Master's Thesis

Automation of a Water Lift with Partial Guidance

Final Thesis 10.03 MB Appendix 1.49 MB

Author of thesis: Ing. Martin Sukdolák

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Václav Kaczmarczyk, Ph.D.

Reviewer: Ing. Michal Husák

Abstract:

This master’s thesis focuses on the comprehensive modernization and automation of the
control system for a multi-tower water lift with partial guidance. The original control
system, based on the Schneider Electric PLC platform, was replaced by a modern Siemens
SIMATIC S7-1200 architecture. The primary objective of the work was to reduce the
operator’s cognitive load by implementing autonomous algorithms for carrier position
tracking and automation of the towing rope return cycle. The modernization includes the
addition of sensors for continuous speed measurement, monitoring of weather conditions,
and diagnostics of pneumatic actuators. The entire solution was validated using a digital
twin in Software-in-the-Loop and Hardware-in-the-Loop configurations using SIMIT and
NX Mechatronics Concept Designer tools. The system’s safety parameters were verified
using the FMEA method and Performance Level (PL) validation according to EN ISO
13849-1, achieving increased operational safety and efficiency of the overall handling
process.

Keywords:

Automation, water lift, PLC, SIMATIC S7-1200, digital twin, SIMIT, Mechatronics Concept
Designer, Profinet, variable frequency drive, machinery safety, sensors, risk analysis
Vysázeno pomocí

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student obhájil diplomovou práci. Komise neměla žádné námitky k řešené práci. V průběhu odborné rozpravy student odpověděl na dotazy: Prošlo zařízení externí kontrolou na bezpečnost?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Cybernetics, Control and Measurements (MPC-KAM)

Composition of Committee

prof. Ing. Rudolf Jalovecký, CSc. (předseda)
doc. Ing. Václav Kaczmarczyk, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Jakub Dokoupil, Ph.D. (člen)
Ing. Zdeněk Havránek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Miroslav Jirgl, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Petyovský, Ph.D. (člen)

Diplomová práce se zabývá komplexní modernizací a automatizací řídicího systému vícesloupového vodního vleku s částečným vedením. Student řeší nejen návrh nové hardwarové a softwarové architektury řízení s využitím PLC Siemens SIMATIC S7-1200, ale také doplnění senzoriky, návrh diagnostiky, tvorbu digitálního dvojčete v prostředích SIMIT a NX Mechatronics Concept Designer a posouzení bezpečnosti navrženého řešení.
Téma práce hodnotím jako technicky náročné a svým rozsahem nadprůměrné. Oceňuji zejména snahu o propojení teoretické části s praktickým návrhem, systematické členění práce a skutečnost, že návrh není omezen pouze na programové vybavení, ale zahrnuje i bezpečnostní architekturu, provozní režimy, HMI a validační prostředí typu Software-in-the-Loop.
Z odborného hlediska je práce na dobré úrovni. Za dobře zpracovanou považuji zejména kapitolu věnovanou návrhu řídicího systému, instrumentaci a validaci bezpečnostních funkcí dle ČSN EN ISO 13849-1, kde student vhodně využívá nástroj SISTEMA a přehledně definuje jednotlivé bezpečnostní funkce i dosažené úrovně vlastností.
Určité výhrady mám ke kapitole Platné normy. Přehled použitých norem je relevantní, avšak není zcela úplný a v některých místech není dostatečně rozlišeno, které normy jsou pro řešené zařízení přímo použitelné a které pouze podpůrné či analogicky aplikované. V kapitole postrádám zejména širší zařazení norem vztahujících se obecně ke strojní bezpečnosti, například ČSN EN 12929-1, ČSN EN 60204-1, ČSN EN ISO 12100 či systematičtější návaznost na ČSN EN ISO 13849-1 a 13849-2.
Po formální stránce je práce celkově na dobré úrovni, i když se v ní objevují dílčí stylistické, typografické a terminologické nepřesnosti. Přes uvedené připomínky práci považuji za zdařilou, přínosnou a odpovídající požadavkům kladeným na diplomovou práci. Points proposed by supervisor: 85

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Michal Husák

Práce Bc. Martina Sukdoláka splňuje zadání a ukazuje odbornou úroveň v oblasti automatizace. Autor analyzuje současný stav zařízení, normy a požadavky modernizace a implementuje digitální dvojče, na kterém je schopen testovat a validovat jeho SW řešení. Z hlediska bezpečnosti oceňuji i simulaci poruchových stavů.
Dále oceňuji návod obsluhy, který je v elektronické příloze. V příloze online však postrádám další dokumenty – elektro schémata, posouzení rizik a další materiály, které jsou důležitou součástí kontextu práce. (jsou součástí CD)
Drobné výhrady mám k textové části práce, a to hlavně k sekci odůvodnění výběru instrumentace, ekonomické posouzení projektu a výhod inovovaného řešení.
Větší výhrady mám k dílčí části technické dokumentace, která ne zcela splňuje odpovídající úroveň. Příloha A je kombinací pneumatického schématu s elektrickými komponenty, nikoliv P&I diagramu. Nesoulad jsem objevil v ovládání bezpečnostní brzdy, která je po ztrátě tlaku odbržděna, případně je ventil ovládání v obrácené funkci dle schématu.
Tyto drobné nedostatky snižují celkový dojem, přesto práce svědčí o schopnostech autora a poskytuje funkční a prakticky využitelné řešení.
Práci doporučuji k obhajobě s hodnocením 80 bodů B. Topics for thesis defence:
  1. 1) Uvádíte výhody modernizace systému na straně 30. Můžete blíže popsat konkrétní prediktivní algoritmus, který jste použil?
  2. 2) Popište funkci bezpečnostní pneumatické brzdy hlavního vleku. Doplňte pneumatické schéma o všechny náležitosti.
Points proposed by reviewer: 80

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová