Spolehlivá průmyslová zařízení určují rychlost pronikání automatizace
Množství dostupných dat a informací v posledních desetiletích nadále exponenciálně roste, tak jako se souběžně zvyšuje i miniaturizace a výkon počítačů. To všechno by však bylo k ničemu, kdyby nebylo snímačů a akčních členů, které tvoří aktivní most mezi reálným analogovým světem a virtuálním světem počítačů a sítí. Na jejich zdokonalování závisí přinejmenším další pronikání automatizace do oblasti řízení procesů.
Protože náš svět je konkrétní a fyzický a nikoliv virtuální, potřebujeme hardwarové a softwarové snímače a akční členy, které zprostředkovávají interakci našich procesů s okolním světem. Umožňují optimalizovat efektivitu výrobních procesů, udržovat jejich kvalitu, chránit obsluhu i životní prostředí a co nejlépe využívat přírodní zdroje.
Obr. Průmyslové měřicí elektrody pH s integrovanou pamětí dat a bezkontaktním přenosem naměřených hodnot
Bez snímačů by byl každý systém jen torzem, slepý, hluchý, necitlivý. Informace musí být absolutně spolehlivé – tedy funkčně spolehlivé, správné a neustále k dispozici. K tomu jsou zapotřebí moderní robustní snímače tj. založené na širokopásmovém principu, musí mít adaptivní funkce a využívat nové samotestovací a diagnostické funkce – a to hned u měřicího místa, přímo ve snímači. To jsou požadavky, které ani zdaleka nejsou vždy splněny. Takto kvalifikovatelné a ověřené snímače se musí stále větší měrou využívat především ve farmaceutickém průmyslu a zanedlouho i v potravinářském průmyslu.
Technologická automapa je zapotřebí
Spolehlivost snímačů se zlepšuje zejména díky následujícím třem odvětvím:
- mikroelektronika s rostoucím výpočetním výkonem a stále levnějšími, výkonnějšími a menšími prvky,
- informační technika se svými standardizovanými komunikačními sítěmi (sběrnice, internet),
- mikrotechnologie s novými měřicími principy.
Senzory se stále větší měrou stávají integrální složkou celého systému, k němuž se dodávají – nejen po informačně-technické stránce, ale také konstrukčním provedením a požadavkům na jejich mobilitu.
Obr. Coriolisův hmotnostní průtokoměr nyní měří zároveň i viskozitu kapalin
Zvlášť ten poslední aspekt vyžaduje úplně nové přístupy v hospodaření s energií a co nejmenší rozměry a hmotnost. Upřednostňovaným řešením, a to i z cenového hlediska, budou proto univerzální stavebnicové koncepty. Snímače byly vždy multitechnologické a takovými i do budoucna zůstanou: všechny technické a přírodovědné disciplíny přispívají ke spolehlivé funkci u dané konkrétní měřicí úlohy. Mimo to se do budoucna na tom bude vždy podílet i software, především ten ve snímači, a to i proto, že nedávný přechod od analogových měřicích hodnot k digitálním mnohé zjednodušil, zlevnil a podstatně zvýšil spolehlivost. Základem budoucího technologického pokroku jsou mikrotechnologie a mikroelektronika a biotechnologie. I přínos nanotechnologií může být zajímavý. Využití elektromagnetických vln, ať ve viditelné oblasti nebo daleko nad ní, může přinášet nové důležité aplikace – tak jako nám v posledních letech zcela nové možnosti otevřely mikrovlnné radary na měření hladiny.
Na startovní čáru nastupují biosnímače
Dnes se využívá pro v měřicí technice asi 150 chemických a fyzikálních jevů a biotechnologie k nim přidávají stále další a další. Díky nim máme k dispozici úplně nové biosnímače – nejen pro farmacii, ale i v ekologii nebo v potravinářském průmyslu. Často jsou založeny na tzv. pákovém efektu (malá příčina, velký následek).
Akční členy přeměňují informace na účinek
Spolehlivost akčních členů musí odpovídat spolehlivosti snímačů a systému, protože jejich selhání by v mnoha případech mělo bezprostředně za následek velkou škodu. Ke třem zdrojům technologického pokroku zmíněným u snímačů přistupuje u akčních členů ještě spolehlivá konstrukce s využitím nových materiálů, tvářecích a spojovacích postupů a často podceňovaného přesného strojírenství a jemné mechaniky. Také akční členy se stále větší měrou stávají integrální složkou systému; proto jsou i na ně kladeny podobné požadavky jako na senzory.
Systémy snímačů a akčních členů
Jsou to především nové poznatky v oboru mikrotechnologie, které umožňují v miniaturním prostoru integrované funkce snímačů a akčních členů s mikroprocesorovým kontrolérem jako autonomní systémy, ať jako „agent“ s pevně definovanou funkcí, nebo jako inteligentní subsystém. Potřebné technologie jsou široce dostupné a v mnoha případech uvázly v takzvané technologické zácpě. První realizovaná systémová řešení již byla úspěšně nasazena, ale o budoucnosti těchto mechatronických systémů budou rozhodovat požadavky trhu a nikoli technologické možnosti. Mimořádnou výzvou moderní mechatroniky představuje spojení různých technologií z oborů techniky a přírodních věd.
Dipl.-Ing. Dieter Schaudel
