Sähkömoottorin etäohjausjärjestelmän suunnittelu ja testaus

Tämä kandityön aihe liittyy LUT Energialla lukuvuonna 2012 – 2013 käynnissä olevaan tutkimukseen, jossa tutkitaan sähkömoottorin laakerivirtojen syntyä. Tätä tutkimusta varten tarvittiin sähkömoottorin etäohjausjärjestelmä, jonka avulla tutkimuksessa käytettävän sähkömoottorin käyttäytymistä voitaisiin tutkia erilaisien käyttöprofiileiden funktiona. Tässä kandityössä suunnitellaan ja toteutetaan edellä kuvattu järjestelmä. Toteutuksessa hyödynnetään nykyaikaista automaatiotekniikkaa, joka yhdessä Ethernet-lähiverkkotekniikan kanssa mahdollistaa etäohjauksen. Valmiin etäohjausjärjestelmän avulla käyttäjä pystyy sekä käynnistämään että sammuttamaan sähkömoottorin, ja määrittämään käyttöprofiilin ON- ja OFF-tilojen ajalliset kestot sekä käyntinopeudet.

Tiedonkeruujärjestelmän kehittäminen voimalaitoksen toiminnan tehostamisessa

Diplomityössä kehitetään tiedonkeruujärjestelmää voimalaitoksen toiminnan tehostamiseksi. Aihetta käsitellään tiedonkeruujärjestelmän käyttäjän ja ylläpitäjän näkökulmasta. Tiedonkeruujärjestelmällä kerätään prosessitietoa automaatiojärjestelmästä ja tallennetaan prosessitieto tietokantaan. Työssä on kuvattu sekä automaatio- että tiedonkeruujärjestelmää prosessitiedon keruun, tallentamisen ja hallinnan ymmärtämiseksi. Prosessitiedon merkitystä voimalaitoksen toiminnan kannalta on myös pohdittu. Diplomityö tehtiin Mertaniemen voimalaitoksella, jossa käytännön kehityskohteina olivat laskenta- ja raportointisovellukset. Lisäksi tarkistettiin tietokantamuuttujia. Tiedonkeruujärjestelmää kehitetään ja päivitetään voimalaitoksen laitteisto- ja toimintamuutosten takia. Kehityksellä pyritään tarjoamaan oikeampaa ja luotettavampaa tietoa, korjaamaan virheitä sekä kartoittamaan mahdollisia puutteita.

Multi-axis solutions in packaging machines in Europe

The objective of this thesis was to examine the potential of multi-axis solutions in packaging machines produced in Europe. The definition of a multi-axis solution in this study is a construction that uses a common DC bus power supply for different amplifiers running the axes and the intelligence is centralized into one unit. The cost structure of a packaging machine was gained from an automation research, which divided the machines according to automation categories. The automation categories were then further divided into different sub-components by evaluating the ratio of multi-axis solutions compared to other automation components in packaging machines. A global motion control study was used for further information. With the help of the ratio, an estimation of the potential of multi-axis solutions in each country and packaging machine sector was completed. In addition to the research, a specific questionnaire was sent to five companies to gain information about the present situation and possible trends in packaging machinery. The greatest potential markets are in Germany and Italy, which are also the largest producers of packaging machinery in Europe. The greatest growth in the next few years will be seen in Turkey where the annual growth rate equals the general machinery production rate in Asia. The greatest market potential of the Nordic countries is found in Sweden in 35th position on the list. According to the interviews, motion control products in packaging machines will retain their current power levels, as well as the number of axes in the future. Integrated machine safety features together with a universal programming language are the desired attributes of the future. Unlike generally in industry, the energy saving objectives are and will remain insignificant in the packaging industry.

Silloitushitsauksen robotisointi

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia ja selvittää kuormakoneen takarunkorakenteen silloitushitsauksen robotisointia. Työ päätettiin rajata koskemaan vain tiettyä moduulia takarungosta. Työssä kartoitettiin tarvittava laitteisto, selvitettiin runkomoduulin silloitusajat sekä arvioitiin investoinnin kannattavuutta. Silloituksen suorittavan järjestelmän vaatimuksena oli, että sen tulee asettaa osat paikoilleen hitsauskiinnittimeen ja tehdä tarvittavat silloitushitsaukset automaattisesti. Sopivaksi laitteistoksi osoittautui taloudellisuuden ja toiminnallisuuden näkökulmasta yhdestä kappaleenkäsittely- sekä hitsausrobotista muodostuva järjestelmä. Kappaleenkäsittelijän ohjauksessa käytetään konenäköä sekä osien paikannuksessa että laadunvarmistuksessa. Robotit liikkuvat yhteisellä lineaariradalla, jonka rinnalla on kappaleenkäsittelylaitteistoja hitsauskiinnittimineen. Robotisoinnin käyttöönotolla yhden takarungon moduulien kokoonpanoon ja silloitukseen käytettävä aika pienenee alle puoleen manuaaliseen työhön verrattuna. Näin saavutetaan merkittäviä kustannussäästöjä. Lisäksi hitsauskiinnittimet voivat olla verrattain yksinkertaisia manuaalityöhön verrattuna, jolloin myös säästetään työkaluinvestoinneissa. Robotisointiprojektin jatkotoimenpiteitä ovat laajamittaiset tuotantosimulaatiot layoutin, laitteiston sekä työkiertojen tarkaksi määrittämiseksi. Lisäksi itse tuotetta on muokattava paremmin robottisilloitukseen sopivaksi.

Taajuusmuuttaja aktiivisesti säädetyn magneettilaakerin virtalähteenä

Työssä tutkitaan mahdollisuutta hyödyntää sähkömoottorien nopeudensäätöön suunniteltuja kaupallisia taajuusmuuttajia osana aktiivisesti säädetyn magneettilaakeroinnin säätöjärjestelmää. Magneettilaakerijärjestelmän ohjaamiseksi tarvitaan vahvistin, jonka tehtävänä on muuntaa paikkasäätöjärjestelmältä tuleva ohjearvo virraksi, jännitteeksi tai magneettivuoksi voiman tuottamiseksi laakerikäämityksellä. Nykyaikaiset modernit taajuusmuuttajat mahdollistavat säätöalgoritmien suorittamisen sekä liitynnän muuhun automaatiojärjestelmään kenttäväylien kautta. Tämän järjestelmäintegraation myötä olisi mahdollista rakentaa modulaarinen säätöjärjestelmä hyödyntäen luotettavaksi todettuja teollisuusautomaatiotuotteita vain muutamalla itse magneettilaakerijärjestelmään liittyvällä tuotteella. Haluttaessa hyödyntää kolmivaiheinen taajuusmuuttaja mahdollisimman tehokkaasti magneettilaakerin teholähteenä tulee laakerikäämityksien kytkeytymistä taajuusmuuttajaan tarkastella tarkemmin. Kirjallisuustutkimuksessa keskitytään taajuusmuuttajan tehokytkimien muodostaman vaihtosuuntaajan eri rakennevaihtoehtojen sekä virtasäädön dynaamisten ominaisuuksien tarkasteluun. Soveltuvien rakennevaihtoehtojen sekä virtasäädön suorituskyky todennetaan simuloinnein ja lopuksi todellisella koelaitteistolla. Magneettilaakeroinnilla varustetun sähkökoneen roottorin onnistunut leijuttaminen viiden vapausasteen suhteen paikkasäädettynä sekä mittauksien tulokset osoittavat, ettei taajuusmuuttajien järjestelmäarkkitehtuurista löydy merkittäviä esteitä muuttajien hyödyntämiseksi magneettilaakerisovelluksissa.

Vastaanottoprosessin nopeuttaminen ja virheiden eliminointi RFID-tekniikan avulla

Työn tavoitteena oli tutkia ja kehittää saapuvan tavaran vastaanottoprosessia poistaen siitä Lean-oppien mukaisesti hukkaa. Kehitys tehtiin lisäämällä vastaanoton tiedonsiirtoautomatiikkaa, ja toteutus tehtiin RFID-tekniikan avulla. Tutkielman teoreettisena taustana ovat Lean-opit, joiden avulla tavoitteena oli eliminoida hukka, suunnitella vastaanottoprosessi uudelleen ja kehittää sitä edelleen. Keskeisenä tehtävänä oli löytää ne tekniikan valintaan vaikuttavat tekijät, joilla case-yrityksessä saatiin käyttövarma RDIF-tekniikka käyttöön. Tutkielmassa kerrotaan myös, miten tekniikan käyttöönotto toteutettiin. Lopuksi esitetään tuloksia ja päätelmiä uudistetusta prosessista ja kerrotaan niistä jatkotoimenpiteistä, joiden avulla teknologian käyttöä voidaan edelleen laajentaa. The aim of this study was analyze and develop the inbound receiving process of removing waste according of Lean-thinking. Development was done by raising inbound transmission automation implementation done by RFID- technology. The theoretical background was Lean –thinking; how to re-design process further development to eliminate waste. The main task was to find a reliable RFID- technology and the choice of technology factors were taken into account in the case company and how the technology was implemented. Finally, the presented results and conclusions of re-design process and possibilities to expand the technology to the case company processes.

M-käsittelyn vaikutus lastuamalla valmistettavan tuotteen valmistuskustannuksiin

Paremmin lastuttavia M-käsiteltyjä teräksiä on käytetty yrityksissä jo yli 20 vuoden ajan. Ominaisuuksiensa ansiosta M-teräksillä on pystytty pienentämään koneistuskustannuksia ja parantamaan kilpailukykyä. Viime vuosien aikana lastuavat terät ja työstökoneet ovat kuitenkin kehittyneet ja ero M-terästen ja tavanomaisten terästen välillä on voinut kaventua. Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia, saavutetaanko M-teräksen käytöllä taloudellisia etuja nykyaikaisissa konepajaolosuhteissa. Tutkimuksessa vertailtiin M-käsitellyn ja tavanomaisen 42CrMo4 – teräksen koneistusta. Valmistuskokeissa tarkasteltiin terien kulumista, lastun muotoa ja pinnanlaatua. Koekappaleena toimi olakkeellinen kuusiomutteri M64 kierteellä. Tuotteita valmistettiin yli 500 kappaletta ja materiaalia poistettiin noin 2000 kg. Koetulosten perusteella tuotteille laskettiin koneistuskustannukset kuvitteellisessa yrityksessä. Ero materiaalien välillä oli suurin työvaiheissa, joissa lastuaminen oli jatkuvaa. Sisä- ja ulkosorvauksessa M-käsiteltyä terästä lastunneiden terien kestoikä oli noin kaksinkertainen ja kierteen sorvauksessa noin nelinkertainen tavalliseen teräkseen verrattuna. Hakkaavassa työstössä terien kestoikä oli molemmilla materiaaleilla sama. Työssä suoritettujen kokeiden ja kustannuslaskelmien perusteella, käyttämällä M-käsiteltyä terästä voidaan pienentää valmistuskustannuksia. Materiaalien välinen ero korostuu, kun hakkaavaa työstöä on vähän, sarjat ovat suuria ja tuotanto on miehittämätöntä.

Häiriöanalyysejä tehonkorotetun kiehutusvesivoimalaitoksen käytettävyyden varmistamiseksi

TVO suunnittelee reaktoritehon 10 %:n korotusta Olkiluoto 1 ja 2 -voimalaitoksille. Reaktoriteho nostetaan 2500 MW:sta 2750 MW:iin polttoaineen rikastusastetta nostamalla ja pääkiertovirtausta kasvattamalla. Samalla syöttövesivirtaus reaktoriin ja tuorehöyryvirtaus turpiineille kasvaa. Lauhteenpuhdistusjärjestelmän kapasiteettia ei voida kuitenkaan kasvattaa, joten massavirran lisäys toteutetaan ottamalla käyttöön korkeapainesivulauhteen eteenpäinpumppaus. Lauhteen esilämmityslinjojen, lauhteenpuhdistuksen ja syöttövesipumppujen massavirta säilyy siten nykyisellään. Muita merkittäviä tehonkorotukseen liittyviä laitosmuutoksia ovat pääkiertopumppujen uusinta ja korkeapaineturpiinin muutokset. Tehonkorotetun prosessin käytettävyyden varmistamiseksi tehdään häiriöanalyysejä Apros-prosessisimulointiohjelmistoa käyttäen. OL1 ja OL2 -laitoksista on olemassa validoitu 2500 MW:n laitosmalli, josta muokatulla 2750 MW:n laitosmallilla simuloinnit tehdään. Häiriöanalyysien avulla selvitetään säätöjärjestelmien kyky pitää prosessin tila hallinnassa ilman suojausautomaation laukeamista. Simuloituihin tapauksiin kuuluu pumppujen ja venttiilien vikaantumistapauksia sekä turpiini- ja reaktoripuolen pikasulku- ja osittaispikasulkutapauksia. Myös meriveden lämpötilan vaikutusta häiriötilanteisiin tarkastellaan. Analyysien perusteella voimalaitosten ohjaus- ja suojausautomaatio toimivat hyvin myös korotetulla teholla. Tehonkorotuksen jälkeiset suuremmat massavirrat aiheuttavat kuitenkin voimakkaampia reaktoripaineen ja -tehon vaihteluita varsinkin venttiilien sulkeutumistapauksissa. Simuloinnit osoittivat, että tehonkorotus 2500 MW:sta 2750 MW:iin on mahdollinen, mutta aiheuttaa pieniä muutoksia laitoksen suojausjärjestelmien laukaisurajoihin.

Impact of reliability of supply on long-term development approaches to electricity distribution networks

The Finnish electricity distribution sector, rural areas in particular, is facing major challenges because of the economic regulation, tightening supply security requirements and the ageing network asset. Therefore, the target in the distribution network planning and asset management is to develop and renovate the networks to meet these challenges in compliance with the regulations in an economically feasible way. Concerning supply security, the new Finnish Electricity Market Act limits the maximum duration of electricity supply interruptions to six hours in urban areas and 36 hours in rural areas. This has a significant impact on distribution network planning, especially in rural areas where the distribution networks typically require extensive modifications and renovations to meet the supply security requirements. This doctoral thesis introduces a methodology to analyse electricity distribution system development. The methodology is based on and combines elements of reliability analysis, asset management and economic regulation. The analysis results can be applied, for instance, to evaluate the development of distribution reliability and to consider actions to meet the tightening regulatory requirements. Thus, the methodology produces information for strategic decision-making so that DSOs can respond to challenges arising in the electricity distribution sector. The key contributions of the thesis are a network renovation concept for rural areas, an analysis to assess supply security, and an evaluation of the effects of economic regulation on the strategic network planning. In addition, the thesis demonstrates how the reliability aspect affects the placement of automation devices and how the reserve power can be arranged in a rural area network.

Data management as a part of performance management: Case study about production reporting development project

Because of the increased availability of different kind of business intelligence technologies and tools it can be easy to fall in illusion that new technologies will automatically solve the problems of data management and reporting of the company. The management is not only about management of technology but also the management of processes and people. This thesis is focusing more into traditional data management and performance management of production processes which both can be seen as a requirement for long lasting development. Also some of the operative BI solutions are considered in the ideal state of reporting system. The objectives of this study are to examine what requirements effective performance management of production processes have for data management and reporting of the company and to see how they are effecting on the efficiency of it. The research is executed as a theoretical literary research about the subjects and as a qualitative case study about reporting development project of Finnsugar Ltd. The case study is examined through theoretical frameworks and by the active participant observation. To get a better picture about the ideal state of reporting system simple investment calculations are performed. According to the results of the research, requirements for effective performance management of production processes are automation in the collection of data, integration of operative databases, usage of efficient data management technologies like ETL (Extract, Transform, Load) processes, data warehouse (DW) and Online Analytical Processing (OLAP) and efficient management of processes, data and roles.

Maritime safety in the Gulf of Finland. Evaluation of the regulatory system

Growing traffic is believed to increase the risk of an accident in the Gulf of Finland. As the consequences of a large oil accident would be devastating in the vulnerable sea area, accident prevention is performed at the international, regional and national levels. Activities of shipping companies are governed with maritime safety policy instruments, which can be categorised into regulatory, economic and information instruments. The maritime regulatory system has been criticised for being inefficient because it has not been able to eliminate the violations that enable accidents. This report aims to discover how maritime governance systems or maritime safety policy instruments could be made more efficient in the future, in order to improve the maritime safety level. The results of the research are based on a literature review and nine expert interviews, with participants from shipping companies, interest groups and authorities. Based on the literature and the interviews, a suggestion can be made that in the future, instead of implementing new policy instruments, maritime safety risks should be eliminated by making the existing system more efficient and by influencing shipping companies’ safety culture and seafarers’ safety related attitudes. Based on this research, it can be stated that the development of maritime safety policy instruments should concentrate on harmonisation, automation and increasing national and cross-border cooperation. These three tasks could be primarily accomplished by developing the existing technology. Human error plays a role in a significant number of maritime accidents. Because of this, improving companies’ safety culture and voluntary activities that go beyond laws are acknowledged as potential ways of improving maritime safety. In the future, maritime regulatory system should be developed into a direction where the private sector has better possibilities to take part in decision-making.

Från plåtpolis till livräddare : Behovsanalys för automatisk trafiksäkerhetskontroll 2011 – 2015

I det här arbetet utformades en utvecklings- och investeringsplan för automatisk trafiksäkerhetsövervakning för åren 2011-2015 för landsvägsnätet i Egentliga Finland och Satakunta. Planen innehåller analys av den nuvarande verksamhetsmodellen och förslag hur verksamhetsmodellen kunde förbättras samt förslag om vilka vägavsnitt som ska få automatisk övervakning och vilka projekt som ska prioriteras under åren 2011-2015. Vidare beskrivs i planen den automatiska övervakningsteknik och verksamhetsmodell som används i Sverige samt åtgärdsförslag för att öka den automatiska trafikövervakningens acceptans. Den nuvarande verksamhetsmodellen och behovet av att utveckla den automatiska trafikövervakningen har utvärderats på basis av intervjuer med experter. Experterna ansåg att den nuvarande verksamhetsmodellen i huvudsak är funktionell och effektiv, eftersom man med relativt små kostnader har uppnått effektiva resultat. Den automatiska trafikövervakningen måste dock fortfarande utvecklas och Sveriges verksamhetsmodell ansågs vara en bra förebild och ett gott exempel. De viktigaste utvecklingsområdena ansågs vara utveckling av tekniken, snabbare informationsbehandling och automatisering, vilket skulle öka polisens resurser att verkställa övervakningen. Vägavsnitten som ska få automatisk övervakning under åren 2011-2015 prioriterades främst på basis av olycksfrekvens, antal olyckor, Tarva-beräkningsresultat, hastighetsdata och trafikmängder. Av olycksstatistiken har man främst uppmärksammat personskadeolyckor. Tarva-beräkningarna användes också för att utvärdera den automatiska trafikövervakningens inverkan och effektivitet. Enligt de intervjuade experterna är öppenhet kring övervakningen, synlig övervakningsapparatur och kontinuerlig informationsförmedling bland de viktigaste sätten att öka acceptansen. Genom att informera för man fram systemets fördelar och dess betydelse för trafiksäkerheten. Att förändra övervakningskamerans varumärke till säkerhetskamera enligt Sveriges modell ansågs även vara bra. I detta arbete presenteras en plan för att utveckla acceptansen för automatisk trafiksäkerhetsövervakning.

Kirjastonkäyttäjien uudet odotukset?

Kansalliskirjasto isännöi Helsingissä, Metsätalolla 9.–11.6. 2010 kansainvälistä kirjastoalan ELAG (European Library Automation Group) konferenssia.

A Model-Based Development and Verification Framework for Distributed System-on-Chip Architecture

The capabilities and thus, design complexity of VLSI-based embedded systems have increased tremendously in recent years, riding the wave of Moore’s law. The time-to-market requirements are also shrinking, imposing challenges to the designers, which in turn, seek to adopt new design methods to increase their productivity. As an answer to these new pressures, modern day systems have moved towards on-chip multiprocessing technologies. New architectures have emerged in on-chip multiprocessing in order to utilize the tremendous advances of fabrication technology. Platform-based design is a possible solution in addressing these challenges. The principle behind the approach is to separate the functionality of an application from the organization and communication architecture of hardware platform at several levels of abstraction. The existing design methodologies pertaining to platform-based design approach don’t provide full automation at every level of the design processes, and sometimes, the co-design of platform-based systems lead to sub-optimal systems. In addition, the design productivity gap in multiprocessor systems remain a key challenge due to existing design methodologies. This thesis addresses the aforementioned challenges and discusses the creation of a development framework for a platform-based system design, in the context of the SegBus platform - a distributed communication architecture. This research aims to provide automated procedures for platform design and application mapping. Structural verification support is also featured thus ensuring correct-by-design platforms. The solution is based on a model-based process. Both the platform and the application are modeled using the Unified Modeling Language. This thesis develops a Domain Specific Language to support platform modeling based on a corresponding UML profile. Object Constraint Language constraints are used to support structurally correct platform construction. An emulator is thus introduced to allow as much as possible accurate performance estimation of the solution, at high abstraction levels. VHDL code is automatically generated, in the form of “snippets” to be employed in the arbiter modules of the platform, as required by the application. The resulting framework is applied in building an actual design solution for an MP3 stereo audio decoder application.

Mittakuvatoiminnan asiakaslähtöisyyden kehittäminen

Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää tämän päivän mittakuviin liittyviä asiakastarpeita Metso Automaation Virtauksensäätöratkaisut -liiketoimintalinjassa. Mittakuvat ovat tärkeä osa asiakkaalle tuotteen yhteydessä toimitettavaa dokumenttipakettia, joihin on kohdistettu yhä enemmän vaatimuksia viime vuosien aikana. Tutkimuksen keskeisenä tavoitteena oli ymmärtää 3D-mittakuvien merkitys Metson liiketoiminnassa, tunnistaa tämän päivän mittakuviin liittyvät asiakastarpeet, sekä luoda tunnistettujen asiakastarpeiden pohjalta kehittämissuunnitelma mittakuvatoiminnalle. Työssä toteutettiin teoreettinen kirjallisuusselvitys 3D-mallintamisesta sekä empiirinen tutkimusosuus asiakastarpeiden tunnistamisesta. Venttiiliyhdistelmä -mittakuviin liittyvät asiakastarpeet kerättiin haastatteluiden sekä verkkokyselyn avulla. Työssä haastateltiin Metson asiantuntijoita, Metson asiakkaita sekä CAD-järjestelmien toimittajia. Työn keskeisimpänä tuloksena esitettiin mittakuvatoiminnan kehittämissuunnitelma, jonka perustana oli mittakuviin liittyvä asiakastarvekartoitus, arvio Metson mittakuvatyökaluista sekä tulokset 3D-mittakuvien data- ja järjestelmävaatimuksista. Kehittämissuunnitelmassa kuvattiin, miten mittakuvatoimintaa tulee kehittää kokonaisvaltaisesti lähitulevaisuudessa. Tulokset antavat hyvän perustan laadukkaamman ja asiakaslähtöisemmän toiminnan kehittämiselle.