Induction Motor Drive Energy Efficiency - Simulation and Analysis

A coupled system simulator, based on analytical circuit equations and a finite element method (FEM) model of the motor has been developed and it is used to analyse a frequency-converterfed industrial squirrel-cage induction motor. Two control systems that emulate the behaviour of commercial direct-torque-controlled (DTC) and vector-controlled industrial frequency converters have been studied, implemented in the simulation software and verified by extensive laboratory tests. Numerous factors that affect the operation of a variable speed drive (VSD) and its energy efficiency have been investigated, and their significance in the simulation of the VSD results has been studied. The dependency of the frequency converter, induction motor and system losses on the switching frequency is investigated by simulations and measurements at different speeds for both the vector control and the DTC. Intensive laboratory measurements have been carried out to verify the simulation results.

ZigBee-verkot ja evaluointilaitteen suunnittelu

In this thesis a closer look at ZigBee wireless network protocol was made and a ZigBee evaluation device was designed and built for testing it. ZigBee is a digital wireless network technology published in 2004, which was developed for wireless control and automation systems. It is based on the IEEE 802.15.4-2003 standard, and its aim was to create a reliable wireless networking protocol with secure data transmissions, low power consumption and low manufacturing costs. The low power consumption requirement has also led to a slow data rate and a short range, but in a ZigBee network individual network devices can route messages to each other, so short range is not a problem. In automation and control systems a fast data rate is not usually an important requirement either. ZigBee network can form automatically and one ZigBee network can theoretically include thousands of devices, all of which can communicate with each other. ZigBee network is also self-healing, so an individual device dropping out of the network, like breaking down, does not affect functionality of the network. Evaluation device was designed and implemented in four different versions, which were tested with six different antenna designs. All antennas were tested at a range of 100 meters in an open terrain using two different frequencies and transmission powers. Also a range test was performed for selected antennas using transmission power of 4,5 dBm, which was maximum power of the ZigBee chip used in the evaluation device. Range test resulted in a measured range of several hundred meters, which can be considered as a good result for a short-range technology.

Tietojärjestelmät palvelutuotannon tukena

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää Imatran kaupungin teknisen toimen nykyinen tietojärjestelmäarkkitehtuuri, sekä selvittää, kuinka hyvin käytettävät tietojärjestelmät tukevat teknisen toimen tuottamaa omakotirakentajan palveluprosessia. Työn teoriaosassa syvennyttiin palvelujen hallintaan, tietojärjestelmiin ja paikkatietojärjestelmiin. Työn empiirisessä osassa tutkittiin, kuinka toimiva käytössä oleva järjestelmäkokonaisuus on. Tutkimus osoitti, että käytössä olevat tietojärjestelmät ja ohjelmistot ovat tehokkaita ja tarkoituksenmukaisia. Teknologian kehittämisen lisäksi tulee kiinnittää huomiota työskentelytapojen kehittämiseen ja yhtenäistämiseen esimerkiksi sähköisen prosessin seurantalomakkeen, tietokantojen päivittämisen, sekä paperisten aineistojen digitoimisen avulla. Tietojärjestelmäarkkitehtuurin tulee olla yksinkertainen ja päällekkäisiä toimintoja kannattaa välttää. Paikkatietojärjestelmien muuttaminen selainpohjaisiksi tehostaa eri tietolähteiden hyödyntämistä. Henkilöstön riittävä tietojärjestelmäkoulutus on tärkeää.

Hammashihnajohdeakseleiden liikkeiden synkronointi

Nykyisessä valmistusteollisuudessa erilaisten robottien ja automatisoitujen tuotantovaiheiden rooli on erittäin merkittävä. Tarkasti suunnitellut liikkeet ja toimintavaiheet voidaan nykyisillä järjestelmillä ajoittaa tarkasti toisiinsa nähden, jolloin erilaisten virhetilanteidenkin sattuessa järjestelmä pystyy toimimaan tilanteen edellyttämällä tavalla. Automatisoinnin etuna on myös tuotannon muokkaaminen erilaisten tuotteiden valmistamiseen pienillä muutoksilla, jolloin tuotantokustannukset pysyvät matalina myös pienten valmistuserien tapauksissa. Usean akselin laitteissa eli niin sanotuissa moniakselikäytöissä laitteen toimintatarkkuus riippuu jokaisen liikeakselin tarkkuudesta. Liikkeenohjauksessa on perinteisesti ollut käytössä myötäkytketty paikkakaskadi, jonka virityksessä otetaan huomioon akselilla olevat erilaiset dynaamiset tilat ja käytettävät referenssit. Monissa nykyisissä hajautetuissa järjestelmissä eli moniakselikäytöissä, joissa jokaiselle akselille on oma ohjauslaite, ei yksittäisen akselin paikkavirhettä huomioida muiden akseleiden ohjauksessa. Työssä tutkitaan erilaisia moniakselijärjestelmien ohjausmenetelmiä ja myötäkytketyn paikkakaskadin toimintaa moniakselikäytössä pyritään parantamaan tuomalla paikkasäätimen rinnalle toinen säädin, jonka tulona on akseleiden välinen paikkaero.

Luistonestojärjestelmän ja elektronisen tasauspyörästön suunnittelu ja implementointi hybridityökoneympäristöön

Ympäristörasituksen vähentäminen, tiukkenevat päästörajat ja ehtyvät öljyvarat ovat ajaneet kulkuvälineteollisuuden hakemaan uusia vaihtoehtoja ajoneuvojen energiatehokkuuden kehittämiseksi. Hybriditeknologia tarjoaa ratkaisuja kustannustehokkuuden ja ympäristöystävällisyyden parantamiseksi. Hybriditeknologian yleistyessä myös työkoneympäristössä saadaan paitsi kehitettyä energiatehokkaampia ja pienemmillä käyttökustannuksilla olevia työkoneita, niin myös tuotua siviiliajoneuvoista tuttuja turvallisuusominaisuuksia työkoneympäristöön. Perinteisten diesel-moottorien korvaaminen nopeavasteisilla ja tarkasti säädettävillä sähkömoottoreilla tarjoaa mahdollisuuksia toteuttaa tarkempia ja monipuolisempia säätöjärjestelmiä kuin perinteisessä ympäristössä. Tässä diplomityössä suunnitellaan luistonestojärjestelmä ja elektroninen tasauspyörästö hybridityökoneympäristöön. Järjestelmä voi käyttökohteesta riippuen pienentää huomattavasti käyttökustannuksia ja mahdollistaa uusien sovellusten tuomista markkinoille, kuten esimerkiksi kääntymisen avustaminen differentiaalisella ohjauksella.

Palkkakirjanpito osana yrityksen talousohjausta- case tutkimus

Tutkielman tarkoituksena oli tutkia palkkakirjanpitoon liittyviä näkökulmia ja niiden vaikutuksia talousohjaukseen sekä tuoda esille kehitysideoita palkkakirjanpitäjien ja controllerien välisen yhteistyön kehittämiseksi. Lähtökohtana tarkasteltiin talousohjauksen ja palkkakirjanpidon yhteistyön nykytilaa ja aiempia tutkimuksia. Tämä tutkimus on empiirinen tapaustutkimus jossa tutkimusmetodina on käytetty kvalitatiivista analyysiä. Tutkimus on toteutettu puolistrukturoituja haastatteluja ja havainnointia apuna käyttäen. Tutkimuksessa nousi esille globalisaation ja yhteiskunnan muutoksen tuo-mat haasteet. Muutosten myötä molempien osapuolten tehtävien muuttu-minen ja erilaisissa palvelukeskuksissa toimiminen on muuttanut toimintaa ja osapuolten rooleja. Tulokset osoittavat että palkkakirjanpitäjien tiedon tuottamista controllereille, voidaan kehittää parhaiten panostamalla tiedon välitykseen, yhteistyönrakentamiseen ja tuottamalla erilaisia raportteja ennusteiden tueksi. Lisäksi on ymmärrettävä taustatekijät ja kasvatettava molempien osapuolten talousohjauksen ja palkkakirjanpidon tuntemusta. Nämä muutokset havainnollistamalla päästään rakentamaan hyvää ja laadukasta tiedon tuottamista, jolloin palkkakirjanpitäjät voivat olla paremmin osana liike-elämän tukemista.

Basel III -implementointi: Empiirinen tutkimus

Tutkielman tavoitteena oli tarkastella, miten uusi Basel III -säännöstö implementoidaan pankkeihin. Käsittelyssä verrattiin Basel III -säännöstön tuomia muutoksia vielä voimassa olevaan Basel II -kehikkoon. Aiheeseen syvennyttiin muutoksen näkökulmasta tarkastelemalla muutoksen käyttöönottoa organisaatiossa. Lisäksi käytiin läpi sisäisen valvonnan roolia osana implementointiprosessia. Empiirisessä osiossa aihetta tarkasteltiin kohdefinanssiryhmän näkökulmasta. Aineistonhankintamenetelmänä käytettiin puolistrukturoitua haastattelua ja tutkimus sisältää piirteitä myös tapaustutkimuksesta. Basel III -säännöstö edellyttää pankeilta enemmän omia varoja suhteessa niiden riskipainotettuihin saamisiin. Tällä on tarkoitus vahvistaa pankkeja ja korjata Basel II -kehikon puutteita, jotka ilmenivät finanssikriisissä 2007–2009. Tarkasteltaessa muutosten vaikutuksia koko kohdefinanssiryhmään asettavat uudet likviditeettivaatimukset implementoinnille suurimmat haasteet, kun taas ryhmän pankit kiinnittävät huomiota enemmän talletushankintaan. Basel III -säännöstön implementoinnin vaatimat muutokset toteutetaan finanssiryhmässä vaiheittain ja eri viestintäkanavia hyödyntäen. Sisäinen valvonta varmistaa säännösten käyttöönoton ja noudattamisen.

Petri Net approach for modelling system integration in intelligent buildings

In this paper, a Petri Net approach is introduced for modelling and simulation of control strategies in Intelligent Building. In this context, it is claimed that integration with other building systems can be achieved in a more systematic way considering a mechatronic approach (i.e. multidisciplinary concepts applied to the development of systems). The case study is the Ambulatory Building of Medical School Hospital of University of São Paulo. Particularly, the developed methodology is applied to the elevator system and to the HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning) system. It is shown that using this approach, the control systems could be integrated, improving performance.

RFID-teknologia ja kulunvalvontajärjestelmät

RFID on radioaaltoja hyväksikäyttävä langaton kommunikointitekniikka, jota käytetään tunnistamaan tunnisteella merkittyjä esineitä tai ihmisiä yksilöinä. RFID on jo pitkään ollut tunnettu tekniikka, mutta vasta viime vuosikymmeninä sitä on alettu hyödyntämään kaupallisesti eri sovellusaloilla. Kandidaatintyön tarkoituksena on tehdä yleiskatsaus RFID:n historiaan, järjestelmien osiin ja niiden toimintaan sekä kartoittaa RFID-markkinoiden nykytilaa ja lähitulevaisuutta sekä globaalilta kannalta että Suomessa. Lopuksi työssä tarkastellaan RFID-perusteisten kulunvalvontajärjestelmien perusominaisuuksia ja niiden toimintaa.

PDM system functions and utilizations analysis to improve efficiency of sheet metal product design and manufacturing

This study will concentrate on Product Data Management (PDM) systems, and sheet metal design features and classification. In this thesis, PDM is seen as an individual system which handles all product-related data and information. The meaning of relevant data is to take the manufacturing process further with fewer errors. The features of sheet metals are giving more information and value to the designed models. The possibility of implementing PDM and sheet metal features recognition are the core of this study. Their integration should make the design process faster and manufacturing-friendly products easier to design. The triangulation method is the basis for this research. The sections of this triangle are: scientific literature review, interview using the Delphi method and the author’s experience and observations. The main key findings of this study are: (1) the area of focus in triangle (the triangle of three different point of views: business, information exchange and technical) depends on the person’s background and their role in the company, (2) the classification in the PDM system (and also in the CAD system) should be done using the materials, tools and machines that are in use in the company and (3) the design process has to be more effective because of the increase of industrial production, sheet metal blank production and the designer’s time spent on actual design and (4) because Design For Manufacture (DFM) integration can be done with CAD-programs, DFM integration with the PDM system should also be possible.

Software product line for power converters

Työn tilaajana toimi Visedo Oy. Työn tavoitteina oli tutkia Visedo Oy:n ohjelmistokehityksen nykytila, tunnistaa seuraavat parannuskohteet ja antaa ohjeita havaittujen parannuskohteiden korjaamiseksi. Visedo Oy:n tehonmuokkain ohjelmistokehityksen nykytilaa käsiteltiin neljän valitun osa-alueen näkökulmasta: ohjelmistoarkkitehtuurityyli, komponenttipohjainen ohjelmistokehitys, ohjelmistotuotelinjojen kehitysmenetelmät ja ohjelmistovariaatioiden hallinta. Valituilla osa-alueilla havaittujen parannuskohteiden perusteella annettiin korjausehdotuksia: ohjelmistoarkkitehtuurin rakenteeseen, komponenttien jakautumiselle, komponenttien koostamiselle ja komponenttien versioinnille. Lisäksi ehdotettiin uudenlaista ohjelmistotuotelinja rakennetta, joka yhdistää kerros- ja komponenttipohjaiset arkkitehtuurityylit mahdollistaen ominaisuuksiltaan eroavien tehonmuokkain ohjelmistojen hallinnan.

Reaaliaikainen personoitu tuotannonseurantajärjestelmä

Kandidaatintyön loppuraportti on tehty asiakasyritykselle, jolla on räätälöity ”itse tehty” tuotannonohjausjärjestelmä. Tämä nykyinen tuotannonohjausjärjestelmä soveltuu hyvin massatuotantona tapahtuville eri tuotteiden työvaiheiden siirtymisille. Se ei kuitenkaan mahdollista helppokäyttöistä tuotantovaiheiden ja työvaiheiden reaaliaikaista seurantaa. Kandidaatintyön tarkoituksena on lisätä seurantaa fyysisille tuotantolaitteille, jotka eivät ole yhteydessä tuotannonohjausjärjestelmän kanssa. Projektin kehityskohteena on tehdä oma, irrallinen, helppokäyttöinen, personoitava, www -pohjainen käyttöliittymä, jonka seurantapisteitä voidaan hallinnoida varsin itsenäisesti, ilman ulkoisia kumppaneita.

Production planning and optimization of a pulp mill: introduction of the optimisation based scheduling software for pulp industry

The objective of this project was to introduce a new software product to pulp industry, a new market for case company. An optimization based scheduling tool has been developed to allow pulp operations to better control their production processes and improve both production efficiency and stability. Both the work here and earlier research indicates that there is a potential for savings around 1-5%. All the supporting data is available today coming from distributed control systems, data historians and other existing sources. The pulp mill model together with the scheduler, allows what-if analyses of the impacts and timely feasibility of various external actions such as planned maintenance of any particular mill operation. The visibility gained from the model proves also to be a real benefit. The aim is to satisfy demand and gain extra profit, while achieving the required customer service level. Research effort has been put both in understanding the minimum features needed to satisfy the scheduling requirements in the industry and the overall existence of the market. A qualitative study was constructed to both identify competitive situation and the requirements vs. gaps on the market. It becomes clear that there is no such system on the marketplace today and also that there is room to improve target market overall process efficiency through such planning tool. This thesis also provides better overall understanding of the different processes in this particular industry for the case company.

Metsäteollisuuden puunhankinnan ohjaus: Hankintalähteen kannattavuus ja siihen vaikuttavat tekijät

Tutkielmassa rakennettiin laskentamalli metsäteollisuuden puunhankinnan hankintalähteen kannattavuuden määrittämiseksi ja selittämiseksi. Tutkimuksessa noudatettiin konstruktiivisen tapaustutkimuksen tutkimusotetta. Tutkimuksen kohdeorganisaationa oli kansainvälisesti toimivan metsäteollisuusyrityksen Suomen puunhankintaorganisaatio. Kannattavuusmalli määrittelee hankintalähteen kannattavuuden sekä käsitteellisellä että laskentamenettelyn tasolla. Kannattavuusmallin katesuure on porttikate, joka rakennettiin taloudellisen lisäarvon teoriaan nojaten kohdeorganisaation tarpeiden ja sen laskenta-asiantuntijoiden näkemysten perusteella. Kannattavuusmallin rakenne ja osat kuvattiin seikkaperäisesti. Kannattavuusmallin käyttämän liiketoimintadatan poiminta ja laskentasuureiden raportointi testattiin. Mallin tarvitsemat laskentatiedot on saatavissa kohdeorganisaation kehitteillä olevasta toiminnanohjausjärjestelmästä. Laskentamallin hyödyntämismahdollisuudet arvioitiin. Hankintalähteen kannattavuutta mittaavalla porttikatteella voidaan ohjata puunhankintaorganisaatiota sen tavoitteiden saavuttamisessa. Malli ilmaisee porttikatteeseen vaikuttavien tekijöiden vaikutuksen kannattavuuteen, minkä avulla voidaan tehdä parempia päätöksiä hankintalähteiden hyödyntämisessä. Aiemmista tutkimuksista poiketen malli huomioi hankintalähteen suoritteen arvon tärkeimmille asiakastehtaille perustuen todellisiin liiketapahtumiin. Kannattavuusmallia voidaan hyödyntää laajalti metsäteollisuusyritysten tavaralajimenetelmään perustuvassa puunhankinnassa. Kannattavuusmallin rakentaminen rohkaisee puunhankinnan johtoa ja laskentahenkilöitä hedelmällisen yhteistyöhön.