Master's Thesis

Control of the tracer gas recovery system

Final Thesis 28.7 MB Appendix 12.68 MB

Author of thesis: Bc. Miloš Sedláček

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Radek Štohl, Ph.D.

Reviewer: Ing. Soňa Šedivá, Ph.D.

Abstract:

This master’s thesis focuses on the design, software implementation, and experimental verification of an automated helium recovery system, aimed at minimizing the loss of this rare gas during leak detection processes. The main objective was to develop a control program for a programmable logic controller within the TIA Portal environment and a human-machine interface to ensure precise mixing and conditioning of the recovered mixture to the target concentration. Two gas dosing methods were compared: active control using mass flow controllers and passive dosing utilizing capillaries. The proposed system was subjected to operational testing simulating real recovery cycles, mixture composition disturbance compensation, and tightness tests. The results demonstrate that both methods achieve high precision, with a mean absolute error of 0.42 percentage points. This thesis delivers a comprehensive solution for a recovery station and formulates guidelines for its deployment and optimization in industrial practice.

Keywords:

helium analyzers, gas dosing, leak detection, leak detectors, helium, mass flow controller, capillary, helium concentration measurement, PLC, control valves, flow controller, helium recovery, recovery station, control program, control system, gas flow control

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student obhájil diplomovou práci. Komise neměla žádné námitky k řešené práci. V průběhu odborné rozpravy student odpověděl na dotazy oponenta. Komise se tázala na použité snímače. Student na otázky odpověděl bez výhrad.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Cybernetics, Control and Measurements (MPC-KAM)

Composition of Committee

doc. Ing. Petr Fiedler, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Tomáš Macho, Ph.D. (člen)
Ing. Stanislav Pikula, Ph.D. (člen)
Ing. Soňa Šedivá, Ph.D. (člen)
Ing. Radek Štohl, Ph.D. (člen)
Ing. et Ing. Lukáš Zezula, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Marcoň, Ph.D. (předseda)

Supervisor’s report
Ing. Radek Štohl, Ph.D.

Diplomová práce se zabývá návrhem a realizací systému pro řízení rekuperace značkovacího plynu s využitím PLC. Student zpracoval problematiku komplexně, od rešerše metod rekuperace helia, řízení průtoku a měření koncentrace až po návrh, implementaci a experimentální ověření funkčního řešení. Text práce je přehledně strukturován, má odpovídající rozsah a je zpracován na velmi dobré odborné i jazykové úrovni. Použitá literatura je relevantní a vhodně využitá při návrhu jednotlivých částí systému.

Za zvláště přínosné považuji realizaci řídicího programu v prostředí TIA Portal, vytvoření uživatelského rozhraní a experimentální porovnání dvou metod dávkování helia. Výsledky práce mají praktickou využitelnost a představují hodnotný podklad pro další rozvoj rekuperační stanice.

Student během řešení postupoval samostatně, aktivně konzultoval dílčí kroky a průběžně plnil stanovené cíle. Zadání diplomové práce bylo splněno v plném rozsahu.

Práci doporučuji k obhajobě. Points proposed by supervisor: 90

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Soňa Šedivá, Ph.D.

Cílem diplomové práce, která byla vypsána ve spolupráci s firmou LabTech, bylo navrhnout a realizovat řídicí program PLC pro automatizované řízení rekuperační stanice helia.
Práce je dělena do jedenácti hlavních kapitol. V úvodních kapitolách (kapitola č. 1 až 5) je popsáno helium a jeho využití, způsoby detekce netěsností v systémech, metody pro měření a úpravy koncentrace helia, způsoby měření a řízení průtoku helia a dále možnosti přesného dávkování plynů. V této teoretické části práce student často popisuje výpočtové vztahy nebo závislosti fyzikální veličiny slovně místo matematického zápisu nebo pomocí grafů s průběhem fyzikální veličiny. Kapitola č. 6 je věnována průzkumu trhu dostupných snímačů pro kontinuální měření koncentrace helia. Student srovnává dostupné snímače založené na principu měření tepelné vodivosti a na základě měření rychlosti zvuku. V závěru této části práce mi chybí zdůvodnění, proč byly vybrány dva konkrétní snímače Divesoft a Xensor - He, které jsou dále v práci využity v navrženém systému. V kapitole č. 7 byly tyto snímače reálně odzkoušeny, kdy byly provedeny experimenty pro stanovení opakovatelnosti měření. K této části bych měla výhrady k vytvořeným tabulkám s naměřenými hodnotami. Je vhodnější v hlavičkách tabulek uvádět symboly veličin a jejich rozměr (jednotku) než pouze uvést Měření 1, Měření 2… Také označení Průměrná hodnota jasně nedefinuje, k jaké fyzikální veličině se tato hodnota vztahuje. Kapitoly č. 8 a 9 popisují navržený systém rekuperace helia, jeho realizaci a popis struktury řídicího systému. Tato část je detailně popsána a ukazuje na dobrou úroveň inženýrské práce studenta v oblasti průmyslové automatizace. Realizovaný systém byl prakticky ověřen (viz kapitola 10). Jsou popsány experimenty pro ověření stability systému, funkčnosti implementovaných algoritmů a porovnání metod dávkování plynů. Na základě tohoto ověření student v kapitole 11 vyhodnocuje výhody a nevýhody uvedeného řešení a navrhuje možnosti optimalizace.
Diplomová práce má logickou strukturu. Rozsah práce je 88 stran od úvodu po závěr, což odpovídá požadavkům. Po formální stránce chybí v práci číslování rovnic, některé symboly fyzikálních veličin nejsou v textu označeny kurzívou a dále bych měla připomínky k překladu některých odborných termín z angličtiny. Například místo překladu evakuované zařízení bych volila například vakuované zařízení.
Student ve své práci prokázal schopnost samostatné inženýrské činnosti. Doporučuji práci k obhajobě. Topics for thesis defence:
  1. 1) V kapitole 11.3. uvádíte, že použití jednoho sdíleného analyzátoru pro vak i zásobník vnáší do systému velké dopravní zpoždění. Jak velké je toto dopravní zpoždění? A jak by se toto dopravní zpoždění změnilo v případě použití druhého samostatného analyzátoru, jak uvádíte v návrhu pro optimalizaci?
  2. 2) Jakým způsobem je v řídicím programu ošetřen stav, pokud by došlo k chybě během spuštěného automatického cyklu rekuperace, který je popsán na straně 69 a 70?
Points proposed by reviewer: 85

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová