Sähkökoneiden etädiagnostiikan kenttätason tiedonsiirtotarpeen arviointi ja instrumentoinnin kehittäminen

Tässä diplomityössä tarkastellaan sähkökoneiden tyypillisiä vikoja ja joitain näiden havaitsemiseen käytettäviä mittauksia ja analyysejä; mittausten tuottamaa tietomäärää arvioidaan. Muutamia teollisuuslaitoksissa käytettyjä väyliä ja tiedonsiirtoprotokollia esitellään, ja analysoidaan kunnonvalvonnan mittauksien siirtämisen näillä väylillä vaatimaa väylän datansiirtonopeutta. Valvottavien sähkökoneiden määrän ylärajaa arvioidaan kunkin väylän/protokollan tapauksessa. Työssä esitellään ratkaisuja sähkökoneiden etädiagnostiikan tiedonsiirron toteuttamiseksi ja arvioidaan valvottavien sähkökoneiden määrän ylärajaa kussakin tapauksessa. Lisäksi työssä suunnitellaan ja toteutetaan kunnonvalvonnan mitta-antureiden kanssa käytettävä mittaustiedon keräily-yksikkö. Keräily-yksikön sisältävä kunnonvalvonnan ja etädiagnostiikan tiedonkeruu- ja tiedonsiirtojärjestelmä asennetaan kahteen pilot-kohteeseen: sellutehtaalle ja pienvesivoimalaan.

Kahden portaalirobotin liikkeen synkronisointijärjestelmän toteuttaminen, käyttöönotto ja testaus, järjestelmän toteuttaminen, käyttöönotto ja testaus.

Tuotekehitysprojektin tarkoitus oli kehittää "älykäs" automaatiojärjestelmä kahdesta portaalirobotista muodostuvaan kuljetinlinjaan, jossa molemmat robotit synkronoidaan kulkemaan yhtäaikaisesti sähköisen akselin avulla. Tämän teknisen ratkaisun avulla kiinteitä kustannuksia, kuten valmistus- ja asennuskustannukset, saadaan laskemaan. Kuljetinlinjaa ohjataan hajautetun automaatiojärjestelmän avulla, jossa vastaanotettu ja lähetetty tieto kulkee MPI- ja Profibus-väylien kautta. Ohjelmoitava logiikkaohjain hoitaa tiedonsiirron ylätason PC:n ja hajautettujen solmujen välillä sekä jakaa tehtäviä alatason periferialaitteille. Robottien välinen sähköinen akseli mahdollistaa terästukirakenteiden ja kehikkojen jäämisen pois, jotka vain vievät tilaa tuotantotiloilta, laitteistoilta ja koneilta. Tukirakenteiden asennustyöt ovat myös aikaa vieviä ja kalliita. Huolimatta lisääntyneestä elektronisten komponenttien lukumäärästä tulee uusi tekninen ratkaisu kustannuksiltaan halvemmaksi kuin aikaisemmin käytetty mekaanisesti yhdistetty kuljetin.

Rautateiden henkilöliikenteen kehitys Baltian maissa

Työn tavoitteena oli selvittää, millaisia muutoksia Viron, Latvian ja Liettuan rautateiden henkilöliikenteessä on tapahtunut neuvostoajan lopun ja tämän päivän välillä. Tarkastelupisteiksi valittiin vuodet 1991, 1997, 2002 ja 2009. Tutkimuksen tavoitteena oli myös selvittää muutoksiin vaikuttaneita taustatekijöitä, kuvata nykytilannetta ja tarkastella tulevaisuuden vaihtoehtoisia kehityspolkuja. Tutkimuksen tulosten perusteella rautateiden henkilöliikenteen määrä on supistunut noin puoleen kaikissa kolmessa maassa tarkasteltuna junakilometrien viikoittaisella määrällä. Matkustajamäärät ovat laskeneet kaikissa kolmessa maassa selvästi tarkastelujakson aikana. Syitä rautateiden henkilöliikenteen supistumiseen ovat olleet mm. kireä kilpailu linja-autoliikenteen kanssa ja lisääntynyt henkilöautojen käyttö. 1990-luvun taloudellisesti vaikeina vuosina rautateillä ei ollut mahdollisuuksia uusia kalustoaan. Kansainvälinen talouskriisi ja sen myötä heikentynyt taloudellinen tilanne kaikissa kolmessa maassa muodostaa uuden uhan rautateiden henkilöliikenteelle. Korkeat rataverkon käyttömaksut toimivat tehokkaana esteenä henkilöliikenteen kehittämiselle.

On Dynamic Monitoring Methods for Networks-on-Chip

Rapid ongoing evolution of multiprocessors will lead to systems with hundreds of processing cores integrated in a single chip. An emerging challenge is the implementation of reliable and efficient interconnection between these cores as well as other components in the systems. Network-on-Chip is an interconnection approach which is intended to solve the performance bottleneck caused by traditional, poorly scalable communication structures such as buses. However, a large on-chip network involves issues related to congestion problems and system control, for instance. Additionally, faults can cause problems in multiprocessor systems. These faults can be transient faults, permanent manufacturing faults, or they can appear due to aging. To solve the emerging traffic management, controllability issues and to maintain system operation regardless of faults a monitoring system is needed. The monitoring system should be dynamically applicable to various purposes and it should fully cover the system under observation. In a large multiprocessor the distances between components can be relatively long. Therefore, the system should be designed so that the amount of energy-inefficient long-distance communication is minimized. This thesis presents a dynamically clustered distributed monitoring structure. The monitoring is distributed so that no centralized control is required for basic tasks such as traffic management and task mapping. To enable extensive analysis of different Network-on-Chip architectures, an in-house SystemC based simulation environment was implemented. It allows transaction level analysis without time consuming circuit level implementations during early design phases of novel architectures and features. The presented analysis shows that the dynamically clustered monitoring structure can be efficiently utilized for traffic management in faulty and congested Network-on-Chip-based multiprocessor systems. The monitoring structure can be also successfully applied for task mapping purposes. Furthermore, the analysis shows that the presented in-house simulation environment is flexible and practical tool for extensive Network-on-Chip architecture analysis.

Kaasupoljinohjeen toteuttaminen hybridilinja-auton säätöjärjestelmälle

Sähkö- ja hybridiajoneuvot yleistyvät tiukentuvien päästömääräysten seurauksena, koska sähkömoottoritekniikan avulla ajoneuvon kokonaishyötysuhdetta on mahdollista parantaa merkittävästi. Akkujen kapasiteettiin, kokoon, painoon ja latausaikoihin liittyvien ongelmien vuoksi sekä nestemäistä polttoainetta että sähköä hyödyntävä hybriditekniikka on toistaiseksi pelkkään sähkökäyttöön verrattuna usein toimivampi toteutus. Vanhojen hyötyajoneuvojen hybridikonversiot saattavatkin yleistyä, jos voidaan osoittaa, että konversio on toteutettavissa järkevin resurssein ja voidaan laatia konversion teknisiä haasteita helpottavia ohjeita. Syksyllä 2012 käynnistyi Lappeenrannan Teknillisen Yliopiston vetämä CAMBUS-projekti, jossa on tarkoitus kehittää kaupallisesti tarjolla olevia järjestelmiä pätevämpi hybriditekniikka linja-autokäyttöön. Tämä kandidaatintyö pyrkii kirjallisuuskatsauksen keinoin selvittämään, minkälainen kaasupolkimen toteutus olisi tätä hybridikonversiota ajatellen paras kuljettajan kontrolloiman säätöohjeen käytännön toteutukseen. Lähdemateriaalina on käytetty mm. Boschin ja Automobiltechnische Zeitschriftin ajoneuvoalan käsikirjoja ja oppikirjoja, Volkswagenin koulutuskäsikirjoja ja täydentävästi tieteellisiä artikkeleita ja patentteja. Niiden pohjalta on koottu yleisimmät tämänhetkiset tekniset toteutustavat, pohdittu tiedonsiirron ja sähkömagneettisen yhteensopivuuden haasteita, sekä kokonaissäätöjärjestelmän näkökulmasta säätöohjeen suuretta. Selvityksen perusteella polkimen asentotunnistuksen kannalta oleellista on turvallisuus, eli lähinnä mekaaninen kestävyys ja riittävä häiriösuojaus. Ajoneuvossa ilmeneviä voimakkaita magneettikenttiä hyvin sietävä digitaalinen väyläjärjestelmä voi hyvin toteutettuna myös yksinkertaistaa ajoneuvon sähköjärjestelmän muuta toteutusta. Aineistojen perusteella vääntömomentti on luonnollisin valinta ohjaussuureeksi. Vääntömomenttiohjeen avulla voidaan helposti luoda selkeä ja johdonmukainen tuntuma kuljettajalle voimanlähteiden turvalliseen hallintaan ja se helpottaa myös kommunikointia pidonhallintajärjestelmän ja muiden ajoneuvon hallintaan liittyvien järjestelmien kanssa.

Sähkö- ja hybridibussien tilanneselvitys

Työn tavoitteena on selvittää, minkälaisia sähkö- ja hybridibusseja maailmalla on käytössä. Työssä tutustutaan sähkö- ja hybridibussien tekniikkaan yleisellä tasolla. Tarkastellaan eri valmistajien bussien tekniikoita myös yksityiskohtaisemmin. Vertaillaan hieman bussien suorituskykyjä. Tuloksena tarkasteltavien bussien tärkeimmät ominaisuudet kerättiin taulukoihin ja vertailtiin niitä. Saatiin selville, että sähkö- ja hybridibussivalikoima on hyvin laaja. Yhtä optimaalista sähkö- tai hybridijärjestelmää ei ole vielä kehitetty vaan busseissa käytetään erilaisia sovelluksia esimerkiksi moottorin, voimansiirron ja energiavaraston osalta.

Vanadiiniakut

Nykyään monet käyttökohteet vaativat akuilta aiempaa parempaa suorituskykyä, joten on syntynyt kasvavaa tarvetta uusien akkujen kehittämiselle erilaisista uusista materiaaleista ja uusiin valmistusmenetelmiin pohjautuen. Työn tavoitteena on selvittää kirjallisuustutkimuksena litium-vanadiini-fosfaattiakun ja vanadiini-redoksi-virtausakun ominaisuuksia, saatavuutta, sovelluskohteita ja vertailla niitä muutamaan eri litiumakkutekniikkaan. Tutkimuksen perusteella litium-vanadiini-fosfaattiakkuja ei ole vielä saatavilla kaupallisesti, joten työssä tutkittiin niitä teknisten raporttien pohjalta. Raporttien pohjalta arvioituna, parhaita ominaisuuksia litium-vanadiini-fosfaattiakuilla on erinomainen kuormituksen kesto ja korkea nimellisjännite. Sähköisissä ajoneuvoissa litium-vanadiini-fosfaattiakuilla on suurimmat mahdollisuudet erilaisissa hybridiajoneuvoissa, mutta todennäköisesti ne soveltuvat täyssähköisiin ajoneuvoihin vähintään yhtä hyvin kuin esimerkiksi litium-rauta-fosfaattiakut, jos valmistuskustannukset olisivat samalla tasolla. Vanadiini-redoksi-virtausakkua on jo markkinoilla usean valmistajan toimesta. Niiden ominaisuudet poikkeavat paljon muista akkutyypeistä ja erikoisuutena on mahdollisuus akun pikalataukseen elektrolyyttinesteet vaihtamalla. Syklien kestossa päästään myös erinomaisiin arvoihin, mutta suurimmat ongelmat ovat lyijyakkuakin matalampi energiatiheys ja tehotiheys. Vanadiini-redoksi-virtausakut soveltuvat parhaiten suuren kokoluokan sähköverkkoratkaisuihin ja sähköisissä ajoneuvoissa niiden mahdollisuudet rajoittunevat täyssähköisiin linja-autoihin ja isoihin työkoneisiin.