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Fachhochschule Köln beteiligt sich mit sechs Exponaten an der INTERKAMA 1999

14.10.1999 - (idw) Fachhochschule Köln

Mit sechs Exponaten wird die Fachhochschule Köln auf der INTERKAMA 99 vertreten sein, die vom 18. bis 23. Oktober 1999 in Düsseldorf stattfindet. Präsentiert werden die Forschungs- und Entwicklungsergebnisse auf dem Gemeinschaftsstand der nordrhein-westfälischen Hochschulen und Forschungseinrichtungen FORSCHUNGSLAND NRW (Halle 10, Stand D19/D20). Die INTERKAMA gilt als international bedeutendste Fachmesse für den gesamten Bereich der Mess- und Automatisierungstechnik. Vier Exponate der Fachhochschule Köln stammen aus dem Bereich Fuzzy-Technologie: "Regelungstechnische Optimierung von Kläranlagen mit selbstlernenden Neuronalen Netzen und Fuzzy-Reglern" von Prof. Dr. Michael Bongards aus dem Fachbereich Elektrotechnik der Abteilung Gummersbach der FH Köln sowie "SimTool Online", "Fuzzy-Adaption mit PI-Reglern im geschlossenen Regelkreis" und "Neuronale Fuzzy-Logik für die Mustererkennung" von Prof. Dr. Herbert M. Schaedel und Prof. Dr. Rainer Bartz aus dem Fachbereich Nachrichtentechnik. Das fünfte Exponat "Neue, flache, druckempfindliche Sensoren im anwenderspezifischen Design messen statische und dynamische Kräfte und Drücke u. a. für biomechanische und industrielle Anwendung" stellt Prof. Bert van Bergen vom Fachbereich Elektrotechnik. Das sechste Exponat "LabVIEW- bzw. SIMATIC PCS7-basierte Prozeßautomatisierung" stammt aus dem Labor für Prozeßleittechnik des Fachbereichs Anlagen- und Verfahrenstechnik unter Leitung von Prof. Dr. Robert Haber.

REGELUNGSTECHNISCHE OPTIMIERUNG VON KLÄRANLAGEN MIT SELBSTLERNENDEN NEURONALEN NETZEN UND FUZZY-REGLERN
(Prof. Dr. Michael Bongards, Fachbereich Elektrotechnik)
Neuronale Netze erlernen automatisch das Betriebsverhalten einer Kläranlage. Sie sagen wahrscheinliche Betriebszustände und Anlagenbelastungen voraus. Damit ist z. B. eine vorausschauende Regelung möglich, so dass Kapazitätsreserven auch von stark belasteten Anlagen optimal nutzbar sind. Positive Betriebserfahrungen aus kommunalen Kläranlagen bis 40.000 EGW liegen vor: Energiekosten wurden reduziert und gleichzeitig Ablaufwerte verbessert!
Das Konzept: Neuronale Netze ermöglichen nach einer Trainingsphase die Vorhersage des nicht-linearen Verhaltens von Kläranlagen auch bei schnellen Belastungsänderungen. Wie hierauf im praktischen Betrieb zu reagieren ist, ist gut über einen Fuzzy-Regler darstellbar. Die Kombination dieser beiden Verfahren eröffnet damit neue Möglichkeiten zur Optimierung von Anlagen.


Das von Prof. Dr. Michael Bongards entwickelte Optimierungsverfahren wurde zum Patent angemeldet. In enger Zusammenarbeit mit dem Aggerverband in Gummersbach, einer Körperschaft des öffentlichen Rechts, Betreiber von 39 Kläranlagen für rund 450.000 Einwohner, erfolgte die praktische Erprobung und Optimierung auf Kläranlagen.

NEURONALE FUZZY-LOGIK FÜR DIE MUSTERERKENNUNG
(Prof. Dr. Herbert M. Schaedel und Prof. Dr. Rainer Bartz, Fachbereich Nachrichtentechnik)
Fuzzy-Methoden ermöglichen es, Expertenwissen in technische Systeme einzubringen. Neuronale Netze zeichnen sich durch ihre Lernfähigkeit aus. Neuro-Fuzzy-Systeme kombinieren die Vorteile beider Technologien und führen so zu einer deutlichen Verkürzung der Lernphase. In einer Simulationsumgebung wird diese Vorgehensweise zur Steigerung der Empfindlichkeit eines Mustererkennungssystems eingesetzt. Das Projekt wird in Zusammenarbeit mit einer mittelständischen Firma durchgeführt.
SIMTOOL ONLINE ist ein CAE-Programm für die Ausbildung in der Regelungstechnik. Es bietet eine Auswahl von Standard-Regelkreisstrukturen. Verschiedenste Signalquellen, Regler und Strecken können ausgewählt und individuell parametriert, die aktuellen Regelkreiseinstellungen gespeichert werden. Das Regelkreisverhalten (offen oder geschlossen) kann im Zeit- und Frequenzbereich simuliert und auf unterschiedlichste Weise visualisiert werden. Darüber hinaus bietet SIMTOOL ONLINE eine Berechnung der für die Strecke optimalen Reglerparameter nach dem Kriterium der gestuften Dämpfung an. SIMTOOL ONLINE ist in JAVA geschrieben und künftig über die Homepage des Instituts (www.nt-rt.fh-koeln.de) abrufbar.
Fuzzy-Adaption von PI-Reglern im geschlossenen Regelkreis
Eine Adaption von Reglern durch Beobachtung im geschlossenen Regelkreis ohne spezielle Prozesskenntnis ist für den industriellen Einsatz von besonderer Bedeutung. Hierbei wird gefordert, dass ausgehend von der vorliegenden Reglereinstellung eine schrittweise Optimierung erfolgt. Eine Auftrennung des Regelkreises oder eine Strukturumschaltung des Reglers ist vielfach unerwünscht oder nicht möglich. Es wurde ein Verfahren entwickelt, das auf Grundlage von drei einfachen Merkmalen der Sprungantwort im geschlossenen Kreis eine Fehleinstellung erkennt und in wenigen Schritten zu einer nahezu optimalen Reglereinstellung führt.

LABVIEW- BZW. SIMATIC PCS7-BASIERTE PROZESSAUTOMATISIERUNG
(Prof. Dr. Robert Haber, Fachbereich Anlagen- und Verfahrenstechnik)
Auf der INTERKAMA 99 werden zwei verschiedene Wege der Prozeßautomatisierung gezeigt: die PC-basierte und die Prozeßleitsystem-basierte Lösung. Mit der Graphischen Programmiersprache LabVIEW der Firma National Instruments (Austin, Texas) kann eine messtechnische und eine automatisierungstechnische Aufgabe auf PC-Basis schnell und übersichtlich realisiert werden. Die Prozeßsignale werden über einen CAN-Bus dem PC übermittelt (Beckhoff-Buskoppler) . Mit der graphischen Programmiersprache wurde eine Ablaufsteuerung entwickelt und zur Steuerung der Chemo-Polieranlage bei Accel Instruments GmbH in Bergisch Gladbach eingesetzt.

Das Prozeßleitsystem SIMATIC PCS7 der Siemens AG ist die hardwaremäßige Weiterentwicklung der Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) der SIMATIC S5-Reihe. Im Gegensatz zur SPS-Programmierung können fertige Funktionsbausteine zur Messung, Steuerung (CFC), Ablaufsteuerung (CFC) sowie zur Bedienung und Visualisierung (WinCC) verwendet werden. Die Entwickler können sich bei der Lösung des Problems auf die Konfigurierung, Verschaltung und Parametrierung der vorhandenen Module konzentrieren. Das Prozeßleitsystem SIMATIC PCS7 wird zur Regelung und Steuerung von verschiedenen verfahrenstechnischen Prozessen (Durchfluß- und Füllstand) im Fachbereich Anlagen- und Verfahrenstechnik der FH Köln eingesetzt.

"NEUE FLACHE DRUCKEMPFINDLICHE SENSOREN IM ANWENDERSPEZIFISCHEN DESIGN MESSEN STATISCHE UND DYNAMISCHE KRÄFTE UND DRÜCKE FÜR BIOMECHANISCHE UND INDUSTRIELLE ANWENDUNGEN
(Prof. Bert van Bergen, Fachbereich Elektrotechnik)
Bei diesen neuen Sensoren werden nach einem besonderen Beschichtungsverfahren dünne, druckempfindliche elektrische Widerstandsbahnen sandwichartig zwischen zwei Stahlplatten eingebettet, deren Form der Kunde vorgibt. Werden die Stahlplatten zusammengedrückt, ändern die druckempfindlichen Bahnen ihren meßbaren Widerstandswert je nach Größe der einwirkenden Druckkräfte. Wegen der geringen Schichtdicken und der keramischen Materialien treten praktisch keine Stauchungen und Federeffekte während der Messung auf. Dies bietet neben dem kundenspezifischen Design auch Vorteile beim Einbau der Sensoren.

Die neuentwickelten Sensoren können überall dort eingesetzt werden, wo Kräfte oder Drücke z. B. über eine Metallplatte "flächenhaft" einwirken. Diese neue Sensortechnologie eignet sich:
- für dynamische und statische Anwendungen
- in Maßanfertigung nach Kundenspezifikation

- mit verschwindend geringen Federeffekten
- in sehr flacher Bauweise.

Anwendungsgebiete: Präventive Messung der Belastung des menschlichen Bewegungsapparates an Sport- und Arbeitsgeräten, in Ergonomie und Rehabilitation. Industrielle Anwendungsfelder liegen in der Wäge-, Automatisierungs- und Fördertechnik, z. B. bei der Überwachung von kritischen Auflager- und Gewichtskräften, Druckmessung in Hydraulikanlagen, in der Verkehrstechnik, z. B. bei der Beladungskontrolle und der Bremskraftüberwachung durch plattenförmige Kraftsensoren unter den Bremsbelegen, in der umweltschonenden Energietechnik z. B. zur Windkraftmessung und in vielen anderen Bereichen.
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