90 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 90 NR 5/2014 Tomasz GARSTKA, Marcin KNAPIŃSKI Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Zakład Automatyki i Aparatury Elektronicznej Interfejs EMG do sterownika programowalnego PLC Streszczenie. W artykule przedstawiono konstrukcję zintegrowanego interfejsu HMI, sygnału elektromiograficznego, dedykowanego do współpracy ze sterownikami programowalnymi PLC. Modułowa konstrukcja, umieszczona w obudowie przystosowanej do montażu na szynie DIN, umożliwia zabudowanie interfejsu w typowych szafach sterowniczych obok innych elementów automatyki. Przedstawiono również działanie podprogramu sterownika, współpracującego z interfejsem jak i praktycznych testów zbudowanego układu, w trakcie, których, badano jego funkcjonowanie. Abstract. In this paper the integrated construction of HMI interface, dedicated to cooperation with programmable logic controller was presented. Modular structure of interface, installed inside casing for mounting on DIN rail, allows installing it in standard control cabinets along with other automation components. Operation of PLC’s subroutine for cooperation with presented interface as well as results of its investigations during practical tests was shown. (EMG interface for PLC controller) Słowa kluczowe: Sygnał elektromiograficzny, interfejs, sterownik PLC. Keywords: EMG signal, interface, PLC controller. doi:10.12915/pe.2014.05.20 Wstęp Jednym z przejawów aktywności biologicznej motorycznych struktur mięśniowych, poza ewidentnymi, objawiającymi się w postaci sygnałów mechanicznych, takich jak przesunięcie czy przyspieszenie w przypadku kończyn, jest wytwarzanie przez nie zmiennych potencjałów elektrycznych [1]. Wypadkowy sygnał elektryczny odpowiadający zmianom potencjału poszczególnych komórek mięśniowych wchodzących w skład mięśnia, nosi nazwę sygnału elektromiograficznego (EMG) i posiada charakterystyczną postać, przedstawioną na rysunku 1. Na przebiegu tym można wyróżnić początkową fazę aktywnego pobudzenia w momencie inicjacji skurczu, fazę stabilizacji w stanie utrzymywania napięcia mięśnia oraz fazę spoczynkową. Jego amplituda może przyjmować wartości od ułamków miliwolta do kilkudziesięciu miliwoltów, natomiast użyteczne pasmo częstotliwościowe zawiera się w przedziale do około jednego kHz. Parametry tego sygnału – kształt obwiedni, stromość narastania, czas trwania czy amplituda ściśle powiązane są z charakterem wysiłku. Rys.1. Przykładowy przebieg mięśniowego potencjału elektrycznego W zastosowaniach ściśle medycznych, badanie elektromiograficzne, polegające na ocenie sygnału EMG jest podstawowym narzędziem w diagnostyce czynności układu nerwowo-mięśniowego [2] oraz wykrywania chorób tego układu, np. miastenii [3]. Potencjały czynnościowe poszczególnych mięśniowych jednostek motorycznych (MUAP) są również wektorem sygnałów wejściowych układów sterujących zaawansowanymi układami protez kończyn [4, 5, 6]. Poza medycyną, stosunkowo szerokie pole aplikacyjne do wykorzystania sygnałów EMG, istnieje w obszarach powiązanych z automatyką i robotyką do realizacji sterowania intuicyjnego i behawioralnego maszynami i urządzeniami technicznych a nawet pojazdami [7]. Jako potencjalny przykład można także przytoczyć proces załadunku lub montażu, podczas którego obserwator, powtarzanymi skinięciami dłoni, przekazuje operatorowi urządzenia załadowczego (dźwigu, suwnicy) informacje o położeniu ładunku i możliwości wykonywania ruchu. Miopotencjały towarzyszące wywołującym te intuicyjne ruchy, skurczom mięsni przedramienia, można bezpośrednio wykorzystać do sterowania wyżej wymienionym procesem. Podobnie, taka technologia sterowania może znaleźć zastosowanie w obszarze podtrzymania aktywności zawodowej osób, z trwałym wyłączeniem bądź czasowym ograniczeniem funkcji motorycznych czy też manipulacyjnych kończyn górnych, spowodowanych urazem. Sterowanie intuicyjne może również znaleźć zastosowanie w obszarach związanych z inżynierią bezpieczeństwa, umożliwiając awaryjne zatrzymanie procesu w warunkach ograniczonego dostępu operatora do wyłącznika bezpieczeństwa [8] lub na podstawie jego odruchów bezwarunkowych, towarzyszących sytuacji zagrożenia (rys.2). Rys.2. Przedstawienie idei zatrzymania procesu, z wykorzystaniem sygnałów EMG towarzyszących odruchom bezwarunkowym Implementacja powyższych sposobów sterowania w rzeczywistych, istniejących układach automatyki i kontroli procesów , wymaga opracowania odpowiednich interfejsów pomiędzy człowiekiem a sterowanym urządzeniem, pełniących analogiczną rolę jak układy BCI [9]. Dostosowane musza być one jednak do pewnych obowiązujących standardów przemysłowych czy to w zakresie parametrów sygnałów elektrycznych czy też ich konstrukcji mechanicznej.