Traktorin sähköistysanalyysi virtuaalisimulaatiomallilla

Tämä diplomityö on tehty Lappeenrannan teknilliselle yliopistolle osana yliopiston sähköisen liikkumisen tutkimusta. Työssä on jatkokehitetty ja dokumentoitu Drive!-projektin hybriditraktorin simulaatiomallia, joka toimii Mevea- ja Simulink-ohjelmistoissa. Mevean simulaatioalustalla on mallinnettu traktorin mekaniikkaa ja ympäristöä, kun taas Simulinkillä on simuloitu hybriditraktorin sähkötekniikkaa, dieselgeneraattoria, energiavarastoa ja apulait-teita. Työssä on tarkasteltu traktorin erilaisia maatalouden työtehtäviä ja tämän jälkeen tarkasteltu simulaatiomallin ja simulaatioiden avulla minkälaisella hybriditraktorilla näitä töitä olisi mahdollista suorittaa. Lopuksi tarkastellaan vielä simulaatiomallilla noin 75 kW:n hybriditraktorin toimintaa maatalon pihapiirin työtehtävissä ja lasketaan hybridisoinnin lisäinvestoinnille takaisinmaksuaika. Virtuaalimallilla tehtyjen simulaatioiden ja laskelmien perusteella saatiin tulokseksi, että tämän hetken komponentti- ja energiahinnoilla maataloustraktorin hybridisointi ei ole taloudellisesti kannattavaa. Kuitenkin on huomionarvoista, että ajettaessa pelkällä akkusähköllä käytetyn energian hinta on noin kolmannes verrattaessa perinteiseen dieseltraktoriin.

Hajautetun automaation käyttö osana simulaatiota

Työssä perehdytään simulaatiotekniikkaan, jossa käytetään osana fyysistä laitteistoa, ja siihen tarvittaviin komponentteihin, kuten ohjelmistorajapintoihin sekä kenttäväylään. Työssä tutustutaan myös IEC 61131-3 ja IEC 61499 -standardien mukaisiin toimintolohkomalleihin, joita käytetään automaatiossa. Näiden perusteella kehitetään järjestelmä, jonka avulla Simulink-ympäristössä voidaan oman toimintolohkon avulla käyttää taajuusmuuttajaa osana simulaatiota. Tällaisen reaaliaikaisen systeemin eri osien väliseen synkronointiin kiinnitetään myös huomiota. Järjestelmää testataan simulaatiomallilla, jossa syötetään vääntömomenttiohje taajuusmuuttajalle, joka mittaa siihen kytketyn moottorin pyörimisnopeuden. Mallilla voidaan esimerkiksi arvioida kuorman hitausmomentti. Työssä tutustutaan myös taajuusmuuttajien ohjelmallisiin ominaisuuksiin ja niiden perusteella pohditaan esitetyn kaltaisten järjestelmien käyttöä hajautettuna automaatiojärjestelmänä. Kokeellinen työ tehtiin säätö- ja digitaalitekniikan laboratoriossa vuoden 2010 aikana.