Diplomarbeit

Entwurf einer grafischen Benutzeroberfläche

Grundlage ist ein System auf Basis von RTLinux, das verschiedene Operatoren zur Verfügung stellt, die in der Fehlererkennung und -diagnose eingesetzt werden. Soll dieses System in der Entwicklung eingesetzt werden, muss die Programmierung als auch die Bedienung im Betrieb grafisch erfolgen.

Es muss eine Umgebung geschaffen werden, die eine Bibliotheksstrukur für unterschiedliche Operatorblöcke bereitstellt. Die verschiedenen Operatoren werden per Drag'n Drop auf ein Editorboard geschoben und dort verknüpft. Per Mausklick sollen auch für jeden Funktionsblöcke individuelle Parametrierfenster erscheinen.

Bei der Bearbeitung der Aufgabenstellung wird ein Protokoll zur Kommunikation zwischen der grafischen Benutzeroberfläche und dem Echtzeit-Betriebssystem entworfen.
 
 

Fehlererkennungsmechanismen beruhen auf der Erkennung von Veränderungen im überwachten System. Werden nur kleine Stellvorgänge vorgenommen, so fällt es entsprechend schwer, Veränderungen zu erkennen. Sprunghafte Stellsignale auf die Strecke sollten ebenfalls vermieden werden. Aus diesem Grund sollen nur typische Stellsignale verarbeitet werden.

In der Diplomarbeit soll iterativ aus Stellsignalverläufen die Impulsantwort des überwachten Systems ermittelt werden und daraus die physikalischen Parameter schätzt werden. Eine direkte Parameterschätzung ist nicht möglich, da die Signale nicht ausreichend anregend sind. Es sollen Abschätzungen zur Ermittlung der Anzahl der Iterationen gemacht werden, bis ein gutes Modell zur Verfügung steht.

Die theoretisch gemachten Ergebnisse sollen anschließend in C++ Code umgesetzt werden und an einer realen Strecke getestet werden.
 
 

In der Industrie gehören Sensoren (z.B. PT100, Durchflusssensoren) und Aktoren ( Motoren, Ventile, Pumpen) zu den elementaren Komponenten einer Anlage. Im Rahmen eines Projektes mit der SAMSON AG soll ein umfassendes Programm entworfen werden, das es ermöglicht, Defekte in diesen Komponenten zu erkennen.

Eine Teilaufgabe im Gesamtprojekt besteht in der Modellierung verschiedener Sensoren und Aktoren. Um einen Fehler zu erkennen, kann der Modellausgang mit dem gemessenen Ausgang verglichen werden. Die Differenz muss in einem folgenden Teilschritt so ausgewertet werden, dass eine Aussage über einen bestimmten Fehler getroffen werden kann.

In der Arbeit werden anhand einer Literaturrecherche und eigenen Überlegungen mathematische Modelle von Sensoren und Aktoren gebildet. Diese Modelle werden dann in C/C++-Code umgeschrieben. Der beschriebene Quellcode wird an Komponenten der verfahrenstechnischen Anlage bzw einem speziellen Versuchsaufbau am Lehrstuhl validiert und je nach Bedarf nachgebessert. Ist dieser Teil zufriedenstellend ausgefallen, kann der Programmcode am Prüfstand der SAMSON AG unter härteren Bedingungen getestet werden.

In Zusammenarbeit mit der SAMSON AG wird ein CAE-Werkzeug entworfen, das zur Entwicklung und Erprobung von Methoden der Fehlerdiagnose eingesetzt wird. Ein Problem auf diesem Gebiet ist die Gewinnung von Information über das zu überwachende System. Die Verwendung von Daten aus kommunikationsfähigen Prozesskomponenten ist eine Möglichkeit, Informationen aus der Feldebene zu erhalten. Der Datenaustausch erfolgt dabei über ein genormtes (Bus-)Protokoll (z.B. Hart-Protokoll, Profibus PA), die von den Feldkomponenten gelieferte Information kann von einem separaten Rechner weiterverarbeitet werden.

Ziel der Arbeit ist es, Kommunikationsschnittstellen zwischen Feldkomponenten wie Stellungsregler, Motoren oder Sensoren mit der Entwicklungsumgebung zu implementieren. Unter Verwendung der Information aus den Feldkomponenten werden Verfahren implementiert, die eine Fehlerdiagnose in einem geschlossenen Regelkreis ermöglichen. Es sind Überlegungen anzustellen, welche Sensorausstattung benötigt wird, ob interne Signale übertragen werden sollen und wie zwischen Fehlern in Komponenten und im Prozess unterschieden werden kann.
 

 

Studien- / Diplomarbeit

In der  Fehlerdetektion werden zur Nachbildung des fehlerfreien Zustandes oftmals parametrische Modelle in Form von Übertragungsfunktionen verwendet. Anhand der Koeffizienten der Übertragungsfunktion können Aussagen über den Zustand des zu überwachenden Systems getroffenwerden. Eine alternative Modellrepräsentation stellt die Impulsantwort als nichtparametrisches Modell dar. Es wurde ein Algorithmus hergeleitet, der die Impulsantwort einer Strecke aus einem Stell– und dem zugehörigen Ausgangssignal berechnet.

In der Arbeit soll untersucht werden, wie aus der Impulsantwort einer Strecke Merkmale zur Fehlerdetektion automatisch extrahiert und als Daten für einen Klassifikator (z.B. Entscheidungsbäume, Bayes Klassifikator, Neuronale Netze, Entwurf eines Fuzzy-Regelsatzes) aufbereitet  werden können.  Mögliche Merkmale sind zum Beispiel Maxima und Minima der Impulsantwort.

Die theoretisch gemachten Ergebnisse werden anschließend als Operatoren für RT-Linux implementiert und an einem Versuchsaufbau mit einem pneumatischen Ventil auf ihre praktische Anwendbarkeit hin untersucht.
 
 

Ziel der Arbeit ist es, den Laborversuch „Digitale Regelung einer verfahrenstechnischen Anlage“ zu erneuern. Hierbei sollen Regelkonzepte wie Iterativ lernende Regelungen mit Reglarisierungsverfahren, adaptive Regelungen,  Entwurf diskreter Zustandsregler und Identifikationsalgorithmen implementiert werden.

Die Beschreibung der Verfahren richtet sich in diesem Fall stark an die Vorlesungen „Abtastregelungen“ und „Modellbildung und Identifikation“

Es müssen hierbei verschiedene Regler und Verfahren unter C/C++ implementiert werden. Dazu muss ebenfalls eine grafische Bedienoberfläche, vorzugsweise mit Qt programmiert werden zur Einstellung von Reglerparametern und der Darstellung von Messverläufen. Alle Darstellungen sollen auch ausgedruckt werden können.
 
 

Ein Verfahren zur Erkennung von Leckage in Stellventilen bei gasförmigen Medien ist die Messung von Körperschall. Bei diesem Verfahren werden Geräusche, die an der defekten Stelle entstehen, durch das Metallgehäuse übertragen und mittels eines Klopfsensors aufgenommen.

Ziel der Arbeit ist der Entwurf eines Modells der Geräuschentstehung am Ventil  mit anschliessender Identifikation der Parameter. Eine anschließende Abweichung der Parameter im gestörten Betrieb kann dann als Indiz für einen Defekt im Ventil dienen.

Wurde ein geeignetes Modell ermittelt wird dieses als Operator in C++ Code umgesetzt und in eine Entwicklungsumgebung eingebunden.
 
 
 
 

Hinweis:

Es besteht bei allen Arbeiten die Möglichkeit, die Ergebnisse am Versuchsstand der SAMSON AG, Frankfurt /a.M. zu testen.