Roboty w szpitalu i w domu?! - Relacja z konferencji RYTRO 2013

Pierwszy dzień konferencji prowadził Andrzej Turak – wiceprezes zarządu, dyrektor techniczny firmy Skamer-ACM, który powitał licznie przybyłych uczestników konferencji, a wśród nich przede wszystkim przedstawicieli nauki z uczelni technicznych: AGH Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie, Politechnik: Warszawskiej, Rzeszowskiej i Śląskiej oraz z Akademii Techniczno-Humanistycznej w Bielsku-Białej; kadrę inżynierską największych zakładów przemysłowych i biur projektowych, głównie z regionu Polski południowo-wschodniej, przedstawicieli organizatorów – prezesów, dyrektorów oraz przedstawicieli prasy technicznej i portali internetowych.

Konferencję, a ściślej część naukową, rozpoczął patron konferencji prof. dr hab. inż. Ryszard Tadeusiewicz, kierownik Katedry Automatyki Wydziału Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej AGH Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Profesor przygotował referat „Roboty dla potrzeb chirurgii”, który wszyscy wysłuchali z dużym zaciekawieniem.

Roboty pracujące w przemyśle są nam dobrze znane od wielu lat. Obecnie zbliża się czas robotów przeznaczonych do prac biurowych i inteligentnej rozrywki, a następnie tych, które będą nam towarzyszyły w domach przy wykonywaniu różnych prac domowych. I tu nasuwa się pytanie – czy jest miejsce dla robota np. w szpitalu. Szybko można odpowiedzieć, że na pewno tak, np. w roli informatora lub jako środek transportu, ale czy w bezpośrednim leczeniu pacjenta robot może być pomocny? Technika jest dziś kluczem do większości sukcesów współczesnej medycyny, a roboty medyczne stają się coraz ważniejszą dziedziną techniki i coraz ważniejszym narzędziem medycyny. Okazuje się, że chirurgia, spośród wszystkich działów medycyny, jest najbardziej inspirującym działem do zastosowania robotów. Kolejne pytanie, jakie się nasuwa to: czy robot może zastąpić chirurga? Na to pytanie odpowiedź twierdząca padła już w XV w., kiedy Leonardo da Vinci zaprojektował pierwszego robota. Robot chirurgiczny może pracować w dwóch wariantach: pełnej automatyzacji, tak jak to funkcjonuje w przemyśle, lub jako robot sterowany przez chirurga.

Z zastosowania robota chirurgicznego wynika wiele korzyści, a przede wszystkim: pacjent jest mniej okaleczony (elementy wykonawcze robota działają wewnątrz ciała pacjenta przy minimalnym rozcięciu powłok ciała), chirurg jest mniej zmęczony, a zabiegi przeprowadzane są z większą precyzją. Mogą być też przeprowadzane przez chirurga zdalnie. Oczywiście na sali operacyjnej zawsze powinien być zespół lekarzy, który będzie interweniował w sytuacji, gdyby zawiodła technika. Profesor Ryszard Tadeusiewicz zaprezentował kilka praktycznych rozwiązań w zakresie robotów chirurgicznych, z wyróżnieniem rozwiązań opracowanych przez AGH Akademię Górniczo-Hutniczą w Krakowie i Politechnikę Łódzką.

Robot chirurgiczny, zanim zostanie użyty w prawdziwej operacji, przechodzi zwykle gruntowne testy. Odpowiedni trening wymagany jest też od lekarzy. Dotychczas w sferze zastosowań praktycznych dominuje robot da Vinci firmy Intuitive Surgical. Obecnie na świecie pracuje ponad 2,5 tys. tych robotów, z czego w Europie ponad 350. W Polsce, jak dotychczas, jest tylko jeden robot da Vinci – w Wojewódzkim Szpitalu Specjalistycznym we Wrocławiu. Pracuje tam od grudnia 2010 r., a z jego użyciem wykonano zaledwie 68 operacji.

Kolejnym prelegentem był prof. dr hab. inż. Leszek Trybus, kierownik Katedry Informatyki i Automatyki Wydziału Elektrotechniki i Informatyki Politechniki Rzeszowskiej. Tytuł wygłoszonego referatu to: „Porównanie prototypu sterownika FPGA z klasycznymi sterownikami PLC”. Profesor dokonał porównania sterownika PLC z prototypem sterownika wykonanego na bazie programowalnego układu logicznego FPGA (ang. Field Programmable Gate Array) w Katedrze Informatyki i Automatyki Politechniki Rzeszowskiej. Opracowany prototyp można programować, zgodnie z normą PN-EN 61131-3: 2004/E, tzn. w językach tekstowych ST, IL, graficznych FBD, LD oraz mieszanym SFC, korzystając ze środowiska CPDev. CPDev (ang. Control Program Developer) jest zintegrowanym środowiskiem programistyczno-uruchomieniowym przeznaczonym do programowania sterowników PLC/PAC zgodnie z ww. normą.

Głównym elementem sterownika jest specjalizowany procesor sprzętowy, zastępujący maszynę wirtualną VM-CPDev wykonującą skompilowany program na standardowych procesorach. Sterownik FPGA-PLC wykonuje taki program przynajmniej o rząd wielkości szybciej niż klasyczne sterowniki PLC. Ponadto układ FPGA pozwala na łatwą implementację kilku procesorów, które współbieżnie jeszcze szybciej wykonują obliczenia. Profesor Leszek Trybus przedstawił proces projektowania, realizacji sprzętowej i programowania sterownika FPGA. Wykazał łatwość programowania i podobieństwo z programowaniem klasycznych sterowników PLC. Dla porównania funkcjonalności wyników końcowych przedstawił sterowanie pompami w wieży ciśnień. Na zakończenie dokonał porównania czasu obliczeń programu przez prototyp sterownika FPGA-PLC, a także sterowniki konwencjonalne VersaMax GE Fanuc i S7-1200 Siemens oraz sterownik klasy soft-PLC – CP6607 Beckhoff. Wyniki są imponujące w przypadku sterownika FPGA, którego czas obliczeń wynosi 10,3 µs, przy pozostałych wynoszących odpowiednio: 36 700 µs, 2383 µs i 139,20 µs.

Prof. dr hab. inż. Jan Maciej Kościelny z Instytutu Automatyki i Robotyki Wydziału Mechatroniki Politechniki Warszawskiej wygłosił referat „Pomiary w diagnostyce on-line procesów przemysłowych”. Wprowadzając w temat prelekcji prof. Jan Maciej Kościelny przypomniał zebranym etapy diagnostyki procesów, a na przykładzie katastrofy z grudnia 2005 r. w Buncefield w Anglii, gdzie awaria czujnika poziomu w zbiorniku paliwa była przyczyną największego pożaru w Europie, podkreślił jej znaczenie. Profesor zwrócił uwagę na szereg problemów i dokonał ich analizy: np. czy można rozdzielić diagnostykę procesu od diagnostyki torów pomiarowych? Jakie wielkości fizyczne mierzyć? Czy możliwe są pomiary uszkodzeń? Jaka jest rola sensorów wirtualnych w diagnostyce? W jaki sposób projektować zbiór pomiarów dla potrzeb diagnostyki on-line? Ostatecznie wysunął tezę, że optymalnym rozwiązaniem jest system diagnostyczny, w którym wykorzystywane są sensory pojedynczych uszkodzeń. W dalszej części przedstawił różnego rodzaju pomiary i urządzenia do ich realizacji. Omówił m.in. pomiary procesów korozyjnych i sensory uszkodzeń, przedstawił detektory: płomienia, gazów palnych, wybuchowych i toksycznych oraz metody pomiarowe, sensory akustyczne przecieków, sensor wycieku medium przez dławicę i detekcje wycieku oraz pokazał, jak są wykorzystywane obrazy z kamer do monitorowania jakości wyrobów i diagnostyki procesów.

Kolejny wniosek to: im więcej zmiennych procesowych mierzymy, tym wyższe mamy wskaźniki wykrywalności i rozróżnialności uszkodzeń. Jak powiedział profesor: miarą dokładności diagnozowania jest wskaźnik rozróżnialności uszkodzeń, którego wartość nie zależy od dokładności pomiarów. Dokładność danej diagnozy zależy od liczby uszkodzeń przez nią wskazywanych – im mniejsza liczba, tym dokładniejsza diagnoza. Ostatecznie profesor podsumował swój referat konkluzją: pomiary to podstawa bieżącej diagnostyki urządzeń i procesów, realizowanej w sposób automatyczny.

Z kolei prof. dr hab. inż. Tadeusz Skubis z Instytutu Metrologii, Elektroniki i Automatyki Wydziału Elektrycznego Politechniki Śląskiej wygłosił referat „Minimalizacja zniekształceń prądu wprowadzanych przez przekładnik prądowy”.

Prądy mierzone w zastosowaniach przemysłowych osiągają bardzo duże wartości przy coraz bardziej odkształconym przebiegu. W przypadku pomiaru prądu zmiennego o dużym natężeniu musi być stosowany przekładnik prądowy, który powinien tylko zmienić skalę przebiegu, zachowując jego kształt. Niestety, przekładniki prądowe zniekształcają dodatkowo postać przebiegu.

Przekładniki prądowe są znane od ponad 130 lat i od tej pory prowadzone są badania w celu zredukowania liczby ich błędów. Udało się to uzyskać dzięki postępom w inżynierii materiałowej. W wyniku rozwoju powstały m.in. blachy transformatorowe anizotropowe, permaloje, taśmy amorficzne. Opracowano także różne układy połączeń przekładników prądowych pozwalające zmniejszyć błędy pomiarowe, takie jak przekładnik dwurdzeniowy Brooksa i Holtza. Zmniejszono błąd pomiarowy przez korekcję uzwojeń, domagnesowanie rdzenia, zminimalizowanie błędów środkami zewnętrznymi itd.

Zniekształcenia prądu wtórnego zależą głównie od zawartości harmonicznych w prądzie pierwotnym oraz zniekształceń wprowadzanych przez rdzeń ferromagnetyczny. Profesor Tadeusz Skubis w wygłoszonym referacie przedstawił, jak zminimalizować zniekształcenia przebiegu prądu wtórnego wprowadzane przez przekładnik, przy pozostawieniu zniekształceń przebiegu prądu pierwotnego. Zminimalizowanie zniekształceń wprowadzanych przez rdzeń przekładnika nie polega na idealizacji parametrów rdzenia, ale na opracowaniu algorytmu przetwarzania próbek przebiegu, przy wykorzystaniu parametrów przekładnika znanych z tabliczki znamionowej oraz z pomiarów przekładnika możliwych do wykonania bez ingerencji w jego wnętrze. Profesor Tadeusz Skubis przedstawił cały proces obliczeń i zaprezentował wyniki badań. Wnioski są bardzo zadowalające i potwierdzają fakt, że metoda opracowana przez pracowników Politechniki Śląskiej jest skuteczna i może być stosowana zarówno do przekładników nowo projektowanych, jak i już będących w eksploatacji.

Część naukową konferencji zakończył prof. dr hab. inż. Piotr Kurytnik, kierownik Katedry Elektrotechniki i Automatyki Akademii Techniczno-Humanistycznej w Bielsku Białej, który był członkiem delegacji firmy Limatherm Sensor. Profesor w swojej prelekcji przedstawił rolę czujników w rozwoju automatyki.

Po zakończeniu części naukowej rozpoczęła się prezentacja firm, tj. organizatorów i sponsorów spotkania. Każda z firm miała do wykorzystania trzy bloki czasowe, w których przedstawiano firmę, ofertę wybranych produktów/usług, zrealizowane wdrożenia (część oferty można znaleźć w nr 5/2013 miesięcznika „Pomiary Automatyka Robotyka”). Wystąpienia przedstawicieli poszczególnych firm zyskały na atrakcyjności, gdyż specjalnie dla uczestników konferencji przygotowano filmy promocyjno-instruktażowe.

Pierwszy dzień konferencji zakończony został uroczystym bankietem, który pozwolił wszystkim uczestnikom szybko zrelaksować się po kilkugodzinnych prelekcjach. Jedną z gwiazd wieczoru była znana osobowość kabaretowa Andrzej Poniedzielski – poeta, autor tekstów piosenek, humorysta, twórca scenariuszy, który rozpoczynając swój występ zaznaczył, że dobrze rozumie zebranych, bo sam studiował na politechnice i ukończył kierunek „automatyka przemysłowa”. Drugą gwiazdą wieczoru była Kayah i towarzyszący jej zwycięzca drugiej edycji programu „Mam talent”, Marcin Wyrostek.

Drugi dzień konferencji każdy z uczestników mógł sobie zaplanować zgodnie ze swoimi zainteresowaniami. Wszyscy, którzy chcieli porozmawiać z przedstawicielami organizatorów mogli to uczynić w głównej sali konferencyjnej przy stoiskach poszczególnych firm. Tutaj można było otrzymać materiały informacyjne, zapytać o szczegóły techniczne konkretnego produktu lub przedyskutować nurtujące problemy techniczne. W tym samym czasie, równolegle w dwóch salach konferencyjnych, odbywały się prezentacje firm będących organizatorami oraz panele dyskusyjne.

W pierwszej sali prezentowały się firmy z następującymi tematami:

• Limatherm Sensor: Grzałki elektryczne w ofercie Limatherm Sensor – budowa i dobór;
• Eaton Electric: Jak rozwiązania kasetowe xEnergy z komunikacją SW-DT firmy Eaton rewolucjonizują zdalne lub automatyczne sterowanie silnikami i procesem produkcyjnym;
• Turck: Najciekawsze aplikacje w gazownictwie i energetyce;
• Emerson Process Management: Bezpieczni z Emersonem;
• WIKA Polska: Przegląd urządzeń do testowania i kalibracji;
• Technokabel: Nowe konstrukcje kabli i przewodów do układów elektroniki i automatyki przemysłowej.

Wystąpienia zamknął blok dyskusyjny na temat aparatury kontrolno-pomiarowej i systemów sterowania.

W drugiej sali konferencyjnej tematami poszczególnych wystąpień były:

• Danfoss Poland:
  1. Przetwornice częstotliwości Danfoss zainstalowane w trudnych warunkach środowiskowych;
  2. Przetworniki ciśnienia i presostaty elektroniczne – nowości w ofercie Danfoss;
• Jumo:
  1. System automatyki mTRON T; know-how Jumo w postaci nowoczesnej i elastycznej kompilacji sprzętu i oprogramowania;
  2. Zapowiedzi technologicznych nowości w ofercie Jumo;
• Pepperl+Fuchs: Nowoczesne rozwiązania na hali produkcyjnej;
• Skamer-ACM: Pomiar wilgotności gazów; technologie i ich zastosowanie;
• Siemens: Nowości w aparaturze kontrolno-pomiarowej i w komunikacji przemysłowej firmy Siemens;
• ABB:
  1. Nowy kompaktowy przepływomierz Coriolisa o wielkich możliwościach;
  2. Nowe, energooszczędne zestawy napędowe od ABB – ACS850 z silnikiem reluktancyjnym.

Spotkanie zakończyła dyskusja, której przedmiotem były napędy i instalacje elektryczne. Poruszono m.in. temat zastosowania przetwornic częstotliwości w układach pompowych i wentylatorowych oraz czas zwrotu takiej inwestycji.

Konferencję zakończył obiad serwowany przy góralskiej muzyce. Przedstawiciele głównego organizatora spotkania, w osobach prezesa zarządu Skamer-ACM Zygmunta Jarosza i wiceprezesa Andrzeja Turaka, żegnając gości zapraszali do udziału w kolejnej konferencji za rok, a wcześniej do udziału w konferencji naukowo-technicznej „Techniczne, prawne i ekonomiczne aspekty poprawy efektywności energetycznej w wybranych sektorach gospodarki” w dniach 3–4 października 2013 r. Organizatorem konferencji jest Małopolsko-Podkarpacki Klaster Czystej Energii, AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, firma S&P Group oraz Skamer-ACM. Konferencja odbędzie się również w Rytrze.

Jolanta Górska-Szkaradek