovni o součásti, které uvádí na trh společně s firmou Nexans Deutschland Industries GmbH u. Co. KG, Mönchengladbach. Tyto přepínače mají výkon a kompatibilitu pro jednotné řízení a správu sítě. Díky konstrukčnímu tvaru přizpůsobenému průmyslovým standardům při současném plném vysokém výkonu pro kancelářské aplikace představují ideální doplněk kabelového propojení v průmyslu podle ISO/IEC 24.702. Protože je dnes řízení a správa v kancelářském prostředí ve srovnání s oblastí sběrnice pole standardem, je vývoj předurčen. Řízení a správa najde cestu i do automatizace. Součásti sítě Ethernet budou mít proto i funkční způsobilosti řízení a správy, které se ve strojích a zařízeních budou využívat tak jako typicky v kancelářských aplikacích. Přepínače mCon 3000 a 6000 firmy HARTING jsou již dnes vybaveny vlastnostmi Simple Network Management Protocol (SNMP – protokol řízení a správy jednoduché sítě), tyto vlastnosti umožňují centrální řízení a správu. Tyto konstrukční řady jsou navíc cíleně a účelně doplněny rozšířeními nezbytně potřebnými pro profily automatizace, např. IGMP Snooping – detekce a sledování pro Ethernet/IP nebo integrace vstupů a výstupů PROFINET. Tím firma HARTING vyhovuje specifickým požadavkům infrastruktury budov, zařízení a strojů a s partnery automatizace IT nabízí koordinovaná řešení, která umožňují komunikační platformu automatizace IT až na decentralizovanou lokální úroveň.

Andreas Huhmann Director Strategic Marketing, ICPN HARTING Technology Group [email protected]

49


Wolfgang Klinker & Anne Bentfeld

Zkrocení dvou tančících lvů S otevřením nové výrobní provozovny v Zhuhai (Čína) zvyšuje technologická skupina HARTING výrobní kapacitu pro asijský trh. Moderní logistické centrum podporuje budování pozice firmy HARTING na trhu v Asii. Současně firma HARTING v novém závodě instaluje perspektivní koncepci automatizace, komunikace a řízení.

50


400 hostů se dostavilo na otevření: Nová výroba firmy HARTING v Zhuhai byla slavnostně zahájena 19. října 2007. Slavnostní událost rodina Hartingů oslavila společně s vysoce postavenými zástupci města Zhuhai, zástupcem německého velvyslance v Číně, s vedoucími zástupci místní univerzity i s obchodními partnery. Zástupci čínské vlády a hosté z Německa – mezi nimi i dozorčí rada technologické skupiny a starosta Espelkamp pan Heinrich Vieker – stejně jako spolupracovníci z Espelkampu, Anglie, mnoha zemí Asie i místní ze Zhuhai patřili rovněž ke gratulantům. Uvítací projev pronesla Margit Hartingová, společnice firmy Harting KGaA s všeobecným zplnomocněním. Jejím úkolem bylo také začít zahajovací ceremoniál probíhající v duchu čínské tradice tak, že „krotila dva tancující obrovské lvy“. Philip F. W. Harting, syn podnikatelů Margrit a Dietmara Hartinga, již po dva roky působící jako výkonný ředitel pro Asii v pobočce v Hongkongu a zodpovědný za obchodní aktivity firmy HARTING v Asii, ve svém projevu zdůraznil, že význam podniků vedených svými majiteli je veliký právě pro nepřetržité zapojování na nových trzích. Zatímco u kapitálových obchodů převládá očekávání krátkodobého úspěchu, rodinné podniky sledují střednědobé a dlouhodobé cíle. Cíl: Vedoucí postavení na trhu Cíle, které si firma HARTING vytyčuje v Asii, jsou ve skutečnosti vysoké: Přes silnou konkurenci se podnik chce stát vedoucí společností na trhu konektorů v Asii. Výrobní provozovna v Zhuhai je jedním z nejdůležitějších kroků k tomuto cíli. Werner H. Lauk, vedoucí ekonomického oddělení velvyslanectví Spolkové republiky Německo v Číně, ve svém pozdravném poselství pochválil sociální zapojení rodiny podnikatelů z Espelkampu a příkladný postup při volbě místa v Číně. Zhuhai je rychle rostoucí milionové město ležící v provincii Guang-dong ve vzdálenosti přibližně jedné hodiny jízdy trajektem na západ od Hongkongu, blízko dřívější portugalské enklávy Macao. Výrobní provozovna byla postavena v technologické a hospodářské zóně města dle plánů čínského architekta. Firma HARTING investovala okolo 12 mil. euro, aby vybudovala 20 000 m² ploch pro výrobu a logistiku. V současně době pracuje u HARTING Zhuhai

250 pracovníků. Tím firma HARTING zdvojnásobila počet zaměstnanců. Jak Dietmar Harting, osobně ručící společník skupiny HARTING, zdůraznil, skupina zná pravidla hry pro úspěch v asijské konkurenci – v Zhuhai se vyrábí již od r. 1998. Dietmar Harting říká: „Investice do prvního stupně výstavby je odpovědí vedení firmy na stoupající poptávku z hospodářského prostoru Asie v oblasti Pacifiku. Čína je navíc nejnáročnějším trhem. Stavíme na svých zkušenostech z asijského prostoru a staráme se o blízkost k zákazníkům; pouze v přímém a nepřetržitém dialogu výrobci rozvíjejí potřebný jemný cit a postřeh pro požadavky specifické pro určitou zemi a pro specifické potřeby svých partnerů“. Červenou pásku přestřihla rodina Hartingů spolu s několika hosty a společně s nimi otevřela nový závod skupiny HARTING v Číně. Konkrétní okamžik pro přestřižení pásky byl dle čínského mystického znamení stanoven přesně na 11:38 hod. Nicméně přes slavnostní a vznešené zahájení šlo o to, neztrácet čas. Během ceremoniálu byla výroba již v plném běhu. Naběhla již před otevřením. Výroba dle domácího vzoru Firma HARTING si již udělala jméno na prudce se rozvíjejícím čínském průmyslovém trhu. Již dnes se stará o trhy, jako jsou telekomunikace, doprava a doopravní prostředky, strojírenství, energetický průmysl. Zvláštní důraz klade firma HARTING na kvalitu a synergie mezi výrobními podniky. Nástroje a stroje pro výrobu firma vyrábí v hlavním původním sídle v Německu. I vedení závodu je v německých rukou. Otevřením nového závodu v Zhuhai se firma HARTING hlásí ke strategickému posílení hospodářské oblasti Asie. Přísné respektování interních firemních směrnic týkajících se ochrany životního prostředí a bezpečnosti a ochrany zdraví zaměstnanců při práci přitom tvoří základnu pro obchodní činnost v Číně i celosvětově. Pro Dietmara Hartinga je výrobní základna v Číně ovšem strategicky důležitá i z jiného hlediska. V čínských podmínkách poskytuje výroba možnost vysoce kvalitní výrobky vyrábět se stejnými náklady, s nimiž by se vyráběly i potenciální napodobeniny. Tím se na3

51


Obr. 1: Závod HARTING v Zhuhai

podobeným výrobkům hospodářská výhoda odebírá již na místě vzniku. Komunikační platforma automatizace IT až do stroje Z technického i organizačního hlediska je čínský závod na nejmodernějším úrovni. Všeobecné kabelové propojení Ethernet spojuje všechny interní oblasti závodu a celý závod napojuje do svazku IT všech závodů firmy HARTING na celém světě. Až dosud to byla spíše předvádění na veletrzích, jimiž firma HARTING upozorňovala na výhody všeobecné komunikační platformy automatizace IT. V nové výrobní provozovně v Zhuhai v jižní Číně stratégové z Espelkampu udělali něco dokonalého, nebo přesněji řečeno nechali kabely Ethernet s propojovacími panely, přepínači, směrovači a vývody nainstalovat napříč všemi stupni hierarchie podniku i v rámci celé prostorové a provozní struktury v souladu s danými okolnostmi. Komunikační, a tím i výrobní procesy lze tak optimalizovat. Obchodní procesy technologické skupiny jsou plně založeny na IT. Claus Hilger, generální ředitel IT technologické skupiny HARTING, informuje, že veškeré podniky skupiny HARTING jsou napojeny na centrálu IT v Espelkampu, jejímž základem je SAP. Veškeré aplikace ERP (plánování zdrojů podniku) a toky zboží skupiny podniků jsou proto centrálně evidovány a řízeny.

52

Zatímco na jiných místech infrastruktura IT vyrostla zčásti historicky, v novém závodě v Zhuhai bylo možné začít budování úplně zdola. Přitom se sázelo na kooperaci firem Cisco a HARTING. Jak Claus Hilger a Ralph Xia, manažer IT závodu, informovali, infrastruktura lokální sítě v Zhuhai je tvořena páteřní přenosovou trasou s gigabitovou rychlostí a přípojkami 100 Mbit na pracoviště v kancelářích a k výrobním strojům. Kabelové propojení je založeno na CAT 6. V nové výrobní provozovně bylo instalováno asi 15 000 m standardních kabelů CAT 6. K tomu přibývá 1 200 m kabelu CAT 6 firmy HARTING pro Ethernet v oblasti výroby k napojení výrobních prostředků. Celkem bylo v závodě instalováno 296 síťových vývodů. Dále bylo použito 300 propojovacích kabelů firmy HARTING, každý z nich byl 2 m dlouhý. Zatímco na horní úrovni sítě se používají přepínače firmy Cisco (Catalyst 2960 24/48, Catalyst 3560) a směrovač Cisco (2621 XM) pro aplikace VPN a WAN, pro napojení výroby se používají řízené přepínače firmy HARTING typu mCon 7100 se stupněm krytí IP 67. V koordinaci s centrálou IT tým Ralpha Xia realizoval síťové propojení a implementaci IT aplikací včetně integrovaného řešení VoIP od Cisco. I pro plánované videokonference je k dispozici dostatečná šířka pásma. „Náš další velký projekt IT bude převod telefonní komunikace skupiny HARTING na internetovou telefonii (VoIP),“ říká Claus Hilger.


Co je automatizace IT Automatizace IT je univerzální komunikační platforma pro všechny procesy průmyslového výrobního podniku. Pro automatizaci IT uživatel potřebuje vhodné koncepce instalace pro všechny oblasti svého podniku. ISO/IEC 11 801 poskytují řešení kabelového propojení, jež jsou zavedena v IT v kancelářských aplikacích. V aplikacích technologie automatizace však existuje potřeba jednání. Zde automatizace IT poskytuje všeobecné koncepce instalace pro průmyslové budovy, zařízení a stroje.

Obr. 2: Aplikace HARTING v závodě v Zhuhai: síťový zdroj pCon 7095- 24 A a přepínač mCon 7100-A s 10 porty

Již využívanou a důležitou aplikací je sledování strojů. „Naši kolegové ze závodu v Northamptonu jsou po VPN propojeni s osazovacími automaty SMD součástek v Zhuhai a mohou dálkově sledovat, kontrolovat a konfigurovat stroj,“ informuje Claus Hilger. I přes mimořádně velkou vzdálenost jsou v IT systému zajištěny všechny bezpečnostní potřeby globálně pracujícího koncernu. Hilger říká: „Samozřejmě využíváme koncepci bezpečnosti na bázi centrálně zadané bezpečnostní politiky týkající se externího napojení, používaných koncových zařízení, metod komunikace. Firma HARTING pracuje se zabezpečením systémů proti průniku zvenčí (firewall), s centrální správou přístupových práv, zabezpečením klientských systémů proti průniku zvenčí a šifrováním pracovní plochy na všech přenosných počítačích i s mnoha dalšími bezpečnostními zařízeními.“

Wolfgang Klinker Journalist

Anne Bentfeld General Manager Communication and Public Relations HARTING Technology Group [email protected]

Co to znamená pro firmu HARTING? Při zohlednění podmínek okolního prostředí a rozdílných požadavků aplikace nalezne uživatel z oblasti průmyslu ve výrobním programu firmy HARTING své optimální řešení. – Konektory, systémové šňůry a průmyslové vývody s možností osazení na místě aplikace (RJ45 / M12). – Přívod napájecího napětí pro skříně rozváděčů a decentralizovaná instalace (i s vysokým stupněm krytí). – Optimalizované přepínače Ethernet (plug&play) do stísněných prostor instalace ve skříních rozváděčů a skříňkách svorkovnic. Řady výrobků eCon 2000 a eCon 3000 – Přepínače Ethernet s rozhraními s optickými vlákny k síťovému propojení velmi vzdálených zařízení, popř. zařízení v prostředích s kritickou elektromagnetickou kompatibilitou. Řady výrobků eCon 3000 a mCon 3000 – Přepínače Ethernet s řešeními redundance optimalizovanými pro aplikaci (paralelní a okruhové propojení). Řada výrobků sCon 3000 – Řízené přepínače Ethernet s bezpečnostními funkcemi k integraci výrobních zařízení do firemní sítě Ethernet. Řady výrobků mCon 1000 a mCon 3000 – Řízené a neřízené přepínače Ethernet s vysokým stupněm krytí k realizaci koncepcí decentralizovaných zařízení a strojů. Řady výrobků eCon 4000, mCon 4000, eCon 7000, mCon 7000 – Řízené a neřízené přepínače Ethernet včetně a bez rozhraní pro úroveň propojovacího pole v konstrukčním provedení 19“ pro ovládací skříně. Řady výrobků eCon 9000, mCon 9000

53


Fritz Aldag

Globalizované hospodářství vyžaduje silné partnery Firmy Siemens a HARTING se dohodly na partnerství pro řešení decentralizovaných systémů pohonů a systémů automatizace. Na letištích v Dubaji, Soulu a Pekingu jsou v současné době realizovány první velké projekty. Firmy HARTING, jako přední výrobce konektorů, a Siemens intenzivně spolupracují od okamžiku rozvoje technologie sběrnice. Hlavním tématem spolupráce je rozhraní systémů datových konektorů a systémů konektorů pro přenos energie pro decentralizovaná zařízení a přístroje, např. konstrukční skupiny snímačů pro ovládací řízení, spouštěče motorů, měniče kmitočtu, převodovky a motory.

Pro tuto oblast byly vyvinuty konstrukční řady Han-Compact ®, Han-Brid® a Han® EMC, popř. byly modifikovány pro nové požadavky. S obchodní jednotkou firmy Siemens, která se zaměřuje na technologie nízkonapěťového spínání, byla vypracována také koncepce pro systém energetické sběrnice Han-Power ® S, poskytovaný firmou HARTING. Firma Siemens dodává řady přístrojů Simatic ET 200 X, ECOFAST, Simatic ET 200pro a Sinamics G120D pro decentralizované řízení motorů a převodovek. Velký projekt letiště Dubaj Po řadě menších projektů si firma Siemens v prosinci 2003 mohla připsat k dobru první velkou zakázku technického vybavení decentralizovaných pohonů. Terminál III mezinárodního letiště v Dubaji byl vybaven dopravníkem zavazadel s technologií decentralizovaných pohonů od firmy Siemens. Zejména v oblasti dopravníků zavazadel, tj. od vstupní registrace a kontroly až po převzetí zavazadel z

54

pásového dopravníku kufrů, byly potřeba decentralizované pohony (motory vč. spouštěčů motorů, popř. měničů kmitočtu). V Dubaji bylo instalováno celkem 13 000 přístrojů. Jako speciální požadavek si provozovatel letiště ve specifikaci vyžádal, aby všechny přístroje byly dodány v provedení s připojením zásuvnými konektory, takže při případných výpadcích je výměna součástí zajištěna v nejkratší době. Moderní technické vybavení letiště sází na plně automatické systémy, které zahrnují i dočasné uložení zavazadel u tranzitních cestujících. Ke splnění tohoto požadavku bylo na letišti v Dubaji realizováno přibližně 90 km dopravních a skladovacích tras. Ve fázi dokončení výstavby bude mít letiště možnost bez problémů odbavit 15 000 ks zavazadel za hodinu při objemu 70 mil. cestujících letadlem ročně. Logistika letiště v Dubaji umožňuje odbavit více než 8 000 cestujících za hodinu. Zejména v očekávání nových velkoprostorových letadel, jako je Airbus A 380, a další integrace světového hospodářství se celosvětově počítá s ná-


růstem objemu cestujících. Všechna velká letiště se již dnes přizpůsobují tomuto požadavku. Pro zásobování energií v rozsahu 400 V byly použity konektory firmy HARTING Han-Power ® S a Han® Q4/2. Pohony byly vybaveny konektory v zásuvném provedení Han® Q8 u spouštěče motoru a Han® 10 E u motoru. U kabelových vedení upravených na délku a osazených konektory bylo nutné použít speciální kabely (bez obsahu halogenů, odolné vůči oleji a zabraňující šíření plamene) podle norem British Standard (britská obdoba německé průmyslové normy) (IEC 60 332-1, 60 754-2 a 61 034). Kromě toho byly pro všechny oblasti mimo instalované kovové kabelové kanály požadovány doplňkové ochranné trubky z materiálu bez obsahu halogenů, které slouží k ochraně elektrických kabelů proti mechanickému poškození. Datová sběrnice byla realizována s Han-Brid® Profibus ve formě systému zásuvných propojovacích konektorů. Firma HARTING vyrobila kabely systému v různých délkách ve variantách v rozsahu od 0,5 do 100 m. Jen hybridní kabely sběrnice Profibus zpracované firmou HARTING měly do prosince 2007 déku přes 150 km. Po výrobě byly všechny kabely odzkoušeny a obdržely sériové číslo, aby v případě, že se vyskytnou nedostatky a vady, bylo možné vysledovat výrobní šarži a výsledky zkoušek. Další velké projekty následují: Soul a Peking Jako další velké projekty získala firma Siemens v roce 2004 a 2005 zakázku na elektrické vybavení a dodávku dopravníků zavazadel pro letiště Incheon (Soul, Jižní Korea) a zakázku pro mezinárodní letiště Peking BCIA (Beijing-Capital-International-Airport), které se úplně nově projektuje a zařizuje pro olympijské hry 2008. I zde se pro technické vybavení pohonů v praxi realizovala řešení zásuvnými konektory. Pro projekt Incheon se rovněž použil decentralizovaný systém ECOFAST s hybridní variantou sběrnice Profibus. Se speciálními vlákny HCS (hard clad silicon – tvrdý silikonový plášť) zde bylo možné realizovat dokonce kabelové trasy o délce přes 200 m. Zaručují bezpečnou, spolehlivou a bezporuchovou výměnu dat mezi systémem cestujících a systémem dopravníku zavazadel. Téměř současně probíhalo plánování projektu BCIA (letiště Beijing/Peking). I zde se projektovaly součásti

systému v provedení se zásuvnými konektory. V tomto případě však provozovatel i firma Siemens sázejí na řešení systému se sběrnicí ASI (rozhraní ovladačů, akčních členů a snímačů). To pro tento projekt vyžadovalo vývoj speciálních spouštěčů motorů realizovaný firmou Siemens v závodě pro nízkonapěťová spínací zařízení a systémy v Lipsku. Pro projekt v Pekingu bylo do prosince 2007 dodáno více než 7 500 km kabelů systému a konektorů Han-Power ® S. Bylo zřízeno téměř 400 přepážek vstupní registrace, kontroly a odbavení. Přeprava zavazadel cestujících je zčásti realizována tunelovým systémem o délce až 2,1 km. Systém vysokorychlostního dopravníku umožňuje přepravu zavazadel v nejkratší době. Přes velké vzdálenosti, které je třeba překonat na velkých letištích, je nutné, aby i zavazadla cestujících z velkoprostorových letadel (Airbus A380 s 660 až 700 cestujícími) byla k dispozici na pásovém dopravníku v časových intervalech odbavení s obvyklou rychlostí. Intenzivní a maximálně úspěšná spolupráce mezi firmami Siemens a HARTING byla v červnu 2007 postavena na novém smluvním základě: partnerství Siemens pro řešení automatizace. Na tomto základě firma HARTING po celém světě dodává kabely systému a součásti a konektory pro zásuvné připojení pro řady výrobků decentralizovaných technologií pohonů Simatic ET 200X, ECOFAST, Simatic ET 200pro Sivacon MCU a rovněž Sinamics G120D. Další informace: Tyto řady výrobků lze pomocí vyhledávače SiemensSolution-Partner (partnerská řešení Siemens) (Distributed Field System – decentralizovaný lokální systém) vyvolat na internetové stránce firmy Siemens ve formě souboru PDF. V internetovém profilu firmy HARTING jsou pro tyto doplňkové výrobky systému poskytnuty společně zpracované podklady ve formě dokumentu PDF. www.HARTING.com/solution-partner

Fritz Aldag Project Manager HARTING Technology Group [email protected]

55


Gerhard Bentzien & Jörg Hehlgans

Nové technologie v železniční dopravě Transpondéry HARTING RFID pomáhají svým uživatelům sledovat polohu železničních zásilek zboží a zároveň zajišťují, aby celý proces pokračoval nerušeně i za extrémních podmínek.

56


Přesná identifikace zásilkových položek a jejich sledování je hlavním hlediskem současné logistiky a řízení výroby. Technologie, která je tak užitečná pro balíkovou poštu však nebyla vhodná pro železniční nákladní vagony a jejich obsah. Požadavky v tomto případě jsou příliš složité a podmínky jsou navýsost extrémní. Elektronické moduly, které byly k dispozici, nebyly prostě schopny zajistit spolehlivé sledování za tvrdých podmínek.

S cílem odpovědět na tuto situaci vyvinula firma HARTING transpondéry typu UHF RFID (Radio Frequency Identfication), které jsou dostatečně odolné, aby zajistily spolehlivý provoz za takových tvrdých podmínek. Projíždějící vlaky je možné přesně identifikovat a stanovit jejich polohu pomocí transpondérů HARfid LT (HT) RFID, které každému zúčastněnému umožňují sledovat nákladní vagony a jejich obsah. To může 3

57


Obr. 1: RFID pomáhá řidit logistické operace. Identifikace nákladních vozů na strusku ve slévárně mědi, které se pohybují mezi tavnou pecí a vážní stanicí.

znamenat nesmírnou a rozhodující výhodu na vysoce konkurenčním trhu železniční nákladní přepravy. Identifikace při vysokých rychlostech Vzhledem ke skutečnosti, že protokol EPC Gen2 se stal zavedenou normou ve světě RFID a různí výrobci nyní nabízejí transpondéry s dlouhým dosahem, které je možné namontovat na kovové povrchy, věnují se logistické společnosti a systémoví integrátoři na celém světě mnohem důkladněji aplikacím v oblasti železniční nákladní dopravy. Rychlost přenosu dat mezi transpondéry a čtecími a záznamovými jednotkami je u EPC Gen2 tak vysoká, že je možné číst identifikační čísla z vlaků, které projíždějí rychlostí 80 až 100 km/hod (50 až 60 mil/hodinu). Záznamové operace jsou závislé na objemu zapisovaných dat, tj. trvají déle, je-li objem dat vysoký, ale ani tato skutečnost není problém, jestliže je v nákladových terminálech nebo na nákladových nádražích dostatek času.

Vrátíme-li se však zpět k identifikaci za pohybu: robustní a povětrnostním podmínkám odolné čtecí a záznamové jednotky je možné umístit na stožárech, které již stojí na obou stranách železniční trati. Z transpondérů na železničních vagonech je možné data číst a zapisovat je do nich ze vzdálenosti 2 metrů. Aby bylo možné snížit náklady na instalaci na železniční trati, bylo by třeba na železničních vozech umístit na každé straně jeden transpondér tak, aby byla pro získání informací z vlaků jedoucích oběma směry potřeba jenom jedna čtečka. Ke sledování zásilek stačí umístit čtečky ve strategických místech, jako jsou stanice nebo železniční uzly, a spojit je do sítě pomocí průmyslového Ethernetu.

Teploty během procesu

Nákladní vůz

Transpondéry se testují za tvrdých podmínek První systémy sledování železničních zásilek, které využívají RFID transpondéry, jsou již v provozu. A technologická skupina HARTING se postavila čelem k velké výzvě, kterou představují Místo instalace Čas vysokoteplotní transpondéry pro tavicí transpondéru

Nakládka strusky

1 000 °C

120 °C

10 min.

Chlazení během přepravy

900 °C

80 °C

30 min.

Chlazení během návratu

přibližně 300 °C

50 °C

60 min.

Přeprava

Počet denních cyklů: asi 12

Čtení identifikačních Podle zadání projektu při rychlosti přibližně 20 km/hod (12 mil/hod) čísel Venkovní teploty

58

-5 °C až +40 °C

Obr. 2: Téměř zcela pokrytý prachem , ale stále dodává data; transpondér HARfid instalován na nákladním voze.


Obr. 3: Zkouška odolnosti při 1 000 °C: HARfid v těsné blízkosti odpichu tavné pece mědi.

Obr. 4: HARfid LT 86 (HT) – transpondér pro aplikace s výskytem vysokých teplot.

pece na měď. Systémový integrátor Marie-Bentz tyto transpondéry instaluje na přepravních vagonech s horkou struskou (obr. 1). Transpondéry snímají identifikační čísla, která vznikají při automatické operaci vážení. Tato identifikační čísla poskytují informace o zbytkové koncentraci mědi ve strusce. Na základě takto získané informace byl provozovatel slévárny schopen podstatně zlepšit rozsah návratu mědi do produkce. Sledovací systém rovněž pomáhá zlepšit využití nákladních vozů a zajišťuje, že je vždy k dispozici dostatečná kapacita. Rozmístění a užití technologie RFID se podřizuje požadavkům zákazníka. V případě potřeby se dá využít i záznamová kapacita transpondérů.

Gerhard Bentzien Technical Manager Marie-Bentz, Burgas

Jörg Hehlgans Director Marketing & Sales, Mitronics HARTING Technology Group [email protected]

Dynamický vážní systém pro nákladní vozy s automatickým sběrem dat za extrémních podmínek Tam, kde se ostatní váhají připojit, poskytují transpondéry HARTING RFID spolehlivé služby. Podmínky při odpichu tavné pece na měď v Bulharsku (obr. 3) jsou velmi tvrdé. Pasivní transpondér HARfid LT 86 (HT) UHF pokračuje bez problémů v činnosti i v tomto extrémně náročném a prašném prostředí (obr. 2) při vysokých teplotách poblíž horké strusky. Velmi robustní, hermeticky uzavřené pouzdro a použití plastů s extrémně vysokým bodem tání zajišťují, že transpondéry vydrží tvrdé podmínky bez poruchy (obr. 4) při celodenním provozu a každý den. Výzva: cílem projektu bylo zavést automatické vážení nákladních vozů a příslušný identifikační systém, včetně sledování produktu. Celkové přezkoušení: červen 2007, zkušební fáze pokračují do srpna 2007. Software: Marie-Bentz, Winscale® Aplikace: vážení, statistika produktu, identifikace, přepravní čas nákladních vozů. Nákladní vozy: hrubá váhová ložní kapacita 120 metrických tun s nádrží na tekutý kov, vyloženou vyzdívkou. Produkt: vysokopecní struska. Zvláštní podmínky: nákladní vozy se během nakládky přeplňují, a proto musí být montážní místo chráněno shora a ze stran. Transpondéry byly rovněž v ochranném azbestovém obalu, který je chránil před nekontrolovatelným zasažením struskou při vykládce. Vodorovná vzdálenost mezi transpondéry a čtečkami je 5 metrů a minimální vzdálenost mezi transpondéry je 1 metr, aby bylo zajištěno, že se budou nákladní vozy přesně identifikovat. Transpondéry instalované na lokomotivách a struskových vozech pracovaly bez poruchy od začátku, kdy byly uvedeny do provozu.

59

tec.News 16: Zábava

Byoung-Jeen Jone, HeeSam Choi & Holger R. Dörre

Asijská revoluce v místní dopravě Jižní Korea mění radikálně systém místní dopravy. Jedním z nejdůležitějších projektů v „Zemi jitřního ticha“ je Light-Rail-Train /LRT) jihokorejské firmy Woojin Industrial Systems, který jezdí bez strojvůdce a má nahradit autobusy. HARTING je již dlouhá léta jedním z nejdůležitějších partnerů této firmy. Vláda Jižní Koreje má dobrý důvod pro to, aby věnovala pozornost sektoru dopravy a železnic. Země v jihovýchodní Asii patří k nejrychleji se rozvíjejícím průmyslovým oblastem na světě. Osmá největší průmyslová země se však soustřeďuje na několik málo aglomerací a – z geografických důvodů – na pouhých 30 % celkové plochy. Jižní Korea dnes disponuje velmi dobře vybudovanou infrastrukturou. Na základě prudkého růstu (ročně kolem 5 %) však neustále naráží na její hranice. Dalšímu vývoji infrastruktury se proto přikládá velký význam, protože v Soulu a přilehlých oblastech žije kolem 23 mil. obyvatel, což způsobuje nesmírné dopravní problémy, zejména v době špičky. Důsledkem je, že investice do infrastruktury „Země jitřního ticha“ v nadcházejících letech výrazně porostou. Železnice tvoří jednu z nejdůležitějších součástí místní dopravy. Podle údajů jihokorejské železniční společnosti Korail by se mělo za nový materiál kolejí vydat v letech 2006 až 2010 kolem 2,1 mil. eur. Na obnovu vagonů se v období 2006 až 2010 počítá s investicemi ve výši asi 192 mil. eur. Mimořádná pozornost má být přitom věnována výstavbě a rekonstrukci nádraží a železničních dep. Dovoz kolejových vozidel, komponent a materiálu na kolejnice představoval v roce 2006 náklady ve výši 62 mil. eur. Dovoz elektrické signalizace dosáhl hodnoty 15,7 mil. eur. Přitom Německo se podílem 30 % na těchto investicích stalo největším zahraničním dodavatelem. Těžištěm v železničním sektoru je výstavba vysokorychlostní sítě (KTX a TTX), extenzivní budování městských drah ve velkých aglomeracích, jako je Soul a Busan, a vývoj magnetických visutých drah s nižší rychlostí. To vše s přibližným rozpočtem 333 mil. eur do roku 2012. Ve všech uvedených případech dává vláda

60

jednoznačně přednost vývoji vlastních technologií. Zahraniční firmy jsou ovšem vítaným partnerem, zejména tam, kde by měly být použity náročnější technologie. Ale také v oblasti exportu přecházejí jihokorejští výrobci do ofenzivy: v sektoru dopravy se v současné době na světový trh zaměřili největší místní výrobci železniční techniky – Hyundai-Rotem a Woojin Industrial Systém. Do popředí jsou intenzivně uváděny referenční produkty, např. Light-Rail-Train. Hlavní národní výkladní skříní se v uplynulých letech stal Korea Railway & Logistics Fair, nejdůležitější jihokorejský odborný veletrh železniční techniky, který se pořádá každé dva roky. V roce 2007 se ve městě Busan představilo se svými výrobky 150 vystavovatelů. Největším kontingentem se přitom mohlo pochlubit Německo. Na tomto veletrhu byl představen Light-RailTrain (LRT), známý také jako LRV (Light Rail Vehicle). Light-Rail-Train (LRT) postavila jihokorejská firma Woojin a vlak představuje výsledek sedmileté práce Korea Railroad Research Institutes (KRRI) na vývojovém projektu v celkové ceně 51 mil. USD. Cílem byl vývoj systému Korean Automated Guideway Transit (K-AGT), který má být v roce 2010 uveden do provozu veřejné dopravy města Busan. Měl by zde nahradit některé dnešní neekologické způsoby dopravy, např. autobusy. O využití LRT se diskutuje i v hlavním městě Soulu. LRT vyvinul Korea Reailway Research Institute (KRRI) ve spolupráci s Woojin Industrial Systems Co., Ltd, blízkým partnerem firmy HARTING Korea Ltd. Městská


Obr. 1: Asijská revoluce v příměstské dopravě – vlak se svítící koleji (LRT)

dráha je vybavena plně automatizovaným systémem řízení (bez řidiče), který zajišťuje dokonalou bezpečnost a vysokou rychlost. Navíc se tato městská dráha vyznačuje vynikající schopností jízdy ve stoupajícím terénu, velmi dobrými vlastnostmi při jízdě v zatáčkách a ekologickým charakterem. LRT je vybaven koly s gumovými pneumatikami a pohybuje se v koleji lité z cementu. Právě tento kolejový spodek byl důvodem, proč se výrazně snížily stavební náklady. Firma HARTING má v sektoru jihokorejského průmyslu již dlouhá léta velmi dobrou pověst. Produkty HARTING se používají v oborech zaměřených na vývoz, jako je doprava, automobilový průmysl a strojírenství, a rovněž v ještě velmi mladé, ale rozvíjející se oblasti obnovitelných energií. HARTING dodává velmi kvalitní a inovační techniku. A tak je tomu i u tohoto projektu. HARTING se do vývoje projektu zapojil již v jeho rané fázi. Veškerá spojovací technika pochází právě od firmy HARTING, protože dokonale splňuje vysoké požadavky, které jsou kladeny právě na automatizované systémy bez řidiče. HARTING přitom přinesl celou řadu různých řešení: 1. Jízdní motor je vybaven Han® K3/2 pro připojení motoru a napájení proudem. Toto řešení umožňuje provést připojení motoru za podmínek velmi omezeného místa. Kratší dobu montáže zaručuje přípojka s axiálními šrouby.

Obr. 2: Propojení můstkovou propojkou s Han ® Coax E

2. Han® Coax E je spolu s kryty Han® 48 HPR nejefektivnějším řešením pro konektory určené pro přenos signálů audio a video do systému informací pro pasažéry (PIS) pomocí koaxiálního kabelu. 3. N avíc je pro informační systém pro pasažéry uvnitř vlaku použit Ethernet Switch ESC 67-10 TP05M. 4. DIN 41 612 je naším osvědčeným řešením pro Train Control System (TCS). Hlavním argumentem pro výběr firmy HARTING jako partnera byla kompetentnost, ale také kompletní řešení nabízená zákazníkům a realizovaná pro zákazníky. HARTING nabízí jak konvenční spojovací prvky, tak vysoce moderní řešení, jako jsou konektory nebo Ethernet Switch pro informační systémy určené cestujícím, které jsou nepostradatelnou součástí všech moderních vlaků.

Byoung-Jeen jone General Manager R&D Woojin Industrial Systems Co., Ltd. - Seoul

HeeSam Choi Business Manager Korea HARTING Technology Group [email protected]

Holger R. Dörre Managing Director Korea HARTING Technology Group [email protected]

61


Jürgen Michaelis, Heinrich Schmettkamp & Udo Schoss

Systémová řešení firmy HARTING pro větrnou energii Nová systémová řešení pro zařízení využívající větrnou energii zlepšují užitečný výnos a použitelnost – to je o to důležitější, že odvětví větrné energie se buduje jako pevná součást zásobování energií v budoucnosti.

62


Koncerny s mezinárodní aktivitou dnes udávají směr v odvětví větrné energie. To v neposlední řadě vyplývá z politické vůle převést zásobování energií na obnovitelné zdroje. Přesně proto jsou potřeba na trhu účastníci, kteří jsou schopni realizovat velké projekty. V následujících letech se celosvětově počítá s nárůstem o procenta řádově v rozsahu dvoumístných čísel. Firma HARTING je již dlouho partnerem v oblasti větrné energie a v úzké kooperaci s výrobci a subdodavateli vyvinula inovační systémová řešení. Všechny systémy firmy HARTING splňují vysoké požadavky v průmyslu větrné energie použitím v rozsahu teplot od -40 °C až +80 °C i vysokou mechanickou a elektrickou bezpečností a spolehlivostí i při rotačním, vibračním a rázovém zatížení. Nejnovějšími příklady jsou zásuvná spojka pro těleso sběracího kroužku a akumulátorový box vyvinutý na bázi lithiových iontových článků. Část 1: Zásuvná spojka pro těleso sběracího kroužku K pravidelně vyměňovaným součástem zařízení využívajícího větrnou energie patří tělesa sběracího kroužku, jež tvoří rozhraní mezi nábojem (otáčejícím se) a gondolou (statická). Novou zásuvnou spojkou se zjednodušuje výměna těles sběracího kroužku, a snižují se tak časové intervaly prostojů. Při údržbářských pracích lze těleso sběracího kroužku vyměnit bez zásahu do systému naklánění a naklápění a bez demontáže propojovacích kabelů. Speciální nástroje nejsou potřeba. Během procesu spojování je vedení zajištěno dvěma robustními svorníky z nerezové oceli ve dvou mosazných pouzdrech. Ukládací rámy Han® a kloubové rámy Han-Modular ® s plovoucím uložením pak přebírají přesné vyrovnání elektrických kontaktů, a zaručují tak vysokou provozní bezpečnost a spolehlivost. Spojka sběracího kroužku firmy HARTING má kromě elektrického rozhraní i integrovanou tepelnou bariéru, která poskytuje doplňkovou ochranu před zvýšenými teplotami jímky oleje. Stávající zařízení lze snadno dodatečně vybavit touto spojkou sběracího kroužku.

Rozhraní mezi částí A a B (Obr. 1) spojky sběracího kroužku je chráněno proti stříkající vodě se stupněm krytí IP 65. Výroba pouzdra ze speciální hliníkové slitiny probíhá litím do kokil. Elektrické rozhraní, které signály k ovládacímu řízení systému naklánění a naklápění přenáší do náboje, je založeno na kontaktních vložkách Han-Modular ®. Rozhraní zajišťuje přívod třífázového napájecího napětí s moduly 100 A, kabelovou sběrnici s 2x4 vodiči a konektorem Han® Quintax (např. sběrnice CAN Bus až Fast Ethernet) a 24 řídicích signálů. Řídicí signály lze rozšířit na 34 pólů pomocí modulů Han® DDD (Obr. 4). Zásuvná spojka se dodává jako kompletní řešení včetně kabelů upravených na vhodnou délku a osazených konektory. Oba konstrukční díly se vyrábějí a zkoušejí samostatně. Část A se montuje do zařízení využívajícího větrnou energii. Část B se nejprve spojí s tělesem sběracího kroužku. Na staveništi se pak projeví výhody koncepce Plug-&-Play (zapojení s okamžitou funkčností). Při uvedení do provozu je nutno obě části pouze zasunutím navzájem spojit dohromady. Odpadají náročné a nákladné montáže nebo práce při úpravě délek kabelů a osazování konektorů na místě (Obr. 3). Totéž platí pro údržbářské práce. Po uvolnění čtyř šroubů lze těleso sběracího kroužku oddělit a namontovat 3

Část A Část B

Tepelná bariéra (k převodovce)

Lícování pro kuličkové ložisko (k tělesu sběracího kroužku)

Obr. 1: Zásuvná spojka pro těleso sběracího kroužku

63


nové. Zařízení využívající větrnou energii se může na síť zase připojit bez časových intervalů prostojů, které by stály za zmínku. Přepracovací úprava vymontovaného tělesa sběrného kroužku se pohodlně provádí ve výrobním závodě. Již ve fázi koncepce byly provedeny doprovodné simulace k optimalizaci návrhu a konstrukce. Na základě virtuálních prototypů bylo možné konstrukční díly projektovat a dimenzovat na přenosovou schopnost proudu, vibrace nebo stabilitu. U zásuvné spojky byla konstrukce předem optimalizována a ověřena pomocí výpočtu konečných prvků. Předem byly provedeny simulace různých geometrií zatížení s hmotností 150 kg na konci tělesa sběracího kroužku (Obr. 2). Na základě zatížení při uvedení do provozu a údržbě byla celá konstrukce projektována a dimenzována jako robustní. V akreditované laboratoři HARTING byly simulované hodnoty prověřeny na základě prvních vzorků, v tomto případě zkouškou me-

chanického zatížení. Přitom bylo zjištěno, že teoreticky zjištěné hodnoty byly výrazně překročeny. Část 2: Akumulátorový box – lithium pro nejhorší případy Další potenciál optimalizace se nachází u akumulátorů energie v zařízeních využívajících větrnou energii. Při současném fatálním souběhu dvojice událostí – např. při bouři a současném výpadku proudu – tyto akumulátory umožňují nouzový provoz systému naklánění a naklápění. V takových případech musí být zařízení k využití větrné energie uvedeno do klidového stavu v nekratším možném čase. Plocha listů zařízení se v takových extrémních případech vytáčí ze směru větru během několika sekund. Tato funkční schopnost je nadmíru důležitá, neboť výpadek systému naklánění a naklápění by mohl mít za následek úplnou ztrátu zařízení využívajícího větrné energie.

[mN/mm2]

Ukládací rám Han ® (s plouvoucím uložením s vodicími prvky)

24 řídicích signálů modulu Han ® DDD

Obr. 2: Simulace zatížením 150 kg Konektor 2x4 vodičové kabelové sběrnice Han ® Quintax Vodicí kolík V2A Náboj

Převodovka

Gondola

Část A

k Top boxu

Část B

Těleso sběracího kroužku

Obr. 3: Princip funkce (v servisní poloze)

64

Obr. 4: Kloubový rám Han-Modular ® s vod


Každá osa systému naklánění a naklápění se v nouzové situaci vytočí do neutrální polohy. Pro každé zařízení využívající větrné energie jsou obvykle potřeba tři akumulátorové boxy. Díky modulární konstrukci lze akumulátorový box snadno vyměnit. Požadavky na kompaktní konstrukci a na dlouhou životnost bez nutnosti údržby mohou konvenční akumulátory energie, např. olověné akumulátory, splnit jen podmínečně. Akumulátorový box od firmy HARTING je naproti tomu vybaven lithiovými iontovými články, které díky svému kompaktnímu konstrukčnímu tvaru nejsou choulostivé na rotace a vibrace. Robustní skříň z ocelového plechu natřená práškovou vypalovací barvou zaručuje ochranu proti mechanickým a tepelným vlivům a zajišťuje nezbytnou ochranu před nebezpečným dotykem. Celkový vnitřní odpor se snížil na RI < 24 mOhm. Akumulátorový box dodává 180 A při jmenovitém napětí 86,4 V. Jiná napětí a proudy jsou s touto koncep-

cí možné rovněž. S hlídáním a kontrolou zajišťovanou systémem řízení a správy akumulátoru (BMS) je 24 lithiových iontových článků zapojených do série kdykoli připraveno k použití. Výkonový proudový spínač s malým přechodovým odporem zaručuje kontrolované napojení do ovládacího řízení naklánění a naklápění připraveného k provozu. Komunikace do ústředního ovládacího řízení probíhá po sběrnici CAN (konektor D-Sub 9pólový). K hlídání, kontrole a konfiguraci jsou k dispozici další rozhraní. Stav systému BMS lze kdykoli načíst po portu RS-232 (D-Sub 9pólový). Díky funkční způsobilosti hyperterminálu jsou poskytovány informace o stavu každého jednotlivého akumulátoru. Redundantní hlídání a kontrola stavu nabití jednotlivého akumulátoru probíhá po rozhraní Han® 3A. Druhý konektor Han® 3 A slouží k napájení potřebným provozním řídicím napětím 24 V. Zkoušky doprovázející vývoj a prováděné v laboratoři HARTING byly se zvláštním zřetelem zaměřeny na přechodové odpory při vibracích a nárazu. Cílem byla optimalizace průřezu vodičů a kontaktních spojů za extrémních podmínek. To vedlo k předkládanému optimálnímu provedení. V úvahu byly brány následující normy: Zkouška vibrací DIN EN 60 068-2-6 Rázová zkouška DIN EN 60 068-2-27 Zkouška trvalými rázy DIN EN 60 068-2-29 Zkouška simulované životnosti DIN EN 61 373 l

l

Kloubový rám Han-Modular ® s vodicími prvky

dicími prvky. Pohled na zásuvný konektor

l

l

Vodicí pouzdro z mosazi

Napájecí (100 A) axiální šroubovací modul ®

Obvodové těsnění (IP 65)

Jürgen Michaelis Key Account Manager System Integration HARTING Technology Group [email protected]

Heinrich Schmettkamp Project Manager VAB, Germany HARTING Technology Group [email protected]

Udo Schoss Director Project Management VAB, Germany HARTING Technology Group [email protected]

65


66


Andre Beneke

Zase jeden dobrý nápad k napodobení! Potřeba místa pro krimpovaný konektor, rychlá a jednoduchá obsluha, bezpečné spojení: Han-Quick-Lock ® firmy HARTING využívá úspěšně novou techniku radiálních svěracích pružin pro průmyslové konektory. Han-Quick Lock® je ideální v případě velké hustoty kontaktů a to ho staví před všechny ostatní používané techniky připojování. Žádný z ostatních způsobů není tak jednoduchý, nevyžaduje tak málo místa a není tak rychlý. Pro montáž budete potřebovat jenom šroubovák. Průmyslové konektory Han® firmy HARTING se velmi dobře prosadily na trhu. Důvod: mimořádná kvalita i možnosti využití. Robustní rozhraní jsou vhodná zejména pro průmyslové účely. Podporují flexibilitu v automobilovém průmyslu a modularitu ve strojírenství. Najdeme je ve vlacích i větrných elektrárnách, ve výtazích, jeřábech a dokonce i ve strojích na výrobu desek s plošnými spoji. Přitom každý z těchto uživatelů má 3

67


obejdou bez použití zvláštních nástrojů. Pro šroubované konektory a konektory s tažnou klecovou pružinou stačí obyčejný šroubovák. V prostoru připojení ovšem zabírají značný prostor. Přístroje a stroje se však z důvodu optimálního poměru náklady/výkony neustále zmenšují a jsou stále kompaktnější.

Han ® PushPull Power 4/0 s přípojkou Han-Quick Lock ®

na konektory své speciální požadavky – kromě jiného na velikost, ochranu nebo vlastnosti z hlediska přenosu el. energie. Tyto požadavky zasahují až do techniky připojování konektorů. Podle jednotlivých aplikací se pak řídí určitá technika připojování. Proto firma HARTING přidala do svého výrobního programu k osvědčeným technikám další inovační variantu: Han-Quick Lock®. HARTING přitom navázal na výhody techniky krimpování a výrazně snížil náklady na připojování: krimpované konektory se vyznačují mimořádnou hustotou uložení, ovšem platí za to negativním aspektem, protože k připojování je nutné speciální nářadí. Jiné techniky se

Malá potřeba místa Konektory Han-Quick Lock® mají podobně malou potřebu místa jako krimpované spoje. Připojení a uvolnění vodičů s jádry z lanek se provádí pomocí jednoduchého šroubováku. K tomu je nutno připočítat i skutečnost, že tyto vysoce kvalitní spoje mají při vibracích bezpečnost srovnatelnou s běžným konektorem s tažnou klecovou pružinou. Z technického hlediska je Han-Quick Lock ® radiální pružinová svorka. Kulatá pružná svorka z ušlechtilé oceli upevní jednotlivé prameny připojeného vodiče radiálně kolem hrany centrálního kužele. Tímto způsobem se dosáhne velkoplošného kontaktování vodiče, což je předpoklad pro vysoce kvalitní elektrické propojení. Speciální design svěrací pružiny zajišťuje potřebnou bezpečnost při vibracích. Hrot v prostoru připojení, který je viditelný při pohledu do ovladače, slouží pouze k rozepření jednotlivých pramenů, nikoli ke kontaktování vodiče. Vlastní připojení je maximálně jednoduché: vodič s jádrem se odizoluje a zavede do připojovací části kontaktu Han-Quick Lock®. Potom se ovladač stlačí pomocí šroubováku a – hotovo! Při opětovném otevření svěracího spoje stačí znovu pomocí šroubováku ovladač zdvihnout. VIZUÁLNÍ KONTROLA Poloha ovladače slouží současně jako optická kontrola správného zasunutí. To nastane, když je ovladač v jedné rovině s vložkou. Protože zavedení vodiče nevyžaduje prakticky žádnou sílu, je současně zaručeno i zavedení tenkých pramenů do místa připojení, aniž by došlo k jejich ohnutí.

Han ® Q12 s přípojkou Han-Quick Lock ® PE

68


Stejný vodič lze připojit několikrát. Přidržovací síly vodiče v kontaktu jsou srovnatelné se silami běžných tažných klecových pružin. Limit představují pouze masivní vodiče, které nelze připojovat pomocí Han-Quick Lock®. V aplikacích, kde se používají průmyslové konektory, však tyto vodiče nebývají právě obvyklé. V současné době nabízí firma HARTING Han-Quick Lock® pro průřezy vodičů od 0,5 do 2,5 mm². Varianty pro další průřezy se připravují. První produkty, které jsou k dispozici s technikou Han-Quick Lock®, jsou Han® PushPull Power 4/0, Han® 4A a Han® Q5/0. PushPull Power 4/0 je kompaktní výkonový konektor s blokovací technologií PushPull, který nabízí čtyři výkonové kontakty plus PE pro 16 A při 230/400 V. Tento konektor je vhodný zejména pro přímé osazení do automatizačních přístrojů. Odolnost proti vibracím Han® 4A a Han® Q5/0 jsou na trhu dobře zapsány již dlouhá léta, dosud se však dodávaly pouze s připojovací technikou: Han® s přípojkou pro šroub, Han® s technikou krimpování. Nové varianty Han-Quick Lock® nabízejí kromě výkonových kontaktů i přípojku PR v technice Quick Lock, takže produkty jsou ještě odolnější vůči vibracím. Verze Quick Lock® jsou samozřejmě kompatibilní se současnými typy. Také Han® Q12, konektor pro motory se dvanácti krimpovanými kontakty, nabízí kontakt PE s přípojkou Quick Lock®. Připojení je tedy daleko pohodlnější a bezpečnější vůči vibracím. Navíc očekáváme v nejbližší budoucnosti další produkty s přípojkou Han-Quick Lock®: Han® 7D, modul Han® DD a modul Han® EE. Nová připojovací technika se přitom nepoužívá pouze u mimořádně kompaktních konektorů, ale v celém modulárním programu firmy HARTING. Také Han® Q8/0 Quick Lock® poskytne již brzy první možnost, jak připojit produkt z řady Han-Compact ® v terénu bez speciálního nářadí.

Han ® Q5/0 s přípojkou Han-Quick Lock ®

Použitím konektorů s připojovací technikou Han-Quick Lock® lze používat kompaktní konektory i v takových aplikacích, kde je nutné provádět modifikace připojení přímo u zákazníka, který nemá k dispozici speciální nářadí. Han-Quick Lock® se obecně hodí pro jakékoli využití. Výhody se uplatní jak v automatizační technice, tak ve strojírenství. V sektoru železniční dopravy nebo u větrných elektráren má význam zejména bezpečnost z hlediska vibrací. Totéž platí pro osazování konektorů na elektromotory. Na adrese www.HARTING.com si můžete prohlédnout demoverzi videonahrávky o nové připojovací technice Han-Quick Lock®. Z ní je dokonale patrné, jak se připojují jednotlivé prameny a jak je lze podle potřeby zase odstranit. Součástí videonahrávky je rentgenový snímek, který na příkladu reálného kontaktu ukazuje, jak se jednotlivé prameny kontaktují.

Andre Beneke Director Product Marketing Han® Industrial Connector, Electric HARTING Technology Group [email protected]

69


Dr. Achim Brenner

Simulace elektromechanických vlastností na příkladu elektronického konektoru Mechanické a propojené elektricko-tepelné simulace mohou rozhodujícím způsobem podpořit proces vývoje tak, aby v co nejkratší době došel k optimálnímu produktu. Cílem je předvídat požadavky trhu a vyvíjet optimální produkty, které přinesou zákazníkovi vysoký užitek.

Trhy a tržní požadavky se velmi rychle mění. Technické standardy se nacházejí v neustálém procesu změn, stále znovu se vyvíjejí nové aplikace. A právě v tomto prostředí musí být firma HARTING schopna reagovat rychle na přání zákazníků, nebo ještě lépe, dokonce je předvídat. Pouze tak může HARTING přinést včas na trh adekvání produkty. Ve vývoji produktů hraje kromě tradiční výroby vzorků a rychlé přípravy prototypů stále větší roli simulace. Cílem simulace je úplné zobrazení produktu v počítači – virtuální prototyp představuje vizi, která je podnětem pro tvůrce softwaru. Cíle Co je pozoruhodné na konektoru? Snadné zasouvání, dobrý kontakt po celou dobu životnosti a schopnost přenášet vysoké proudy bez překročení stanovených maximálních teplot. To jsou základní požadavky na dobrý design. V našem případě se jedná o přímý konektor, tj. pružiny kontaktu se přímo dotýkají desky s plošnými spoji. Je nutné vycházet z toho, že tloušťka desky s plošnými spoji má určité tolerance – může kolísat v rozmezí 1,44 až 1,76 mm. Aby byl zaručen dobrý elektrický kontakt, neměla by normálová síla kontaktu na konci jeho doby životnosti poklesnou pod 0,5 N. Tato hodnota musí být zajištěna i při minimální tloušťce desky s plošnými spoji. Vysoká

70

normálová síla kontaktu pak vede v důsledku tření k vysokým zásuvným silám. Těm bychom ovšem chtěli zabránit, protože u vysokopólových konektorů se mírné zásuvné síly jednotlivého kontaktu mohou rychle nasčítat do tak vysoké celkové síly, která je nevhodná nejen z hlediska servisu, ale může výrazně mechanicky zatěžovat desku s plošnými spoji. Cílem tedy bylo, omezit maximální zásuvnou sílu na hodnoty nižší než 100 N. Podle mechanického návrhu by se měla přezkoumat schopnost vedení proudu při variantě Power. Návrh pružiny 1 – hrubý nástin Přestože lze dnešními nástroji CAE snadno řešit geometricky nelineární problémy s ohledem na elasticko-plastické vlastnosti materiálu, musí být na počátku téměř vždy hrubý analytický odhad vlastností pružin, který sice nezahrnuje nelineární efekty, ale obecně se blíží realitě. Obr. 1 ukazuje geometrii pružiny kontaktu. Pružina má pravoúhlý průřez. Protože se jedná o vysekávaný díl, předpokládá se konstantní šířka pružiny w. Výška pružiny h naproti tomu může být variabilní. Aby se zabránilo plastické deformaci skutečné pružiny, mělo by být maximální napětí okrajových vláken i při maximálním vychýlení co nejvíce pod hranicí průtažnosti RP 0,2.


Obr. 1: Geometrie pružiny

Známe-li modul elasticity E, normálovou sílu F, délku pružiny l, šířku pružiny w a funkci výšky pružiny h(x), můžeme pomocí momentu ohybu M(x) a plošného momentu setrvačnosti I(x) vypočítat čáru ohybu y(x) a průběh napětí okrajových vláken σ(x). Obrázky 2 a 3 ukazují speciální funkci výšky pružiny a příslušné průběhy napětí (napětí okrajových vláken) pro tři odlišné tloušťky desky s plošnými spoji. 3

71

Napětí [MPa]


Pro napětí okrajových vláken by bylo optimální, kdyby výška pružiny až k bodu kontaktu poklesla na nulu. Prakticky je to však z různých důvodů nemožné. Průběh napětí zobrazený na obr. 3 ukazuje, jak by bylo možné optimalizací funkce výšky pružiny h(x) v rozsahu od x = 0 (kořen pružiny) až po x = 4,75 mm dosáhnout konstantního napětí okrajových vláken. V dalším průběhu se napětí okrajových vláken snižuje, protože by nemělo dojít k poklesu minimální výšky pružiny hmin = 0,25 mm. Návrh pružiny 2 – FEM – jemné vyladění Pokud jsou po předchozích analytických úvahách stanoveny geometrické parametry, lze přejít k jemnému doladění. Materiály kontaktních pružin nejsou bohužel čistě elastické. Již při nízkém napětí dochází k nepatrným plastickým deformacím. Přesné údaje o napětí – protažení ze zkoušky tahem jsou předpokladem pro to, aby bylo možné stanovit popř. zbývající přetváření pružiny.V úvahu je nutné vzít i efekty, které vznikají velkým vychýlením pružiny a tím vyvolanými změnami bodu kontaktu a tuhosti pružiny v důsledku povrstvení (při tloušťce materiálu 200 um nelze zanedbat vrstvu

x [mm]

Obr. 3: Optimalizovaný průběh napětí okrajových vláken

niklu o tloušťce 10 um). Přitom se pomocí výpočtů 2D provádějí poslední optimalizace geometrie. Z co nejpřesnějších výsledků pak vychází závěrečná simulace procesu zasouvání 3D. Obr. 6 ukazuje rozdělení napětí na zasunutém kontaktu. Vyhodnocení obr. 6 ukazuje, že i při maximální tloušťce desky zůstáváme pod mezí průtažnosti materiálu. Design pružiny 3 – konflikt teorie a praxe Šedivá je teorie – to by ovšem nemělo platit pro moderní nástroje CAE. Proto se po fázi designu zkoumá vztah k záměru. Každý model zobrazuje pouze model skutečnosti, a jestliže se zjistí, že přesnost není do-

síla [N]

h (x) [mm]

simulace

Simulace kontakt přenosu signálu dole Měření kontakt přenosu signálu č. 1

dráha [mm]

Obr. 2: Příklad funkce výšky pružiny h(x)

72

Obr. 4: Porovnání simulace / měření (normálová síla, jednotlivý kontakt)


průběh proudu (připojovací oblast) I=I(?)

elektrická simulace statický nebo transientní (skin efekt …)

rozdělení proudu I=I(?,?)

tepelná simulace teplo vyvolané proudem, tepelné vedení,

tepelné vyzařování simulace proudění konvekce

rozdělení teplot T=T(?,?)

Obr. 5: Výpočet teploty modulu jako spojený problém

statečná, je nutné za určitých okolností do simulace zahrnout další efekty. Měření normálové síly však ukázala, že odchylky jsou nepatrné – design kontaktu je tedy, přinejmenším pro jeho mechanickou část, ukončen. Protože mechanický návrh patří ke standardním procedurám, poukazovala by odchylka spíše na hrubou chybu v zadání než na principiální problém modelu. Vždy zůstat na výši K mnoha moderním konektorům se nabízejí i varianty, které jsou optimalizované pro přenos vyšších proudů. Kromě standardního proudu je vždy zajímavý „worst case“. Jak se konektor zachová z hlediska teploty, budou-li všechny kontakty osazeny tzv. kontakty Power a všechny budou současně pod proudem? Výpočet teploty modulu při zadaném proudu není triviální záležitostí. Při zadaném proudu se vypočítává hustota proudu v kontaktech. Tato hustota proudu určuje společně s vodivostí vznikající teplo vyvinuté proudem, které bude tepelným vedením, konvekcí a vyzařováním odevzdáváno do okolí. Odvod tepla závisí na teplotě modulu. Zvyšuje se tak dlouho, dokud není vydáno veškeré teplo vyvinuté proudem. Protože řada

Obr. 6: Simulace spojení s rozdělením napětí (ČERVENÁ cca 540 Mpa)

charakteristik materiálu závisí na teplotě, je nutné řešit elektrické, tepelné problémy a problémy s prouděním (konvekce) pokud možno simultánně. Hovoříme o spojených výpočtech, popř. o multifyzice. Na obr. 5 jsou uvedeny vzájemné vztahy. Obr. 7 ukazuje výřez ze simulačního modelu. Nejsou zobrazena všechna přívodní vedení a izolační tělesa – to je ostatně velká výhoda simulace. Lze si totiž zobrazit části produktu, které by se pomocí běžné měřicí techniky daly jen nesnadno postihnout. Proud je v tomto případě 12 A – a je zřetelně vidět, že omezujícím faktorem je deska s plošnými spoji. Simulací bylo možné prokázat, že konektor splňuje požadavky na vedení proudu.

Teplota [°C]

Max. teplota kontaktu 85 °C

Teplota okolního prostředí [20 °C] Proud 12 A

Max. teplota vodivé dráhy 91 °C

Obr. 7: Teplota modulu při proudu 12 A

Dr. Achim Brenner Director Simulation Technique HARTING Technology Group [email protected]

73


74


Hans Langaas

Historie spínače pro ponoření do velkých hloubek Podmínky pro vysoce kvalitní technické vybavení ponořené na moři do velkých hloubek: I v hloubce 300 m pod hladinou moře musejí sítě a přepínače vykonávat svou funkci spolehlivě. Firma FMC Technologies, Houston, USA, která zajišťuje technické vybavení pro plovoucí vrtné plošiny na moři, se proto rozhodla, že pro své systémy řízení oprav sond a systémy zásahů bez využití stoupaček, používané u vrtných sond při těžbě ropy a plynu v Severním moři, použije přepínač Switch mCon 7050-A firmy HARTING. Systémy budou využity v projektech v Norském moři a také na plovoucích vrtných plošinách v jiných částech světa.

s jeho pomocí lze podle jednotné normy navzájem propojit přístroje různých výrobců. Tím lze zajistit funkční způsobilost celého systému.

Firma FMC Technologies dodává kompletní systémy pro těžbu ropy a plynu, jako jsou například podmořské hřídelové konstrukce, rozdělovací potrubní kolektory, napájecí kabely a systémy ovládacího řízení výroby. Základové desky s rozdělovacími potrubními kolektory se montují na dně moře a propojují se s těžebními plošinami.

Tyto systémy se začnou využívat v roce 2009 a budou důležitým příspěvkem k efektivní těžbě ropy a zemního plynu na nových i stávajících polích.

Takové projekty vykazují maximální technickou náročnost, protože podle nové normy ISO platí pro části zařízení ještě přísnější bezpečnostní předpisy. Tím je zaručena nejvyšší spolehlivost a precizní funkce i v extrémních podmínkách okolního prostředí. Aby to bylo možné, použila firma HARTING součásti, které se osvědčily již v jiných aplikacích a za extrémních podmínek okolního prostředí. Firma FMC používá standardní součásti, které vykazují vysoký stupeň slučitelnosti s výrobky nejrůznějšího původu. Kromě toho firma FMC používá přepínače Ethernet v podmořských modulech ovládacího řízení, které slouží ke sběru dat ze snímačů a k ovládacímu řízení technického vybavení využívaného k provádění zásahů v hlavicích výtlačných trubek namontovaných v místech vrtů. Tyto přepínače komunikují s centrálním přepínačem, který je optickým kabelem se skleněnými vlákny propojen s povrchem. Přepínač mCon 7050-A firmy HARTING byl vybrán po přísných zkouškách v laboratořích firmy FMC. Komunikační standard Ethernet byl zvolen z toho důvodu, že

Firma FMC je vedoucím výrobcem a dodavatelem podmořských systémů pro výrobu, včetně podmořských hřídelových konstrukcí, ovládacích řízení, rozváděčů a připojovacích systémů. Podnik v úzké spolupráci se svými zákazníky vyvíjí technologie, s nimiž lze optimálně využít ropná pole. Kromě toho firma FMC nabízí projekční služby, služby aplikované technologie i podporu, např. systémové inženýrství, jištění proudění, měření proudících možství a řízení projektu.

U základové desky se jedná o pevnou strukturu s více rozdělovacími potrubními kolektory. Rozdělovací potrubní kolektor je potrubí, kterým se buď čerpá ropa z ropného vrtu, nebo kterým se do ropného vrtu vstřikuje mořská voda, aby se tak ropa vyplavila ven.

Hans Langaas Product Manager ICPN, Norway HARTING Technology Group [email protected]

75


Thomas Wolting

Energetické sběrnice snižují náklady Decentralizace přístrojových funkcí se standardizovaným rozhraním umožňuje výrazné snížení nákladů. Použitím topologie sběrnice pro dodávky energie lze tento vývoj důsledně posunout směrem vpřed. HARTING tento trend podporuje svými novými komponenty Han-Power ® Vývoj topologie technických systémů nabral jasný směr: redukce komponent a záloh, tedy odklon od hvězdicových instalací přenosu signálů a energie. Dosud byl každý motor spojen se skříňovým rozváděčem výkonovým kabelem a všechny přípojky (senzory a aktory) byly propojeny paralelně. Při centrální instalaci měničů kmitočtu se používají drahé speciální kabely s optimalizovaným náročným odstíněním. Tyto kabely jsou sice velmi nákladné, ale z technického hlediska nezbytné. Nevýhody této topologie jsou zřejmé: vysoké celkové náklady a značná potřeba místa historické instalační techniky jsou důvodem pro posílení trendu, který směřuje k decentralizované technice, např. v přepravě. Inteligení jednotky pro řízení motorů se osazují přímo na stroj, popř. na přepravník. A právě tyto změny v instalační technice podporuje technologická skupina firmy HARTING svými produkty skupiny Han-Power ®. Decentralizovaná struktura Podstatným prvkem nové techniky propojování je systém energetických sběrnic, který dovoluje připojit více „spotřebičů“ na jednu větev vedení – samozřejmě při dodržení všech příslušných národních a mezinárodních norem. Kompaktní a robustní konektory musejí vyhovět požadavkům na počet pólů, napětí i schopnost vést proud. Konektory pro tuto oblast a aplikace standardizuje ISO 23570. Na bázi tohoto profilu požadavků přivedla firma HARTING na svět novou konstrukční řadu: sérii Han-Power ®. Rozlišuje se zde rozvod energie v liniové struktuře a komplexnějším systému. Při rozvodu energie v liniové struktuře nabízí HARTING svůj produkt

76

Han-Power ®S. S těmito produkty lze realizovat odbočky energetického vedení, aniž by se přerušila hlavní větev. Na nedělenou větev se jednoduše „přicvaknou“ jednotlivé prameny Han-Power ®S. Jinak je tomu při řešení komplexnějších systémů. Zde se používají řešení Han-Power ®T. Celá energetická větev se rozdělí do více dílčích segmentů, ale díky Han-Power ®T je kompletně připravena pro rychlé a časově úsporné elektrické propojení strojních i přístrojových modulů. Obě možnosti mají své výhody a jejich použití se doporučuje podle konkrétního případu. Řešení Han-Power ®T jsou mimořádně výkonná ve velkém uceleném systému, např. při transferu s modulárně postavenou trasou. Obě varianty však dovolují uživateli provést kdykoli rychlou instalaci s možností trvalého zatížení. Han-Power ® – série Využití této nové série produktů v instalační technice je možné při změně ochranných prvků. Nový skříňový rozváděč pro decentralizovanou instalační techniku je podstatně menší. Prostor ve výrobních halách lze tedy využít lépe a hospodárněji. Skříňový rozváděč optimalizovaný pro novou decentralizovanou instalaci obsahuje následující moduly: ochranný prvek, např. výkonový spínač na ochranu před zkratem, a napájecí prvek pro vedení energetické sběrnice prostřednictvím konektoru. Han-Power ® T Modular Twin V oblasti řešení Power T nabízí HARTING variantu, která je charakteristická mimořádnou flexibilitou: Han-Power ® T Modular Twin. Přitom se jedná o Power T, který jako rozhraní nabízí konektor Han-Modular ® Twin. Ten v sobě spojuje dva moduly z modulárního programu – jeden pro přenos výkonu a jeden pro přenos sig-


nálu. Lze tedy přenášet proudy do 40 A při 400/690 V. Současně jsou k dispozici dva kontakty pro 24 V a rovněž integrovaná identifikace, která kontroluje, jestli jsou všechny konektory systému funkční. Aplikace je mnohostranná a lze ji individuálně přizpůsobit potřebám zákazníka. Kombinace signálu a výkonu se dá přitom využít nejrůznějším způsobem. Plně obsazený Han-Power ® T Modular Twin se používá pro všechny odbočky. V kabelovém vývodu se používá „pouze“ pokračovací vedení, zde se kryt Han-Modular ® Twin osadí výkonovým modulem a signální modul se nahradí modulem dummy. To lze v opačném provedení využít i pro rozvod signálů.

Han-Power ® T Modular Twin s blokováním proti neoprávněnému otevření.

Pro případ, že dva spotřebiče jsou umístěny velmi blízko vedle sebe, lze použité Power T vzájemně přímo propojit. I použité systémové kabely jsou navrženy tak, že se dají v případě nutného prodloužení kdykoli spojit zástrčkou. Kromě využití předem konfekcionovaných systémových kabelů si může zákazník provést konfekcionování sám, přičemž pro připojení vodiče není potřeba žádné speciální nářadí.

pomocí Han-Power ® S, takže nedochází k přerušení větve. Odstraní se plášť kabelu a kabel se vloží do Han-Power ® S. Žíly jsou obklopeny izolací a navinou se do vrubové svorky; optimální kontaktování a oddělení izolace žil je podporováno šrouby. Připojovací svorky IDC jsou zatíženy proudem větve k decentralizovanému „spotřebiči“. V nové koncepci instalace bylo využito know-how kontaktní techniky HARAX®. Firma HARTING tedy vychází z vyzkoušené technické koncepce. Pro tuto novou kontaktní techniku v energetickém sektoru platí mezinárodní standardy, jako je dlouhodobá stabilita míst styku nebo odolnost vůči zkratu. V různých přepravních zařízeních mohou být potřebné nové koncepce, které je vždy nutné přizpůsobit konkrétnímu případu (automobilový průmysl, přístavní zařízení, obecná logistická centra). Toto systémové řešení optimálně podporuje uživatele při instalaci a údržbě zařízení. Zkušenosti z rozvodu energie a technologie kontaktů otevírají vstup na rozsáhlé cílové trhy. Moderní instalace s optimalizovanou manipulací a možností rozšíření využívaných průřezů vedení představují další výhody tohoto systému. Navíc Han-Power ® S Metall poprvé umožňuje rozvod energie a realizaci odboček i u průřezů vedení do 10 mm².

Thomas Wolting Product Manager Han® Industrial Connector, Electric HARTING Technology Group [email protected]

Han-Power ® S Energetická větev se pokládá bez ohledu na decentralizovanou jednotku řízení motoru. Odbočka se provede

77


78


Jens Grunwald

Voláme přenosové vozy (PV)! Velké vysílací společnosti jsou velmi náročnými zákazníky a každý, kdo s nimi obchodně spolupracuje, musí dodávat bezchybná osvětlovací, inscenační a produkční řešení. V tomto oboru je jedním z nejzkušenějších dodavatelů firma Connex Elektrotechnische Stechsystéme GmbH. Pro toto prostředí poskytují produkty firmy HARTING vysokorychlostní, bezpečný datový přenos a řízení zvláště během živého vysílání z přenosových vozů (PV).

Bezpečný a spolehlivý přenos dat a řízení signálů za podmínek, které kladou extrémní nároky na obsluhu a zařízení, je součástí každodenního života v zábavním průmyslu. Systémy musejí poskytovat vysoce kvalitní zvuk a obraz a doplňovat činnost velmi přesných televizních kamerových, osvětlovacích a zvukových systémů. Výběrovým řešením je nyní technologie optických vláken, pro jejíž použití hovoří dva důvody. Systémy založené na optickém přenosu splňují vysoké a rozmanité požadavky aplikací přenosu signálu na dlouhé vzdálenosti a mají vynikající vlastnosti EMC (elektromag-

netické kompatibility) pro užití v audio matrix (obraz) a intercom matrix (zvuk). Od zavedení HDTV (televize z velkým rozlišením) se datové rychlosti dramaticky zvýšily. Zatímco dříve zcela dostačovaly měděné koaxiální kabely, dnes se systémy spoléhají na řešení s technologií optických vláken a na jejich účinný a spolehlivý přenos dat dokonce i v krátkých kabelových cestách. V aplikacích, které vyžadují přenos výkonu, a v řídicích kabelových systémech se však stále dává přednost měděným vodičům. Mezinárodní společnost filmových a televizních techniků (The International 3

79


Society of Motion Picture and Television Engineers, SMPTE) vyvinula normu pro hybridní propojitelnost, v níž jsou zastoupena obě média. Norma je uznávaná na celém světě a zajišťuje neomezenou propojitelnost na výstupním konektoru (objektiv z optických vláken a měděné kontakty) ve venkovních vysílacích jednotkách se všemi kamerovými systémy, záznamovými zařízeními, propojovači, zařízeními pro přenos HDTV a zabezpečovacími zařízeními. Vypracování standardů SMPTE sídlí ve White Plains ve státě New York a je to mezinárodní organizace pro průmysl profesionálního filmu a videa. Společnost byla založena v roce 1916 (v té době se nazývala SMPE, což je Society of Motion Picture Engineers – Společnost filmových techniků). Společnost prosazuje vývoj norem, výzkum, vědeckou činnost, síťovou komunikaci a profesionální rozvoj v rychle se měnícím filmovém a televizním světě. SMPTE obvykle sama normy nenavrhuje. Místo toho slouží jako fórum a dokumentační středisko. Prakticky všichni výrobci filmového a videového zařízení jsou členy organizace. Dohody, které SMPTE dokumentuje spolu s normami vydávanými ITU (International Telecommunication Union – Mezinárodní svaz pro telekomunikaci) a ANSI (American National Standards Institute – Americký národní institut pro normalizaci), tvoří solidní základ, na němž může celý obor stavět.

V minulosti byly výběrovým řešením pro propojení výkonových a řídicích kabelových soustav terminálové bloky v zadní části zařízení, které se instalovaly mimo přenosové vozy. Jestliže nastala porucha, museli technici v PV ručně systémy přepojit. To byl časově náročný postup, který často způsobil dlouhé výpadky během živého vysílání zvláště na kamerových systémech. Diváci nebo pozorovatelé nepostřehli, co se děje, protože produkční přepnuli na ostatní kamery. Přesto bylo pracovní úsilí za scénou enormní. Zařízení bylo náchylné k poruchám a značně omezovalo možnosti, které měla osádka přenosového vozu k dispozici. Častá příprava k provozu a ukončení činnosti terénních přenosových vozů během sportovních přenosů nebo jiných akcí znamenala pro veškeré zařízení nesmírné zatížení. Přenos však musel pokračovat navzdory dešti, chladu, horku, prachu nebo blátu. Použití nových modulů Fiberfox FCM Ethernet s výkonovými a řídicími konektory PushPull firmy HARTING vzadu na 19palcových držákových modulech zcela změnilo infrastrukturu terénních přenosových vozů. V síti signálu nebo ve výkonové síti bylo možné rozvinout topologii distribuční hvězdy nebo lineárního uspořádání, která usnadnila manipulaci s měděnými kabelovými vodiči, montáž a instalaci na zadních 19palcových držákových modulech.

Obr. 1: Modul Fiberfox FCM pro Ethernet se zásuvnými konektory PushPull firmy HARTING pro výkonové napájení a ovládací řízení

80


Široké spektrum Systémy Fibrefox jsou vysoce univerzální. Jsou k dispozici volitelné možnosti, které dovolují uspokojit jakoukoliv potřebu od jednoduchých krytů konektorů až po vysoce flexibilní modulární uspořádání. 19palcové konektorové panely jsou především navrženy k podpoře konvenčních držákových aplikací. Komponenty FCM nabízejí celou řadu možností včetně autonomního provozu, montáže držáků, výstupního lože atd. Moduly se dají velmi snadno vyměnit, je-li třeba uspokojit krátkodobé požadavky, zajistit vysoký počet možností a současně odstranit zdlouhavou práci při instalaci nebo ukončení provozu. Použití duplexních konektorů SC s optickými vlákny a propojovacích kabelů HARTING SC na zadní části rámu je řešení, které se dá použít prakticky pro jakýkoliv standardní systém. To je jeden z důvodů, proč se mohou moduly Fiberfox FCM Ethernet ve spojení s konektory HARTING IP 65 / IP 67 PushPull docela dobře stát mezinárodní normou u terénních přenosových vozů, studiových a živých vysílání. Konektory je možné rychle přizpůsobit jiným multifunkčním aplikacím jednoduchým přesunutím vložek konektorů PushPull. Nejtěsnější prostor Do kompaktního prostoru na modulárních systémech je možné instalovat velké množství úzkých a kompaktních 19palcových zásuvných modulů, a tím vytvořit další va-

Obr. 2: Modul FCM pro Ethernet při použití v přenosovém voze Top Vision

rianty přídavného propojovacího pole a kabelového rozvaděče. Zásuvné prefabrikované konektory PushPull zcela vylučují nutnost instalačního přestavení v terénu a poskytují snadné nastavení s okamžitou možností provozu kabelových systémů na zadní části rámu. Propojitelnost PushPull splňuje celou řadu zvláštních požadavků SMPTE, včetně bezpečného uzamknutí bez nutnosti použít další uzamykací mechanismus krytu, polarizované kontaktní vložky, ochranu IP 65 / IP 67 a chráněné propojovací kontakty. PushPull konektory se používají u výkonových (5 A / 250 V stř.) a řídicích (1 A / 48 V stejnosm.) signálů v modulech Fiberfox FCM pro přenos dat. Časově náročné ruční přepojování na zadní části rámu (napájení a řídicí signály v 19palcovém držáku nebo v řídicí komoře) mezi moduly Fiberfox FCM přenosu dat a ostaními zařízeními, jako jsou konvertory nebo rozhraní, jsou dnes minulostí. Jedná se tak o skutečnou revoluci ve světě mediálního přenosu dat a řídicí technologie.

Jens Grunwald Area Sales Manager Germany HARTING Technology Group [email protected]

Obr. 3: Směšovací pult v přenosovém voze Top Vision

81


82


Tom Egil Svartsund

Han® v opeře V centru Osla vznikne nový architektonický symbol: nová budova opery v Oslu. Renomovaná norská opera DEN NORSKE OPERA (DNO) budovu využije jako nové jeviště v centru Osla v městské části Bjørvika. Pro vysoce moderní systém ozvučení a osvětlení dodává HARTING průmyslové spojovací konektory Han® a kabelové svazky. 3

3

83


Ústřední součástí koncepce je využití nejnovějšího technického vybavení pro solární energii. Jižní průčelí budovy směřující k přístavu je opatřeno fotoelektrickým zařízením integrovaným do fasády. Je to největší solární zařízení v Norsku s efektivním přínosem přibližně 20 600 kWh ročně.

Obr. 1: Hlavní jeviště opery v Oslo

Nová budova opery v Oslu je něco mimořádného: nejen budova, ale také zabudovaná technologie a v neposlední řadě veřejný zájem, který na sebe váže. Tomu odpovídal velký počet architektů, kteří se o projekt ucházeli. Ve výběrovém řízení se prosadila mezinárodní architektonická kancelář Snøhetta AS. Budova opery zahrnuje celkem 1 100 místností na ploše 38 500 m2 a poskytuje práci 600 pracovníků. Existují zde tři koncertní sály: hlavní sál s 1 356 místy, jeviště dvě se 440 místy a zkušební scéna s dalšími 200 místy. Rozpočet projektu činil 3,3 mld. norských korun (400 mil. EUR). Budova byla dokončena na přelomu let 2007/2008, slavnostní otevření je plánováno na 12. dubna 2008. Cíl: Zvyšování energetické účinnosti Státní realitní společnost STATSBYGG, která budovu opery realizuje na objednávku norského ministerstva kultury a církevních záležitostí (KKD), klade důraz na co možná nejmenší spotřebu energie v komplexu budov a s projektem se podílí na programu EU „ECO culture“. Tento program podporuje energeticky efektivní technologie v budovách, které se využívají ke kulturním účelům.

84

V podporovaném projektu „ECO culture“ bude odzkoušeno i optimální dimenzování automatizace technických systémů. Cílem je enormní snížení celkové spotřeby energie pro systémy osvětlení, ventilace, topení a chlazení v porovnání s tradičními budovami. Výsledkem všech společných opatření k úspoře energie v opeře v Oslu je celková roční úspora 75 kWh/m2, což je přibližně 25 procent celkové spotřeby. Systém ozvučení/systém osvětlení Opera v Oslu bude mít jedno z nejmodernějších jevišť na celém světě, na této scéně bude režisérům a pracovníkům výpravy poskytnuta veškerá volnost. To znamená: mnoho variant osvětlení, systémy konstruované a dimenzované s velikou rezervou. Celkem jsou jeviště vybavena 12 000 m kabelů. Pro systémy osvětlení se při stavbě použije dalších 120 000 metrů kabelů. Nad hlavní scénou se zdvihá 35 metrů vysoká jevištní věž, která umožňuje i nejsložitější technická uspořádání jeviště. Prostřednictvím firem Elpag AS, YIT Building Systems a Satema dodává firma HARTING průmyslové spojovací konektory Han® a kabelové svazky pro systém ozvučení a osvětlení opery. Součásti jsou zčásti hotově smontované, aby se zjednodušila a urychlila instalace. Patří sem zejména jednotky rámů a stojanů strojů a vložky k vestavné montá-

Obr. 2: Systém osvětlení


ži do skříní rozváděčů i hotové kabelové svazky a vybavení s velkou odolností pro silnoproudá výkonová zatížení a intenzivní mechanická namáhání za extrémních podmínek ve vnitřním prostředí. Silnoproudé kabely (obr. 3) k propojení náročných systémů reflektorů s ovládacím řízením osvětlení byly smontovány v Nizozemsku. Projekt má velký význam jako referenční objekt, protože zájem norské veřejnosti je mimořádně obrovský. Je to dostatečným důvodem jak pro firmu HARTING, tak pro ostatní zúčastněné subjekty, aby dodaly maximální možný výkon a nejlepší technologie. Díky své dlouholeté zkušenosti v technickém vybavení pro připojení v systémech ozvučení a osvětlení se firma HARTING mohla prosadit vůči konkurenci. I zkušenosti s kooperujícími subjekty byly velmi dobré, protože tytéž podniky poskytovaly svoji součinnost i v dřívějších projektech. Partneři Elpag AS, dodavatel systémů ozvučení a osvětlení, je od r. 1946 poskytovatelem speciálního vybavení a služeb v oblastech technického vybavení pro osvětlování, studia a jeviště. K jeho zákazníkům patří divadla, městské obce, kulturní nadace a soukromé podniky. Norský podnik realizuje činnosti při řízení a správě návrhů i projektů a montáže. Firma Elpag byla v uplynulých padesáti letech zodpovědná za více než 900 instalací na trhu technického vybavení pro studia a jeviště. DEN NORSKE OPERA však není jen největším, ale i nejprestižnějším objektem, na němž se firma Elpag v minulých letech spolupodílela. Montážní firma YIT je na norském trhu předním dodavatelem pro technické instalace v budovách. YIT nabízí kompletní řešení pro všechny technické instalace v oblastech, jako jsou silnoproudá zařízení, voda nebo ventilace. Oba podniky vyzdvihují úspěšnou spolupráci s firmou HARTING a specifické charakteristické znaky výlučného postavení výrobků firmy HARTING.

Obr. 3: Připojovací kabel firmy Elpag AS

Příspěvek firmy HARTING HARTING je velkým pojmem v oblasti ozvučení a osvětlení, a navíc osvědčeným, říká Per Sjømoen z firmy Elpag AS. „Proto volba vhodného partnera nebyla nijak obtížná. Jsme přesvědčeni o kvalitě i o službách. Líbila se nám i flexibilita, která se projevila v praktické realizaci. Možnost použití černých pouzder byla pro nás nová a zákazník ji velmi dobře přijal,“ doplňuje Sjømoen. „Černá je absolutně módní barvou v odvětví ozvučení/osvětlení.“ Vedoucí instalací u firmy YIT Building Systems, Erik Norderud, poukazuje na rozhodující výhodu aretačních pák s dobrou kvalitou. Dají se snadno a rychle namontovat a v případě nutnosti je možné je ihned vyměnit, a to navíc velmi jednoduše. Osvětlovací systémy jsou velice často umístěny mimo běžný dosah a s propojovacími prvky se ne vždy zachází s náležitou péčí. Zatížitelnost a příjemný servis jsou tedy dalšími body pro vysoce kladné hodnocení výrobků HARTING.

Tom Egil Svartsund Product Manager Cabling, Norway HARTING Technology Group [email protected]

85

tec.News 16: Přehled veletrhů

Účast firmy HARTING na veletrzích 2008 21.04. – 25.04.08 24.04.08 07.05. – 11.05.08 12.05. – 15.05.08 13.05. – 17.05.08 20.05. – 22.05.08 20.05. – 23.05.08 26.05. – 29.05.08 16.06. – 19.06.08 17.06. – 20.06.08 28.06. – 30.06.08 09.09. – 13.09.08 12.09. – 16.09.08 15.09. – 19.09.08 16.09. – 18.09.08 22.09. – 25.09.08 23.09. – 26.09.08 24.09. – 26.09.08 24.09. – 27.09.08 25.09. – 28.09.08 30.09. – 03.10.08 01.10. – 03.10.08 01.10. – 03.10.08 07.10. – 10.10.08 14.10. – 15.10.08 14.10. – 17.10.08 21.10. – 23.10.08 28.10. – 01.11.08 11.11. – 14.11.08 13.11. – 18.11.08 25.11. – 27.11.08 02.12. – 05.12.08

86

Německo, Hanover, Hannover Messe 2008 Belgie, Antverpy, VIK Industrial Automation Days Malajsie, Kuala Lumpur, MTA 2008 Spojené království, Birmingham, IFSEC 2008 Brazílie, Sao Paulo / SP, Feira da Mecânica Itálie, Turín, ExpoFerroviaria Slovensko, Nitra, MSV Nitra Norsko, Lillestrøm, Eliaden 2008 Severní Amerika, Las Vegas, NV, NXTcomm Singapur, Singapur, Communic Asia 2008 Čína, Peking, Wind Power Asia Německo, Husum, Wind Trade Fair in Husum Holandsko, Amsterdam, IBC 2008 Česká republika, Brno, MSV Brno Švýcarsko, Curych, Focus Technologie Forum Německo, Stuttgart, Motek 2008 Německo, Berlin, innotrans 2008 Španělsko, Zaragoza, PowerExpo Brazílie, Curitiba / PR, EXPOMAC Indie, Bombaj, Automation 2008 Holandsko, Utrecht, Aandrijftechniek Finsko, Jyväskylä, Tekniikka 2008 Rusko, Moskva, PTA 2008 Rakousko, Linz, VIENNATEC Belgie, Brusel, MOCON Slovensko, Trenčín, ELOSYS Severní Amerika, Santa Clara, CA, AdvancedTCA 2008 Španělsko, Madrid, Matelec Německo, Mnichov, electronica Španělsko, Madrid, Rail Forum Německo, Nürnberg, SPS/IPC/Drives Rusko, Moskva, Electricheskiye seti Rossii


87

Austria

HARTING Ges. m. b. H. Deutschstraße 19, A-1230 Wien Phone +431/6162121, Fax +431/6162121-21 E-Mail: [email protected]

Belgium

HARTING N.V./S.A. Z.3 Doornveld 23, B-1731 Zellik Phone +322/4660190, Fax +322/4667855 E-Mail: [email protected]

Brazil

HARTING Ltda. Av. Dr. Lino de Moraes, Pq. Jabaquara, 255 CEP 04360-001 - São Paulo - SP - Brazil Phone +5511/5035-0073, Fax +5511/5034-4743 E-Mail: [email protected] Internet: www.HARTING.com.br

Great Britain

HARTING Polska Sp. z o. o. ul. Kamieńskiego 201-219, 51-126 Wrocław Phone +48 71-352 81 71, Phone +48 71-352 81 74 Fax +48 71-320 74 44 E-Mail: [email protected] Internet : www.HARTING.pl

Hong Kong

HARTING Iberia, S. A. Avda. Josep Tarradellas, 20-30, 4º 6ª, 08029 Barcelona (Spain) Phone +351.219.673.177, Fax +351.219.678.457 E-Mail: [email protected]

HARTING (HK) Limited, Regional Office Asia Pacific 3512 Metroplaza Tower 1, 223 Hing Fong Road Kwai Fong, N. T., Hong Kong Phone +852/2423-7338, Fax +852/2480-4378 E-Mail: [email protected] Internet: www.HARTING.com.hk

India

HARTING Singapore Pte Ltd. No. 1 Coleman Street, #B1-21 The Adelphi Singapore 179803 Phone +6562255285, Fax +6562259947 E-Mail: [email protected]

Czech Republic

HARTING India Private Limited No. D, 4th Floor, ‚Doshi Towers‘ No. 156 Poonamallee High Road, Kilpauk, Chennai 600 010, Tamil Nadu, Chennai Phone +91-44-4356 0415/6, Fax +91-44-4356 0417 E-Mail: [email protected] Internet: www.HARTING.com

Finland

HARTING Oy Teknobulevardi 3-5, PL 35, FI-01530 Vantaa Phone +358 9 350 873 00, Fax +358 9 350 873 20 E-Mail: [email protected]

France

HARTING France 181 avenue des Nations, Paris Nord 2 BP 66058 Tremblay en France F-95972 Roissy Charles de Gaulle Cédex Phone +33149383400, Fax +33148632306 E-Mail: [email protected]

Germany

HARTING Deutschland GmbH & Co. KG Postfach 2451 · D-32381 Minden Simeonscarré 1 · D-32427 Minden Phone +49 571 8896-0, Fax +49 571 8896-282 E-Mail: [email protected] Internet: www.HARTING.com

Office Germany

HARTING Deutschland GmbH & Co. KG Blankenauer Straße 99, D-09113 Chemnitz Phone +49 0371 429211, Fax +49 0371 429222 E-Mail: [email protected]

Russia

HARTING ZAO ul. Tobolskaja 12, Saint Petersburg, 194044 Russia Phone +7/812/3276477, Fax +7/812/3276478 E-Mail: [email protected], Internet: www.HARTING.ru

China

HARTING spol. s.r.o., Mlýnská 2, 16000 Praha 6 Phone +420 220 380 460, Fax +420 220 380 461 E-Mail: [email protected] Internet: www.HARTING.cz

Portugal

Hungary

HARTING Magyarországi Kft. 1119 Budapest, Fehérvári út 89-95, II. emelet 217/A. Phone +36-1-205 3464, Fax +36-1-205 3465 E-Mail: [email protected] Internet: www.HARTING.hu

Zhuhai HARTING Limited, Shanghai Branch Room 5403, 300 Huaihai Zhong Road Hong Kong New World Tower, Luwan District, P.R.C Shanghai 200021, China Phone +86 21 - 63 86 22 00, Fax +86 21 - 63 86 86 36 E-Mail: [email protected] Internet: www.HARTING.com.cn

Poland

HARTING Ltd. Caswell Road, Brackmills Industrial Estate GB-Northampton, NN4 7PW Phone +441604/766686, 827500 Fax +441604/706777 E-Mail: [email protected] Internet: www.HARTING.co.uk

Italy

HARTING SpA Via Dell‘ Industria 7, I-20090 Vimodrone (Milano), Phone +3902/250801, Fax +3902/2650597 E-Mail: [email protected]

Japan

HARTING K. K. Yusen Shin-Yokohama 1 Chome Bldg., 2F 1-7-9, Shin-Yokohama, Kohoku-ku, Yokohama 222-0033 Japan Phone +81 45 476 3456, Fax: +81 45 476 3466 E-Mail: [email protected] Internet: www.HARTING.co.jp

Korea

HARTING Korea Limited #308 Leaders Bldg., 342-1, Yatap-dong, Bundang-gu Sungnam-City, Kyunggi-do, 463-828, Korea Phone +82-31-781-4615, Fax +82-31-781-4616 E-Mail: [email protected]

Singapore

Spain

HARTING Iberia S.A. Avda. Josep Tarradellas 20-30 4º 6ª, 08029 Barcelona Phone +34 933 638 475, Fax +34 934 199 585 E-Mail: [email protected]

Sweden

HARTING AB Gustavslundsvägen 141 B 4tr, 167 51 Bromma Phone +468/4457171, Fax +468/4457170 E-Mail: [email protected]

Switzerland

HARTING AG Industriestrasse 26, CH-8604 Volketswil Phone +41 44 908 20 60, Fax +41 44 908 20 69 E-Mail: [email protected]

Taiwan

HARTING R.O.C. Limited Room 1, 5th Floor, No. 495 Guang Fu South Road 110 Taipei, Taiwan Phone +886 02-2758-6177, Fax +886 02-2758-7177 E-Mail: [email protected] Internet: www.HARTING.com.tw

USA

HARTING B.V. Larenweg 44, NL-5234 KA ‚s-Hertogenbosch Postbus 3526, NL-5203 DM ‚s-Hertogenbosch Phone +3173/6410404, Fax +3173/6440699 E-Mail: [email protected]

HARTING Inc. of North America 1370 Bowes Road, Elgin, Illinois 60123 Phone +1 (877) 741-1500 (toll free) Fax +1 (866) 278-0307 (Inside Sales) Fax +1 (847) 717-9430 (Sales and Marketing) E-Mail: [email protected] Internet: www.HARTING-USA.com

Norway

Eastern-Europe

Netherlands

HARTING A/S, Østensjøveien 36, N-0667 Oslo Phone +4722/700555, Fax +4722/700570 E-Mail: [email protected]

HARTING KGaA

HARTING Eastern Europe GmbH Bamberger Straße 7, D-01187 Dresden Phone +49 351 / 4361760, Fax +49 351 / 4361770 E-Mail: [email protected]

Marienwerderstraße 3 | D-32339 Espelkamp P.O. Box 11 33 | D-32325 Espelkamp Phone +49 5772 47-0 | Fax +49 5772 47- 400 E-Mail: [email protected] | Internet: www.HARTING.com

Příspěvek hosta p. Herberta Kraibühlera Automatizace: Perspektivní trend i v odvětví vstřikovacího lití

Recommend Documents