Kenttäväylien hyödyntäminen voimalaitosten ohjausjärjestelmissä

Tässä diplomityössä on tutkittu eri kenttäväylätekniikoita, sekä niiden hyödyntämisellä saatavia taloudellisia ja teknisiä etuja Finreilan tuotevalikoimaan kuuluvien prosessilaitosten ohjausjärjestelmissä. Työssä on vertailtu laitosautomaation toteutuskustannukset sekä perinteisellä että kenttäväyliä hyödyntävillä ohjausjärjestelmillä. Kustannukset on huomioitu läpi koko projektin, sähkösuunnittelusta laitoksen käyttöönottoon. Markkinoilla on tänä päivänä useita, erityyppisiä väyläratkaisuja. Väyläratkaisujen tarpeen ja niille asetettujen vaatimuksien selvittämiseksi esitellään työssä ensin ohjausjärjestelmien rakenne, yleisimmät kenttälaitteet sekä tiedonsiirron kerrosmalli. Kenttäväylätekniikasta esitellään perusrakenteet ja –komponentit, standardointi sekä kaupalliset kenttäväyläsovellukset. Kustannusten ja suunnitteluprosessin painotusten selvittämiseksi suunnitellaan esimerkkilaitokseen ohjausjärjestelmä, hyödyntäen kenttäväylätekniikkaa. Vertailua varten on haettu tiedot vuonna 1998 perinteisellä automaatiolla toteutetun laitoksen kustannuksista Finreila Oy:n taloushallintajärjestelmästä ja projektiaineistosta. Kenttäväylätoteutuksen kustannusarviot perustuvat laitetoimittajien tarjouksiin, sähkö- ja automaatiosuunnittelijoiden haastatteluihin sekä saatuihin käyttökokemuksiin kenttäväylistä. Työ on laadittu siten, että sitä voidaan käyttää yrityksen uusien työntekijöiden koulutuksessa, mikäli laitoksissa siirrytään käyttämään kenttäväylätekniikkaa. Kustannusvertailujen perusteella voidaan sanoa, että kyseisen tyyppisessä laitoksessa saavutetaan noin 17 % kustannussäästö automaatiojärjestelmän toteutuksessa. Suurin hyöty kenttäväylistä saadaan kuitenkin järjestelmän käyttöaikana tarkentuneiden mittausten ja paremmin kohdennettavien huoltotoimenpiteiden kautta tulevista säästöistä.

Älykkäiden ohjausjärjestelmien käyttö puutavarakuormaimen väsymiskestoiän parantamisessa

Työn tavoitteena oli tutkia älykkäiden ohjausjärjestelmien käyttöä mekatronisen koneen väsymiskeston parantamisessa. Älykkäiden järjestelmien osalta työssä keskityttiin lähinnä neuroverkkojen ja sumean logiikan mahdollisuuksien tutkimiseen. Tämän lisäksi työssä kehitettiin väsymiskestoikää lisäävä älykkäisiin järjestelmiin perustuva ohjausalgoritmi. Ohjausalgoritmi liitettiin osaksi puutavarakuormaimen ohjausta. Ohjaimen kehittely suoritettiin aluksi simulointimallien avulla. Laajemmat ohjaimen testaukset suoritettiin laboratoriossa fyysisen prototyypin avulla. Tuloksena puutavarakuormaimen puomin väsymiskestoikäennuste saatiin moninkertaistettua. Väsymiskestoiän parantumisen lisäksi ohjainalgoritmi myös vaimentaa kuormaimen värähtelyä.

Pienten päivittäistavarakauppojen energiatalouden parantaminen

Työn tavoitteena oli löytää keinoja, joiden avulla kylmälaite- ja ilmanvaihtojärjestelmien toimintaa voitaisiin kehittää ja myymälöiden energiataloutta parantaa. Johtopäätökset sekä jatkotoimenpide-ehdotukset tehtiin koekohteista saatujen mittaustulosten sekä laskennallisten tavoitekulutusten perusteella. Tutkimus koski alle 400 m2 päivittäistavarakauppoja, joita Suomessa oli vuoden 2002 lopussa 3 011 kappaletta. Tutkimuksessa koekohteina toimineet kaksi Siwa-myymälää kuuluvat yli 450 Suomessa toimivan Siwan myymäläketjuun. Koekohteista saatujen tutkimustulosten pohjalta energiansäästötoimenpiteitä voidaan kohdistaa myös muihin Siwa-myymälöihin, jolloin energiansäästöt kasvavat huomattaviksi. Koekohteissa kylmälaitteiden osuus sähköenergiankulutuksesta oli merkittävin. Lämmönkulutuksissa suurten erojen syynä olivat koekohteiden erilaiset lauhdelämmöntalteenottojärjestelmät. Tehokkaalla lauhdelämmön talteenotolla onkin suuri merkitys myymälöiden energiatalouteen. Tulevaisuudessa elektronisten ohjausjärjestelmien käyttö tulee lisääntymään pienissä päivittäistavarakaupoissa. Ohjausjärjestelmällä saavutettavia etuja ovat energiankulutuksen minimointi, lämpötilojen tarkempi säätö- ja valvonta, lämpötilojen rekisteröinti ja kaukovalvonta. Muita myymälän energiatalouden kannalta tärkeitä tekijöitä ovat lauhdelämmön talteenotto, määräajoin tapahtuvat laitehuollot, kylmäntarpeen minimointi, energiatehokkaiden kylmäkalusteiden käyttö sekä kylmäkalusteet huomioiva myymäläsuunnittelu.

Paperinvalmistuslinjan energiankulutuksen mittaaminen paperitehtaassa

Tämän diplomityön tarkoituksena on selvittää paperinvalmistuslinjan energiankulutusmittaus paperitehtaalla ja kehittää sen perusteella mittausmenetelmä. Tavoitteena on tutkia ja ohjeistaa mittaustapahtuma, kun apuna käytetään prosessimittauksia. Diplomityön teoriaosassa käsitellään paperinvalmistuslinjaa ja sen osaprosesseja sekä paperitehtaan prosessiohjausjärjestelmiä. Lisäksi työssä kerrotaan kirjallisuudesta löytyvistä paperitehtaan energiankulutusmittauksista, taseiden soveltamisesta paperinvalmistuslinjaan, osaprosessien energiankulutuskohteista ja energiakäytön arvioinnista. Näiden tietojen perusteella kehitetään mittausmenetelmä, joka soveltuu normaalituotannossa oleviin LWC-, SC-, sanomalehti-, kartonki- ja hienopaperinvalmistuslinjoihin sekä näiden osaprosesseille. Kehitettyä mittausmenetelmää testattiin case-tapauksiin ja kokemuksia kirjattiin ylös. Mittausmenetelmän suurin rajoite on prosessin paperitehdaskohtaisuus. Menetelmästä rajataan pois ilmanvaihto-, lämminvesi- ja jäähdytysvesijärjestelmien energiavirrat, koska näistä ei yleensä ole riittävästi mittauksia. LTO:ssa poistoilmasta talteen otettu energiavirta kuitenkin otetaan huomioon. Se vähentää korvausilman lämmittämiseen tarvittavaa energiaa. Diplomityössä selvisi, että paperivalmistuslinjan energiankulutusmittaus voidaan tehdä kustannustehokkaasti ja kattavasti hyödyntäen olemassa olevia prosessimittauksia. Mittaustuloksista on mahdollista laskea ominaisenergiankulutus, jota voidaan verrata toisiin linjoihin kun mittauksissa otetaan huomioon prosessin parametrit, mittalaitteiden mittausalue, ajankohta, mittapisteiden määrä ja sijainti.

Tarkkoihin matkustajatietoihin perustuva hissiohjausjarjestelma

Työssä esitetään geneettisten algoritmien käyttöön perustuva hissiohjausjärjestelmä, jossa ohjauspaatosten tekemisessä hyödynnetään tarkkoja matkustajatietoja. Tämä hissiohjausjärjestelmä soveltuu käytettäväksi muun muassa kohde-allokointiin perus-tuvassa hissijärjestelmässä, jossa matkustajat antavat hissikutsun yhteydessä kohde-kerrostietonsa. Esitetty ohjausjärjestelmä soveltuu käytettäväksi ulkokutsun välittömään tai jatkuvaan allokointiin perustuvassa hissijärjestelmässä. Työn kirjallisessa osuudessa esitetään parannuksia aiemmin esitettyihin hissiohjausjärjestelmiin ja käydään läpi erilaisia kohde-allokointiin perustuvia hissijärjestelmiä. Työssä kuvataan uusi matkustaja-ohjaustapa, joka vähentää matkustajan tekemän hissikutsun välittömään palveluun liittyviä hissiohjausongelmia. Tarkkoja matkustajatietoja hyödyntämällä hissijärjestelmä kykenee sekä tarjoamaan matkustajille yksilöllistä palvelua että kuljettamaan matkustajia tehokkaasti.

Using music as a signal for biofeedback

Studies on the potential benefits of conveying biofeedback stimulus using a musical signal have appeared in recent years with the intent of harnessing the strong effects that music listening may have on subjects. While results are encouraging, the fundamental question has yet to be addressed, of how combined music and biofeedback compares to the already established use of either of these elements separately. This experiment, involving young adults (N = 24), compared the effectiveness at modulating participants' states of physiological arousal of each of the following conditions: A) listening to pre-recorded music, B) sonification biofeedback of the heart rate, and C) an algorithmically modulated musical feedback signal conveying the subject's heart rate. Our hypothesis was that each of the conditions (A), (B) and (C) would differ from the other two in the extent to which it enables participants to increase and decrease their state of physiological arousal, with (C) being more effective than (B), and both more than (A). Several physiological measures and qualitative responses were recorded and analyzed. Results show that using musical biofeedback allowed participants to modulate their state of physiological arousal at least equally well as sonification biofeedback, and much better than just listening to music, as reflected in their heart rate measurements, controlling for respiration-rate. Our findings indicate that the known effects of music in modulating arousal can therefore be beneficially harnessed when designing a biofeedback protocol.

Toimintolaskennan sovellettavuus koulutusorganisaation ohjauksessa Case: Päijät-Hämeen koulutuskonserni

Oppilaitoksiin kohdistuvaa lainsäädäntöä on muutettu siten, että omistajayhteisöjen vastuuta on huomattavasti lisätty. Tämän vuoksi oppilaitosten omistajayhteisöt joutuvat etsimään uusia keinoja toimintansa ohjaamiseksi. Tällöin tukeudutaan teollisuuden ohjausjärjestelmiin, joiden toimivuutta oppilaitosten ohjauksessa ei tunneta. Tämän työn tavoitteena on tutkia toimintolaskennan soveltuvuutta koulutusorganisaation ohjaukseen. Toimintolaskentaa käytetään nykyisin hyvin yleisesti teollisuudessa. Myös jotkut nonprofit-organisaatiot ovat ottaneet sen käyttöön. Tutkimus on kohdennettu Päijät-Hämeen koulutuskonserniin, jossa tutkittiin Opetushallituksen kustannuslaskentajärjestelmän sopivuutta toiminnan ohjaukseen. Tutkimuksen tuloksena voidaan todeta, että Opetushallituksen kustannuslaskentajärjestelmä voi olla toimintolaskentajärjestelmän pohjana, koska se kuvaa hyvin oppilaitosten toimintaa ja on helppo käyttää. Se soveltuu kohtuullisesti myös tasapainotetun mittariston osaksi.

Tilauspisteen ja tilauseräkoon määrittäminen osana ostoprosessin kehittämistä tukkukaupassa

Varastojen hallinta sisältää yksinkertaisimmillaan varastotasojen, tilauspisteiden ja tilauseräkokojen määrittämiseen liittyviä päätöksiä ja toimenpiteitä. Perinteisesti näitä päätöksiä on tarkasteltu ainoastaan yhden ohjauspisteen sisäisestä näkökulmasta. Ostoprosessin ja siihen liittyvien toimittajasuhteiden kehittämisen merkitystä varastojen hallinnassa ei ole sen sijaan täysin ymmärretty. Tässä työssä tarkastellaan sekä perinteisiä varastonohjausjärjestelmiä että ostoprosessin kehittämistä teoreettisen viitekehyksen ja empiirisen case-tutkimuksen kautta. Tutkimuksen päätarkoitus on esittää varastonimikkeiden tilausajankohdan ja –eräkoon määrittämiseen liittyviä menetelmiä. Tutkimuksen teoriaosassa muodostetaan viitekehys tuotteiden luokitteluun perustuville varastojen hallinnan menettelytavoille. Varastojen hallinnan päätöksiin vaikuttavia tekijöitä ovat mm. ostoprosessin vaiheiden operatiivinen kehittäminen, toimittajayhteistyön parantaminen toimitusketjun hallinnan ja partnership-suhteiden kautta sekä nimikkeiden kysynnän, toimitusaikojen, varastojen hallinnan kustannusten ja mittarien määrittäminen. Lisäksi kuvataan tukkukauppaan liittyviä erityispiirteitä em. seikkojen osalta. Empiirisessä osassa tarkastellaan ensin terästuotteiden tukkukaupan Oy Kontino Ab:n ostotoiminnan ja varastojen hallinnan nykytilaa. Haastatteluaineiston perusteella esitetään optimaalisia varastotäydennysmenetelmiä luokitelluille nimikkeille. Tutkimuksen mukaan varaston palvelukyvyn mittaaminen on välttämätöntä optimaalisen tilauspisteen ja –eräkoon määrittämisessä. Tukkukaupan varastojen hallintaan soveltuu parhaiten kiinteän tilausvälin järjestelmä, jossa tilaushetki on kiinteä ja eräkoko sekä tilauspiste vaihtelevat. Tutkimuksesta voidaan päätellä, että myös tukkukaupan on pyrittävä varastotasojen alentamiseen parantaakseen varastoinnin tehokkuutta ja palvelukykyä. Parannukset voidaan toteuttaa vain ymmärtämällä varastojen hallinnan ja ostoprosessin välinen läheinen yhteys ja kehittämällä strategista toimittajayhteistyötä.

Verkostoitumisen vaikutus yrityksen taloudenohjaukseen

Tapaustutkimuksen tavoitteena on selvittää verkostoitumisen vaikutusta yrityksen taloudenohjaukseen. Tutkielmassa tarkastelun kohteena on suuri metallialan yritys, joka on ulkoistanut tehtaan kunnossapitotoiminnon. Yrityksen taloudenohjausta tarkastellaan prosessien kautta muuttuneessa liiketoimintaympäristössä, joka asettaa vaatimuksia yrityksen johtamisjärjestelmälle. Verkostoitumista tarkastellaan transaktiokustannusteorian perusteella sekä pohditaan yritysjohdon roolia verkostoitumisessa ja verkosto-organisaatiossa. Verkostoitumishankkeen prosessointia varten luotiin ylemmän tason prosessimalli, jonka perusteella verkostoitumisen vaikutuksia yrityksen operatiiviseen ja strategiseen taloudenohjaukseen tarkastellaan.

Rullaavan ennustamisen kehittäminen CASE: ABB Oy Service

Tutkimuksen tavoitteena oli kehittää rullaavan ennustamisen toimintaa, jotta se tuottaisi relevanttia informaatiota tapausyrityksen ohjaukselle. Tutkimuksessa sovellettiin konstruktiivista tutkimusotetta, joka on ratkaisumenetelmä liikkeenjohdollisiin ongelmiin. Tutkimustulos eli ratkaisukonstruktio innovoitiin tutkijan luoman viitekehyksen ja empiirisen tutkimuksen havaintojen avulla. Tutkimustuloksien perusteella analyyttisen rullaavan ennustamisen tarkoituksena on tyydyttää eri ohjaustasojen informaatiotarpeita ja tukea asiakaslähtöisen tapausyrityksen liiketoimintaympäristöön sopeutumista. Tutkimuksen mukaan rullaava ennustaminen on suunnittelua, joka pyrkii organisatoriseen oppimiseen. Kehittämiseen liittyviä näkökulmia, organisatorisia ja järjestelmällisiä tekijöitä löydettiin useita. Nämä eivät rajoittuneet ainoastaan johdon laskentatoimen alueelle.

Quality in services marketing in infocom sector in Finland

Tutkielman tavoitteena oli selvittää, mikä on palvelun laadun taso infocom sektorilla Suomessa, ja miten sitä voidaan parantaa. Teoriaosassa tavoitteeseen pyrittiin muodostamalla teoriakirjallisuuteen, tieteellisiin julkaisuihin sekä aikaisempaan aihealuetta sivuavaan tutkimukseen perustuva viitekehysmalli. Empiirisessä osassa tavoitetta lähestyttiin tutkimalla infocom sektorin kunkin toimialueen (telekommunikaatio, informaatio teknologia ja sisältötuotanto) palvelujen laatua case-kuvausten muodossa. Tutkielman empiirinen osuus toteutettiin kvalitatiivisena multiple case -tutkimuksena teemahaastattelu-menetelmää soveltaen. Case-analyysi suorittiin käyttäen ns. explanation- building -menetelmää. Teoreettiset ja empiiriset tutkimustulokset yhdistettiin erityisiksi infocom sektorille soveltuviksi toimenpidesuosituksiksi. Tutkielman empiirinen osuus antoi tukea teoreettisen osuuden pohjalta kehitetylle viitekehykselle. Tutkimuksen tavoitteena oli case-analyysi- menetelmän mukaisesti luoda perusta syvemmälle aihepiiriä käsittelevälle jatkotutkimukselle ja luoda kuva infocom sektorin tämän hetkisestä laadullisesta tilasta. Yhteenvetona voidaan sanoa, että laatu palvelujen markkinoinnissa infocom sektorilla on suhteellisen heikkoa, vaikka tutkimusaineiston mukaan laatu arvostetaan hyvin korkealle. Yritysten tämänhetkiset panostukset laatuun liittyvät lähinnä liiketoiminnan tukifunktioihin ja prosessien ohjausmenetelmiä koskeviin järjestelmiin. Tutkimuksen pohjalta tehtävät varsinaiset toimenpidesuositukset liittyvät laadun sisäistämiseen jo strategiaa luotaessa, asiakaslähtöisyyteen, laatujohtamiseen, laatukoulutukseen ja kokonaisvaltaisen laatukulttuurin luomiseen organisaatioissa. Turbulentissa, nopeasti kansainvälistyvässä ja erittäin voimakkaasti kilpaillussa liiketoimintaympäristössä nämä ovat elintärkeitä menestymisen kriteerejä.

Talouden ohjauksen ja organisaation muutostarpeet sähkömarkkinalain uudistuessa. Case: Kuopion Energia

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, miten sähkömarkkinalain muutosehdotus vaikuttaa Kuopion Energian verkkoliiketoiminnan talouden ohjaukseen ja organisaatiorakenteeseen. Tarkastelussa keskeisenä tutkimuskohteena oli verkkoliiketoiminnan suhde hallintopalveluihin ja asennuspalveluihin. Tutkielman teoriaosissa perehdyttiin talouden ohjausjärjestelmään ja sen osa-alueisiin sekä Suomen sähkömarkkinoiden toimintaan. Ensin perehdyttiin talouden ohjauksen merkitykseen yrityksessä sekä ohjausjärjestelmän osa-alueisiin. Sähkömarkkinoiden toiminta ja niillä tapahtuvat uudistukset loivat pohjan case–yrityksen toiminnan ymmärtämiselle. Teoriaosat toimivat viitekehyksenä case–yritystä koskettavan muutoksen arvioinnissa. Tutkimuksessa käytettävä tutkimusote oli toiminta-analyyttinen. Tutkielman lopputuloksena esitettiin toimintavaihtoehtoja, joita voidaan hyödyntää suunniteltaessa verkkoliiketoiminnan tulevaisuuden strategisia linjauksia muutostilanteessa.

A Feedfordward Adaptive Controller to Reduce the Imaging Time of Large-Sized Biological Samples with a SPM-Based Multiprobe Station

The time required to image large samples is an important limiting factor in SPM-based systems. In multiprobe setups, especially when working with biological samples, this drawback can make impossible to conduct certain experiments. In this work, we present a feedfordward controller based on bang-bang and adaptive controls. The controls are based in the difference between the maximum speeds that can be used for imaging depending on the flatness of the sample zone. Topographic images of Escherichia coli bacteria samples were acquired using the implemented controllers. Results show that to go faster in the flat zones, rather than using a constant scanning speed for the whole image, speeds up the imaging process of large samples by up to a 4x factor.

Pose-based SLAM with probabilistic scan matching algorithm using a mechanical scanned imaging sonar

This paper proposes a pose-based algorithm to solve the full SLAM problem for an autonomous underwater vehicle (AUV), navigating in an unknown and possibly unstructured environment. The technique incorporate probabilistic scan matching with range scans gathered from a mechanical scanning imaging sonar (MSIS) and the robot dead-reckoning displacements estimated from a Doppler velocity log (DVL) and a motion reference unit (MRU). The proposed method utilizes two extended Kalman filters (EKF). The first, estimates the local path travelled by the robot while grabbing the scan as well as its uncertainty and provides position estimates for correcting the distortions that the vehicle motion produces in the acoustic images. The second is an augment state EKF that estimates and keeps the registered scans poses. The raw data from the sensors are processed and fused in-line. No priory structural information or initial pose are considered. The algorithm has been tested on an AUV guided along a 600 m path within a marina environment, showing the viability of the proposed approach

DAI-DEPUR: an integrated and distributed architecture for wastewater treatment plants supervision

The activated sludge process - the main biological technology usually applied towastewater treatment plants (WWTP) - directly depends on live beings (microorganisms), and therefore on unforeseen changes produced by them. It could be possible to get a good plant operation if the supervisory control system is able to react to the changes and deviations in the system and can take thenecessary actions to restore the system’s performance. These decisions are oftenbased both on physical, chemical, microbiological principles (suitable to bemodelled by conventional control algorithms) and on some knowledge (suitable to be modelled by knowledge-based systems). But one of the key problems in knowledge-based control systems design is the development of an architecture able to manage efficiently the different elements of the process (integrated architecture), to learn from previous cases (spec@c experimental knowledge) and to acquire the domain knowledge (general expert knowledge). These problems increase when the process belongs to an ill-structured domain and is composed of several complex operational units. Therefore, an integrated and distributed AIarchitecture seems to be a good choice. This paper proposes an integrated and distributed supervisory multi-level architecture for the supervision of WWTP, that overcomes some of the main troubles of classical control techniques and those of knowledge-based systems applied to real world systems