Analysis of the energy efficiency of brake pad production process at TMD Friction EsCo GmbH, with further construction of an operating program by using Siemens S7 and WinCC Flexible for the visualisation to reduce energy consumption.

Von (By): Sascha Tim Kassens
Betreuer (supervisor):

• Prof. ­­Dr. -Ing. Schröder, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik
• Dipl.-Ing. Krämer, TMD Friction EsCo GmbH

In dieser Arbeit wurde durch eine übergeordnete Steuerung der absolute Energieverbrauch des Fertigungsprozesses reduziert. Bei der Störung einer Anlage, werden die darauf folgenden Anlagen sobald sie nicht mehr benötigt werden, automatisch abgeschaltet. Über verschiedene Sensoren schalten sich die Anlagen automatisch zur Produktion wieder ein. Desweiteren kann eine Vorwahl getroffen werden wann die Anlagen Produktionsbereit sein sollen. In Abhängigkeit von ihrer Anlaufzeit, schalten sich die Anlagen eigenständig ein, sodass sie zur vorgegebenen Zeit betriebsbereit sind. Dies wurde in einer übergeordneten Steuerung realisiert, in der nun alle Statussignale zusammengeführt sind. Durch Logikverknüpfungen dieser Signale können die einzelnen Anlagen gesteuert werden. Zudem lässt sich nun an einer zentralen Stelle der Zustand aller Produktionsanlagen einsehen. 

Abstract:

Within this thesis the total energy consumption of the construction process was reduced by using a superordinated control system. During a fault in one of the system, the following systems will be au-tomatically turned off if they are not needed anymore. With different sensors the systems turn auto-matically on if needed for production. Furthermore a preselection can be chosen when the systems should be ready for production. Depending on the startup time the systems turn automatically on, so they are ready to the predefined time. This was realized by using a superordinated control system, where all status signals were brought together. By using logical signals the individual systems can be controlled. In addition the status of all production systems can be observed at a central place.

Conception and construction of a demonstration plant related to the smart-metering-system AMIS

Von: Stefanie Hellberg
Betreuer:

• Prof. ­­Dr. -Ing. Markus Gehnen, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik
• Dipl.-Ing. (FH) Kai Tessmer, Siemens Energy Automation GmbH

Im Rahmen dieser Diplomarbeit soll ergründet werden, wie wichtig und sinnvoll die fortlaufende Automatisierung des Stromnetzes ist und welche Möglichkeiten hierzu bestehen. Einen ganz großen Teil der Arbeit macht das Thema Smart Metering und vor allem das Smart Metering-Konzept AMIS aus, da hiermit auch eine Demonstrationsanlage errichtet wird. AMIS steht hier für „Automated Metering and Information System“, also automatisiertes Verbrauchsdatenerfassungssystem. Die Demonstrationsanlage soll die Arbeitsweise und die Möglichkeiten vor Augen führen, welche die Energieversorger nutzen können um Betriebsprozesse effizienter zu gestalten. Dazu wird sowohl der hardwaremäßige Aufbau, als auch die softwaremäßige Parametrierung der Anlage näher erläutert. Zudem muss auch der hierarchische Gesamtaufbau eines AMIS-Systems vom Zähler bis hin zur Zentrale erklärt werden. Um das Thema des Smart Metering-Konzeptes AMIS besser verstehen zu können, ist es jedoch zuerst notwendig, den Gedanken hinter den intelligenten Stromnetzen vorab darzustellen und die Grundlagen hierzu zu erläutern. 

Abstract:

Within this diploma thesis it should be brought to light, how fundamental and reasonable it is to automate the grids more and more. Although the possibilities to bring more automation into the grids is analyzed. A very big part of this dissertation ist the smart metering and even the smart metering-system AMIS. With AMIS a demonstration plant is build. AMIS is short hand for Automated Metering and Information System. The demonstration plant should show conspicuously the methods and possibilities, which can be used by energy providers, to make their processes even more efficient. For that purpose the hardware- as well as the software-engineering is illustrated. In addition to this, the hierarchic assembling of an AMIS-System, from the counter up to the central appointment, is characterized. For a better understanding of the whole AMIS-system, primarily the idea of smart grids has to be described.

Development and test of a electro- hydraulical servo-control for large hydraulic excavator

Von: Ralf Kubis
Betreuer:

• Prof. ­­Dr. -Ing. Günter Karrasch, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik
• Dipl.-Ing. (FH) Frank Tegtmeier, TEREX GmbH, Dortmund

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte eine elektro- hydraulische Vorsteuerung für Großhydraulikbagger entwickelt und erprobt werden. Dies beinhaltet den Aufbau der Hardware und die Erstellung der Automatisierungssoftware.

Hierzu wurde der Prototyp eines Schaltschranks aufgebaut, der eine SPS beinhaltet und den Anforderungen an mobile Steuerungssysteme gerecht wird. Das System ist über eine an den IEC61131 Standard angelehnte Software programmiert worden und liest die Signale der Bedienerelemente wie Handhebel und Fußpedale ein, um diese auf entsprechende Proportionalventile weiterzuleiten. Die Vorsteuerung ist im Gesamtsystem der Bus-Manager und initialisiert, bzw. überwacht den mit CANopen aufgebauten Bus und die einzelnen Teilsysteme.

Abstract:

Target of this project was to develop and test an electro- hydraulical servo-control for hydraulic excavators. This contains hardware construction as well as the development of the automation software.

The project started with the construction of a switch cabinet that contains a PLC control, suitable for mobile applications. The PLC is programed by a software package that is based on the IEC61131 standard. The principal function of the control is to receive operator inputs via joysticks and foodpedals. Operator commands will then be translated into electronic signals that act on proportional valves. The servo control is integrated into the entire automation network. It will also act as the so called bus master and therefore be responsible for the establishment of the CANopen communication.

Comparative realization of an automation task for a process model with PC and multi-functional card by means of the software systems LabView and MATLAB

Von: Pascal Kuckluck
Betreuer:

• Prof. ­­Dr. -Ing. Günter Karrasch, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik
• Prof. Dr. -Ing. Klaus Vogt, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik

Die grafischorientierte Programmiersprache LabVIEW sowie die Programmierumgebung MATLAB gehören seit ihrer Markteinführung zum Standard der Natur- und Ingenieurwissenschaften. Im Rahmen dieser Dip-lomarbeit wurde zum Vergleich der beiden Softwaresysteme ein vorhandenes Labormodell zur Münz-unterscheidung und Steuerung eines Schrittmotors, das bisher mit einer speicherprogrammierbaren Steue-rung realisiert wurde, neu erstellt. Die Ansteuerung für die Steuerelektronik des Schrittmotors sowie die Auswertung des optischen Sensors erfolgen über die Digital-I/O's der verwendeten Multifunktionskarten. Zusätzlich werden zwei Temperatursensoren, die über Messumformer an die Analogeingänge der Multi-funktionskarten angeschlossen sind, ausgewertet. Zur Datenerfassung werden die Multifunktions-Datener-fassungsmodule NI PCI-6070E und NI AT-MIO-16E-1 von National Instruments eingesetzt. In LabVIEW erfolgt die Ein- und Ausgabe von Parametern getrennt von der datenflussorientierten Programmierung in Frontpanel und Blockdiagramm. Zum besseren Vergleich wurde in MATLAB mit der integrierten Entwick-lungsumgebung "Guide" eine grafische Oberfläche für die Ein- und Ausgabe von Parametern erstellt.

Abstract:

Since their introduction to the market both the graphic programming language LabVIEW and the program-ming system MATLAB have been part of the standard of natural and engineering sciences. Until now an existing laboratory model for distinguishing coins and controlling a stepping motor has been realized by a programmable logic controller. Within the framework of this dissertation this laboratory model has been redesigned to compare the two software systems. Both the control for the control logic of the stepping mo-tor and the analysis of the optical sensor are carried out by the Digital-I/Os of the used multifunctional cards. In addition two temperature sensors, that are connected to the analogue input of the multifunctional cards through measuring transducers, are analysed. The multifunctional data-recording-modules NI PCI-6070E and NI AT-MIO-16E-1 by National Instruments are used to record the data. In LabVIEW the input and output of parameters are carried out separate from the data-flow-oriented programming in Frontpanel and block diagram. For a better comparison a graphic surface for the input and output of parameters was created by using the integrated application development system „Guide“ in MATLAB.

Setting in operation process interfaced direct current drives and programming a malfunction message system with visualisation

Von: Henner Knapp
Betreuer:

• Prof. ­­Dr. -Ing. G. Karrasch, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik
• Dipl.-Ing. W. Kuhfuß, ThyssenKrupp Steel AG

In dieser Diplomarbeit wurde die umgebaute Regelung eines Gleichstromantriebes in Betrieb genommen. Dazu wurde anhand vorgegebener Inbetriebnahmeschritte der neue Anlagenteil auf Fehler überprüft. Durch das Messen von Sprungantworten der Regelstrecke konnte das Regelsystem analysiert und sein Verhalten optimiert werden. Im zweiten Teil wurde ein Prozessbild eines Anlagenteils programmiert, das die Signalstellungen und wichtige Informationen des Prozessablaufs wiedergibt. Weiterhin wurde ein Störmeldesystem aufgebaut, dass in einem Störfall eine Klartextmeldung auf dem Monitor wiedergibt, aus der die Störursache und der Störort hervorgehen.

Abstract:

In this thesis a modified closed loop control of a direct current drive has been put into operation. On the basis of given starting-up levels of the plant, the new component has been checked for malfunction. By the measurement of step function response, the control system could be analysed and its performance has been optimised. In the second part of this thesis a process image of a plant component has been programmed, which gives an account of important status of signals and informs about the process cycle. In addition, a malfunction message system has been configured, indicating in clear text both the breakdown source and the breakdown location on a monitor.

Development of an automatically power test bench for submersible pumps based of a Simatic S7 control system and the visualization software WinCC

Von: Thorsten Schneider
Betreuer:

• ­­Prof.Dr.-Ing. R. Schröder, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik
• Dipl.-Ing. M. Becker, Neudecker & Jolitz

Ziel der Diplomarbeit war die Entwicklung eines vollautomatisierten Leistungsprüfstandes für Unterwasserpumpen der Firma Neudecker & Jolitz in Gescher. Hierbei wird eine Pumpe in ein Prüfbecken eingesetzt und an ein Messrohrsystem angeschlossen und anschließend einer Leistungsprüfung unterzogen. Zu Beginn galt es sämtliche Stelleinrichtungen und Messeinrichtung auszuwählen. Die Steuerung wurde auf Basis einer Siemens SPS (S7) realisiert. Anschließend wurde unter Verwendung der Visualisierungssoftware WinCC der Prozess visualisiert und sämtliche Messergebnisse dargestellt. Zur Dokumentation der Prüfung ist der Ausdruck eines Prüfprotokolls möglich. Eine Archivierung der Messergebnisse wurde ebenfalls ermöglicht.

Abstract:

Aim of this thesis was to develop an automatically power test bench for submersible pumps. These pumps will appoint to a water basin and get connect by a measurement pipeline system, afterwards begins a checkup. The control and measurement program based of a Simatic S7 system. The process visualization was created by the Siemens software WinCC. The results of the measurements were also visualized by WinCC. For documentation the measurements, a test protocol can print. An archive for the measurement results is realized as well.

Development of algorithms for the automatic optimization of the operation process of bucket wheel excavators

Von: Michael Effertz
Betreuer:

• ­­Prof. Dr.-Ing. Schröder, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik
• Dipl.-Ing. Steffen Ballmann, RWE Power

Gegenstand dieser Diplomarbeit war es ein neues Automatisierungskonzept für den Förderbetrieb von Schaufelradbaggern auf seine Anwendbarkeit zu überprüfen. Als Grundidee für das neue Automatisierungskonzept sollte eine Ortsabhängigkeit der Materialspezifika hergestellt werden. Diese wurde dazu genutzt eine Schwenkgeschwindigkeitsvorgabe zu erstellen, die eine präzise Einhaltung der Sollförderleistung über den Schwenkbereich gewährleistet. Als wesentliche Randbedingungen wurden dabei die Belastbarkeit des Schaufelradantriebes und die erreichbare Dynamik des Schwenkantriebes berücksichtigt. Durch den Ansatz, dass sich die Materialeigenschaften von Schnitt zu Schnitt nur geringfügig und stetig verändern, konnte aus Schnitt i ein Geschwindigkeitsprofil für Schnitt i+1 gewonnen werden. Die Bewertung dieser Vorgabe fand anhand einer Simulation der sich ergebenen Betriebsparameter statt. Die Auswertung der Simulationsergebnisse zeigte, dass sich bei der Anwendung der Vorgabe aus Schnitt i auf Schnitt i+1 unzulässig hohe Überschreitungen der bestehenden Grenzwerte ergeben. Wesentlicher Grund dafür ist, dass die mathematischen Zusammenhänge zwischen den Betriebsparametern nicht hinreichend präzise reproduzierbar sind. Somit musste als Ergebnis der Studie festgehalten werden, dass durch den messtechnischen Ansatz keine gültige Geschwindigkeitsvorgabe für einen optimierten und sicheren Förderbetrieb erstellen lässt.

Abstract:

Subject of this diploma thesis was the examination of the applicability of a new automation concept for the conveyor operation of bucket wheel excavators. The basic idea of the new automation concept was to set the material properties into a location - dependence. This dependence was used to create a slewing speed guideline, which guarantees a precise compliance of the desired delivery rate. As essential constrains were factored in the power rating of the bucked wheel and the dynamics of the slewing-motion actuator. Because of the basic approach, that material properties change slightly and constantly it was possibly to extract a slewing speed profile from swivel i for swivel i+1. The valuation of this speed guideline was processed by a simulation of the resulting operating parameters. The interpretation of the simulation results showed that processing the bank according to the calculated speed guideline results in exceeding the limit values highly. The essential cause is the non-reproducibility of the mathematical coherences between the measured operating parameters. So it had to be adhered as a result, that the attempt to calculate a speed guideline on the basis of measured operating data does not lead to a save and optimized conveyor operation.

Development of a control for automated measurement of friction moment on vehicle components

Von: Thomas Rakowski
Betreuer:

• ­­Prof.Dr.rer.nat Hubert Welp, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik
• Dipl.-Ing. Achim Brendel, Carsynergies GmbH

Im Rahmen dieser Diplomarbeit sollte der Aufbau und die Visualisierung einer Prüfanlage zur Messung von Momenten in Achsgelenken für die Carsynergies GmbH realisiert werden. Die Baugruppen mussten zunächst in den Prüfstand integriert und eine Steuerung für den Prüfstand entwickelt werden. Anschließend wurde eine geeignete Mess- und Steuersoftware ausgewählt (Catman Professional HBM). Daraufhin wurde mit Catman Professional das Steuer- und Messprogramm entwickelt. Abschließend wurde mit Microsoft Access eine Datenbank erstellt um die Messergebnisse zu verwalten und ein automatisiertes Prüfprotokoll zu drucken.

Abstract:

This thesis deals with the setup and visualisation of a test bench for measuring torques in axial hinges for the Carsynergies GmbH. Therefore sensors modules had to be integrated into the test bench and a control had to be developed as well. For the development of a control and measurement program “Catman Professional HBM“ was chosen as suitable software platform. Using Microsoft Access a database was created to manage the measurement results and to print an automated test protocol.

Conceiving a Test System for Mechatronics of Low and Medium Complexity

Von: Waldemar Schimann
Betreuer:

• Prof. ­­Dr. -Ing. Klaus Vogt, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik
• Dipl. -Ing. Volker Blum, Leopold Kostal

Die durchgeführte Diplomarbeit hat sich mit der Konzipierung und dem Aufbau eines Prototyps des Testsystems für Mechatroniken kleiner und mittlerer Komplexität befasst. Hierbei wurden die Systemanforderungen ermittelt, das Systemkonzept entwickelt und nach der Auswahl der für die Realisierung benötigten Komponenten ein Prototyp erstellt. Das neue 19-Zoll-Testsystem basiert auf der modernen CompactPCI-Techologie. Es zeichnet sich durch seinen modularen Aufbau aus, was die Wiederverwendbarkeit garantiert. Dies ermöglicht zugleich das Invest immer auf die notwendige Hardware der jeweiligen Applikation zu beschränken. Für die verschiedenen Aufgaben steht eine umfangreiche Messtechnik für die Spannungs-, Strom-, Widerstands- und optional zur Frequenz-, und Periodendauermessung, programmierbare Spannungsversorgung, ein Messmultiplexer und Relaiskarten zur Verfügung. Für die Kommunikation mit dem Prüfling stehen neben der seriellen Ankopplung auch eine CAN- und LIN-Busanbindung sowie Triggersignalleitungen zur Verfügung. Weitere Bustrukturen wie IEEE488 können über PCMCIA-Kartenträgeradapter in das System eingebunden werden. Bei dem Systemaufbau wurden insbesondere die Aspekte der EMV, des Personenschutzes und der ausreichenden Kühlung des Systems berücksichtigt.

Abstract:

The present dissertation describes the conception and implementation of a test system for mechatronics of low and medium complexity prototype. This includes the establishment of system requirements, conception of the system concept, and construction of a prototype following selection of components required for implementation. The new 19" test system is based on state-of-the-art CompactPCI technology. To ensure reusability, it features a modular design, making it possible to restrict investments to the hardware required for the specific application. Comprehensive measuring tools for voltage, current, resistance, and, as an option, for frequency and periodic time measurement, a programmable power supply, a measuring multiplexer and relay boards are available. For communication with the test object CAN and LIN bus connections as well as trigger signal lines are provided apart from the serial link. Other bus structures such as IEEE488 can be integrated in the system using PCMCIA card adapters. Particular emphasis was placed on EMC, personal protection and sufficient system cooling aspects.

Visualizing and programming of an Industrial Drier through ProTool/Pro and STEP 7

Diplomarbeit

Beendet: 2004-05-17

Von: Andreas Freitag
Betreuer:

• Prof. Dr. R. Schröder, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik
• Prof. Dr. M. Gehnen, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte die Steuerung eines Industrietrockners zur Kunststoffgranulattrocknung über eine Siemens SPS (S7-300) erarbeitet werden. Zudem sollte das vorhandene Bedienpult durch ein Touch–Panel ersetzt werden. Zu diesem Zweck wurde ein MPI–Netz mit den Teilnehmern SPS und Touch-Panel eingerichtet. Das Programm für den Touch–Panel wurde mit ProTool/Pro erstellt, das Programm für die SPS mit Hilfe von STEP 7. Die Temperaturen in der Anlage wurden mit PT 100–Temperaturfühlern aufgenommen und mittels Analogwertverarbeitung auf dem Touch-Panel angezeigt. Eine weitere Funktion der Anlage ist die Möglichkeit, zwischen der zeitgesteuerten und der taupunktgesteuerten Regeneration zu wählen, wozu die Anlage über einen Taupunktfühler verfügt. Die Heizungen der Anlage werden über Zweipunktregelungen gesteuert.

Abstract:

Aim of this thesis was to develop a control system of an industrial drier to dry plastic granules through a Siemens SPS (S7 300). In addition the existing control board was to be exchanged by a Siemens touch panel. For this purpose an MPI network with the participants SPS and touch panel was arranged. The touch panel program was developed by ProTool/Pro, the SPS program by STEP 7. The temperatures in the plant ware recorded by PT 100 sensors and were displayed on the touch panel by means of analog data manipulation. Another function is the possibility of changing »time–controlling« and »dew point-controlling« regeneration that is why the plant contains a dew-point sensor. The heating is controlled through a two-point automatic control system.

Development of an INTERBUS supported stepper motor-control

Diplomarbeit

Beendet: 2004-04-07

Von: Karsten Augustat
Betreuer:

• Prof. Dr. B. vom Berg, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik
• Prof. Dr. R. Schröder, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik

Basierend auf ein bestehendes 8051er Mikrocontrollerboard wurde eine Platine zur Anschaltung an ein Interbussystem, sowie eine Karte zur Steuerung von bis zu drei Schrittmotoren entwickelt. Die Fähigkeiten dieses Systems wurden mit einem Plotter dargestellt. Die koordinierte Steuerung der Schrittmotoren übernimmt der in C51 programmierte Mikrocontroller, die Bedienung und Visualisierung ist die Aufgabe eines Host-PCs. Dieser kommuniziert über einen OPC-Server mit der Anschaltbaugruppe des Interbussystems und sendet Steuerbefehle an den angeschlossenen Plotter. Die anwenderfreundliche Eingabe dieser Befehle, als auch die Beobachtbarkeit der aktuellen Plotterposition über einen Monitor, wurde durch ein eigens dafür entwickeltes Visual Basic Programm realisiert.

Abstract:

Based on an existing 8051 microcontroller-board, a new board was developed to be added onto an INTERBUS-system, as well as a card for controlling up to three stepper motors. The ability of this system were presented with a plotter. The coordinated control of the stepper motors is carried out by the C51 programmed microcontroller, the service and visualisation is the task of a host PC. This PC communicates with the master of the INTERBUS-system via an OPC-Server and sends controlling commands to the plugged in plotter. The application oriented input of those commands, as well as the observation of the updated plotter-position via a monitor, was included through an individually developed Visual Basic program.

Standardized factory data registration at production lines for superordinate computer systems over a fieldbus system

Diplomarbeit

Beendet: 2004-03-19

Von: Mark Siebenhofer
Betreuer:

• Prof. Dr.-Ing. Günter Karrasch, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik
• Dipl.-Ing. Jochen Kleppe, Volkswagen AG

Im Rahmen dieser Diplomarbeit werden für das Volkswagen-Werk Kassel Betriebsdaten in Speicherprogrammierbaren Steuerungen gesammelt und in Form von definierten Telegrammen an einen übergeordneten Rechner gesendet. In modernen Konzernen ist es unabdingbar eine zuverlässige Produktion zu gewährleisten. Dies bedeutet, dass Störungen schnell erkannt und behoben werden müssen. Abweichungen der geplanten Fertigungsmengen müssen schnellstmöglich erkannt werden um Gegenmaßnahmen einzuleiten oder Ausweichfertigungen zu nutzen. Zu diesem Zweck ist das VW Standardprogramm in den verwendeten Bosch Steuerungen um die benötigten Funktionen erweitert worden. Die erfassten Daten werden mit Hilfe eines PROFIBUS-Systems an einen PC mit einer Feldbuskarte gesendet und dort in einer MS-ACCESS Datenbank archiviert. Auf die Daten in der Datenbank greift eine übergeordnete Visualisierung zu.

Abstract:

In this diploma thesis for the Volkswagen-Werk Kassel operational data will be collectet in the Bosch programmable controller. This data will be sent to higher levelled pc’s in the form of defined telegrams.In modern companies it is nessaccery to have a functional and dependable production. Breakdowns must be recognized and repaired fast. Deviations of the planned manufacturing quantities must be reconized as fast as possible to initiate actions or other manufacturing facilities. For this purpose the existing standardized program was extended with the necessary functions. The seized data are sent with PROFIBUS-Systems to a pc and archived in a MS-ACCESS data base. A superordinate visualization can read the data from the data base