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Automation und Robotik Lösungen im industriellen Umfeld, in Gebäudetechnik und unbemannten Flugfahrzeugen

Das Kompetenzzentrum Electronics entwickelt Automatisierungslösungen für ein breites Spektrum an Prozessen im industriellen Umfeld, in Gebäudetechnik und unbemannten Flugfahrzeugen.

team 

Im Bereich Maschinentechnik und Robotik werden die letzten Sensortechnologien eingesetzt, um die Genauigkeit, die Geschwindigkeit und die Zusammenarbeit mit Menschen zu verbessern. Fortgeschrittene Bedienungssoftware mit Datenbankanbindung runden die Kompetenzen in diesem Bereich ab. Die Teilnahme am Projekt Solar Decathlon hat gezeigt, dass das Kompetenzzentrum CC Electronics in der Lage ist, Automatisierungslösungen mit praxistauglichen wetter basierten vorausschauende Reglern zu entwickeln. Diese Regler werden ständig verbessert und Ihre Einsatzgebiete erweitert.

kompetenzen

Automatisierung

Automatisierungslösungen sind vielseitiger geworden. Komplexe Algorithmen (Datenverarbeitung, Kommunikationsprotokoll, Regler) werden in sehr fähigen SPS programmiert. Auf einer Seite kommunizieren SPS mit komplexen Aktoren und Sensoren über Feldbusschnittstellen und auf der anderen Seite werden Daten mit webbasierten Bedienungen und mit Ferndatenbanken ausgetauscht. 

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Stärken:

  • SPS Programmieren (IEC 1131)
  • Sicherheit
  • Feldbusse: EtherCAT, CAN/CANOpen, Modbus, KNX, DMX/Dali, RS232/485
  • SPS-SPS Kommunikation

Regelungstechnik

Die heutigen CPU- und SPS-Leistungen ermöglichen die Implementierung von neuen Rechnungsintensiven Reglern. Das CC Electronics kann für unterschiedliche Anwendungen sogenannte modellbasierte Regler entwerfen und implementieren.   

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Stärken:

  • Prädiktive Regler (MPC)
  • Parameteridentifikation
  • Zustandsregler
  • Robuste Regler
  • Vorsteuerung/Störgrössenaufschaltung

Robotik

In der Schweiz steigt die Anzahl an verkauften Industrieroboter zu. Die sogenannte Integration dieser Roboter stellt das Hauptproblem dar. Das CC Electronics arbeitet mit Roboter unterschiedlicher Hersteller (KUKA, Stäubli, ABB) und hilft bei der Integration eines Industrieroboters.

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Stärken:

  • Sensorgeführte Bewegungen
  • Sensorik (Laser)
  • Integration in einer übergeordneten Steuerung
  • Visionssysteme
  • Simulation

Software

Der Softwareanteil bei einer Automatisierungslösung wird immer grösser. Das CC Electronics besteht aus ausgebildeten Informatikern die die modernsten Technologien beherrschen und ist somit in der Lage eine moderne benutzerfreundliche Bedienung mit einer Datenbankanbindung für Anwendungen zu realisieren.

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Stärken:

  • Webbasierte Visualisierung/Bedienung
  • Datenbankanbindung (SQL)
  • Bildverarbeitung
  • Microsoft .NET/C#/ASP

Ortsbestimmung mit Ultraschall

Mittels Ultraschall wird eine Distanz gemessen und aus mehreren Distanzen wird der Ort des Objektes bestimmt.

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Stärken:

  • Trilateration
  • Multilateration
  • Distanzmessung mit Ultraschall
  • PAM: phase accordance method

Data Fusion

Mittels GPS, Magnetfeldsensor, Beschleunigungssensoren und Gyroskopen wird die Position und der Geschwindigkeitsvektor eines Objektes bestimmt.

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Stärken:

  • Inertialsensoren (Beschleunigung & Gyroskop)
  • GPS und Magnetfeldsensoren
  • Kalman-Filter

Inspektion von Hochspannungsmasten

Ein autonomer Helikopter wird mit einer beweglichen, kreiselstabilisierten Kamera ausgestattet und kann Dank Bildverarbeitung das Objekt am Boden selbstständig erkennen und einen entsprechenden Flugplan selbständig abarbeiten, damit das Objekt von allen Seiten auf Schäden kontrolliert werden kann.

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Stärken:

  • Systemintegration auf einem unbemannten Helikopter
  • Bildverarbeitung in Echtzeit
  • User Interface für die automatisierte Inspektion
  • Durchführung und Auswertung von realen Feldversuchen

anwendungsbereiche

Industrieautomation

Das CC Electronics arbeitet mit dem Kompetenzzentrum Mechanische Systeme zusammen, um komplette Lösungen in den Bereichen Maschinen und Robotik anzubieten. Somit lassen Sie unterschiedliche Kompetenzen (Mechanik, Hydraulik, Robotik, Automatisierung, Informatik, Messtechnik) kombinieren um die Partner bestens unterstützen zu können.

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Neue Maschinen oder Roboterzellen können komplett (von der Mechanik bis zum GUI) von uns entwickelt werden. Diese Kompetenzen wurden schon an 3 unterschiedlichen Projekten erfolgreich eingesetzt.

Stärke:

  • Zusammenarbeit mit den Kollegen von der Abteilung Maschinentechnik
  • Erfahrung in der Entwicklung von automatisierten Roboterzellen
  • Erfahrung in der Steuerung von elektrischen und hydraulischen Antrieben
  • Erfahrung in der Integration von Robotern in einer übergeordneten Steuerung

Gebäudeautomation

Die Gebäudeautomation geht heute weit über das Dimmen von Lampen und die automatische Steuerung von der Beschattung. Das CC Electronics setzt die Gebäudeautomation ein, um die Bequemlichkeit der Bewohner zu verbessern und gleichzeitig die Energieverbrauche zu minimieren.

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Wetterbasierte vorausschauende Regler werden für verschiedene Komponente eines Gebäudes vom Team entwickelt, implementiert und experimentell getestet:

  • Prädiktive Regelung von der Heizung und Kühlung in den Räumen. Wetterprognosen von MeteoSchweiz werden mit einem Modell des Raums kombiniert um das Wetter und die Belegung bestens zu antizipieren.
  • Prädiktives Management der HLK Speicher: Sehr oft tragen verschiedene Energiequelle im gleichen Speicher bei. Es führt zu einer Art Wettbewerb zwischen diesen Quellen, der selber dazu führt, dass die umweltfreundliche Quelle wegen einer schlechten Regelung der konventionellen Quelle benachteiligt wird. Ein prädiktives Management des Speichers sollte ermöglichen, den Beitrag der umweltfreundlichen Quelle in der Energiebilanz zu erhöhen.
  • Wenn eine PV Anlage bei einem Objekt vorhanden ist, stellt Sie sehr oft das Problem der Steuerung der Leistung die ins Netz zurückgespiesen wird oder die vom Netz bezogen wird. Unser Team hat ein prädiktives Management der Verbraucher entwickelt um die bezogene Leistung und die zurückgespiesene Leistung zu steuern (Peak Shaving). Ein Elektrospeicher wurde eingesetzt, um die Steuerbarkeit zu verbessern. Wetterprognosen von MeteoSchweiz werden mit einem Modell der PV Anlage und des Elektrospeichers kombiniert, um der PV Ertrag und den Ladezustand des Speichers im Voraus zu berechnen. Die steuerbaren Verbraucher (Wärmepumpe, Elektroboiler) werden nur eingeschaltet, wenn Grünenergie vorhanden ist. Der Netzbetreiber hat auch die Möglichkeit das Verhalten des Systems zu beeinflussen und eine Rückspeisung ins Netz zu bestimmten Zeitfenstern zu bevorzugen. 

Stärke:

  • Vorausschauende / prädiktive Regler
  • Gebäudemodell (Hülle und Technik)
  • Implementierung von komplexen Algorithmen in herkömmlichen SPS
  • Web-basierte Bedienung für das Gebäude

Unbemannte Flugfahrzeuge

In den vergangenen Jahrzehnten wurden weltweit unzählige unterschiedliche Flugsysteme entwickelt und für wissenschaftliche, humanitäre und kommerzielle Tätigkeiten ausgelegt und eingesetzt. Diese Fluggeräte können zum Grossteil vollständig autonom fliegen und z.B. selbständig entlang von GPS Wegpunkten fliegen. Umgangssprachlich werden die Flugsysteme als UAV (unmanned aerial vehicle), UAS (unmanned aerial system) oder auch als RPAS (remotely piloted aerial system) bezeichnet. Sie besitzen den grossen Vorteil, dass sehr unterschiedliche Sensoren (Video- und Fotokameras, Infrarot-Sensoren, Magnetfeldsenoren, Laserscanner, Hyperspectral-Scanner, Strahlungssensoren, usw.) mit grosser Präzision an einen nahezu beliebigen Punkt im Raum transportiert werden können und aus der Vogelperspektive einmalige, aussagekräftige und reproduzierbare Messungen liefern können. Bei den UAVs unterscheidet man neben der Grösse, der Reichweite und der Flughöhe auch zwischen unterschiedlichen Konfigurationen wie Flächenflieger, Helikopter, Multikopter oder Paraglider.

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Am CC Electronics werden aktuell Arbeiten ausgeführt für die automatisierte Inspektion von Hochspannungsmasten und –leitungen. In Zusammenarbeit mit der Firma Aeroscout werden dabei unbemannte Helikopter mit Multisensoren ausgestattet, die es erlauben, die Inspektion und Kontrolle von Hochspannungsleitungen effizient durchzuführen. Der Fokus liegt hierbei in der Automatisierung der Flugplanung und der Einbindung von Echtzeit-Bilddaten Auswertung.

Lokalisierung:

Personen wie auch Objekte werden mit verschiedenen Methoden ausserhalb wie auch innerhalb von Gebäuden lokalisiert und navigiert. 

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Unbemannte Luftfahrzeuge (UAV: Unmanned Aerial Vehicles) sind auf präzise Lokalisierungs- und Navigationssysteme angewiesen.  Personen im Gebäude werden zwecks Komfort und Sicherheit lokalisiert. Das Kompetenzzentrum Electronics hat Erfahrung mit präzisen Lokalisierungs- und Navigationssysteme wie sie für UAVs verwendet werden. Weiter gibt es Know-how mit Lokalisierungssystemen mit Ultraschall (ausserhalb und innerhalb von Gebäuden). Das Thema Lokalisierung wird auch als fortgeschrittenes Bachelor-Modul unterrichtet.

projekte

Prädiktive Gebäuderegelung

Eine prädiktive Regelung wird auf einem existierenden Gebäude getestet.

Aufbau einer Robotikforschungsplattform

Robotikplattform als Wissensspeicher und Forschungswerkzeug

KTI Roboterschleifen

Die Andritz Hydro produziert hochwertige Peltonräder am Standort Kriens.