Laboratorij za procesno avtomatizacijo deluje na temeljnih in aplikativnih raziskavah ter industrijskih projektih s področja računalniške avtomatizacije procesov v industriji. Dejavnost laboratorija je usmerjena predvsem v računalniško vodenje procesov, implementacijo algoritmov, razvoj in izboljšave nadzornih sistemov ter vmesnikov, MES sisteme, avtomatizacijo procesnih postopkov in objektov, meritve neelektričnih veličin, aktuatorsko tehniko, razvoj naprednih algoritmov vodenja, modeliranje in identifikacije procesov, detekcijo in identifikacijo napak, itd. Pridobljeno znanje in izkušnje na projektih pa že vrsto let predajamo mlajšim generacijam skozi pedagoško delo, mentorstva in prakso. Laboratorij za procesno avtomatizacijo deluje v sklopu Inštituta za avtomatiko na Fakulteti za elektrotehniko, računalništvo in informatiko, Univerze v Mariboru.
Vpeti in aktivni smo v družbeno tehnoloških mrežah in organizacijah v tujini in Sloveniji, kot je Društvo avtomatikov Slovenije, v okviru katerega organiziramo bienalno konferenco Avtomatizacija v industriji in gospodarstvu – AIG že vse od leta 1999 v Mariboru. Prav tako Smo ustanovni član in član sveta tehnološke mreže Tehnologija vodenja procesov, ki je ena od štirih tehnoloških mrež v Sloveniji.
V pedagoškem procesu sodelujemo pri izobraževanju na univerzitetnem in visokošolskem strokovnem programu Avtomatika in robotika, kjer se bo v oktobru 2007 pričel izvajati študijski bolonjski program. Predmeti s področja avtomatike, ki jih vključuje laboratorij so Snovanje sistemov vodenja, Gradniki sistemov vodenja, Modeliranje in indetifikacija, Aktuatorska tehnika, Avtomatizacija industrijskih obratov. Poleg aktivnosti na domači fakulteti, sodelujemo tudi pri pedagoškem procesu na Pedagoški fakulteti, smer Tehniška vzgoja, s predmetom Elektrotehnika.
Raziskovalno delo laboratorija je usmerjeno predvsem v razvoj računalniškega vodenja procesov, PLC, SCADA in MES sisteme, avtomatizacijo procesnih postopkov in objektov, meritve neelektričnih veličin, inteligentne regulacije – Fuzzy regulatorji, modeliranje in identifikacije procesov, detekcijo in identifikacijo napak ter inteligentne zgradbe. Razpolagamo s sodobno opremo, ki jo v sodelovanju s partnerji neprestano nadgrajujemo, tako smo v zadnjih letih veliko pozornosti posvečali implementaciji, povezljivosti in nadgradnjah SCADA sistemov, vse bolj pa razmišljamo v smeri MES sistemov, ki predstavlja informacijsko povezava tehnološkega in poslovnega nivoja vodenja. Na aplikativnem nivoju razvijamo vgrajene sisteme za potrebe merilne instrumentacije, vgrajene sisteme na procesnem nivoju vodenja, modele procesnih sistemov, uporabljamo moderne komunikacijske tehnologije za povezave v industriji, odprto kodno zasnovano programsko opreme za vodenje sistemov ter kompleksne informacijske sisteme za informiranje, distribucijo in alarmiranje.
Uspešno delo laboratorija potrjuje preko 400 zavedenih bibliografskih enot, od tega je več kot 30 izvirnih znanstvenih in strokovnih prispevkov, prispevkov na konferencah ter mentorstva in somentorstva več kot 100 diplomskih nalog, 4 magisteriji in 1 doktorat, kjer so 3 diplomska dela in 1 magisterij prejeli Bedjaničevo nagrado. Nenazadnje je potrebno izpostaviti še sodelovanje v več kot 60 domačih in mednarodnih projektih, organiziranje strokovnih konferenc na področju avtomatizacije in mednarodno sodelovanja s tujimi izobraževalnimi in raziskovalnimi ustanovami. Ves čas se trudimo ohranjati stike z gospodarstvom ter želimo okrepiti prenos znanja v industrijo.
Vodja laboratorija
izr. prof. dr. Nenad Muškinja
01 / O laboratoriju
Raziskave, pouk in sodelovanje
Znanstveno, raziskovalno in strokovno delo v laboratoriju
Znanstveno, raziskovalno in strokovno delo laboratorija se odraža na številnih aktivnih in uspešno zaključenih projektih laboratorija. V obdobju zadnjih nekaj let smo uspešno izvedli naslednje projekte:
- Projekt Testiranje in validiranje sistema za zajem in kronologijo alarmov in dogodkov na TEŠ v sodelovanju s podjetjem Metronik
- Projekt Mehko krmiljenje digitalnih varilnih izvorov za MIG/MAG elektroobločna postopka varjenja za naročnika Varstoj
- Projekt destilarne viskija Glen Rothes Destillery, ki je financiran iz evropskega projekta Eureka v sodelovanju s podjetjem Miel d.o.o.
- Eureka projekt Fuzzy Control for Distributed Systems, zaključen 2005
- Projekt Inteligentna hiša, kjer je bil zasnovan in izveden model inteligentne hiše na Lon-Works tehnologiji ter TCP/IP medmrežni komunikaciji
- Projekt IST-2001-32316, INES Industrial Embedded Systems, 5. Okvirnega programa EU
- Razvojno-raziskovalni projekti na področju števcev električne neergije v sodelovanju z podjetjem ISKRAEMECO
- Razvoj optimalnega modela parogeneratorskega procesa za tovarno Zeolitiv v sodelovanju s podje-tjem SILKEM, Kidričevo
- Razvoj sodobnih metod vodenja sistemov ogrevanja in hlajenja bivalno-poslovnih objektov v sodelovanju s podjetjem EVACO Maribor
- KC STV – RRP2 – Tehnologija spletnega, daljinskega in distribuiranega vodenja
- EUREKA NEURO-TEMP- Nov pristop kontrole procesa temperature na osnovi metod mehkega računanja
- Nadzorni mehki regulator za usklajeno distribucijo tehnološke pare
Regulator plovnosti potapljača s potapljaškim jopičem.
Smo ustanovni član tehnološke mreže Tehnologija vodenja procesov, ki je ena od štirih tehnoloških mrež v Sloveniji. V okviru Centra odličnosti za sodobne tehnologije vodenja izvajamo dva projekta:Tehnologija daljinskega in distribuiranega vodenja ter Sistem za podporo odločanju pri vodenju proizvodnje.
V sodelovanju s Fakulteto za elektrotehniko iz Zagreba v okviru projekta: Na kvar tolerantan sustav vođenja hidroelektranama, izvajamo temeljni raziskovalni projekt Diagnostika napak, ki obravnava odkrivanje napak v tehniških sistemih, s poudarkom na postopku odkrivanja napak na realnih industrijskih sistemih.
Temeljno raziskovanje poteka v okviru programske skupine. Do leta 2005 smo vodili programsko skupino Avtomatika. V tem srednjeročnem obdobju pa smo raziskovalne kapacitete povezali z Inštitutoma za robotiko v skupni programski skupini Mehatronski sistemi.
Povezovanje raziskovalnega in pedagoškega dela
Raziskovalno delo in pedagoški proces sta tesno povezana, saj so predavanja in vaje formirane na rezultatih raziskovanja. Veliko pozornost posvečamo opremljanju laboratorijev v katere vabimo študente, da delajo tudi ob prostem času. Študij avtomatike je organiziran tako, da poleg predavanj in laboratorijskih vaj izvajamo seminarje in študentske projekte. Seminarji so sestavljeni iz več tem, ki jih ob koncu semestra študenti javno predstavijo.
Pri raziskovalnih in razvojnih nalogah pa vedno sodelujejo tudi študenti višjih letnikov, ki si na ta način pridobijo dodatna predvsem praktična znanja, poleg tega pa se seznanijo z naročniki – partnerji in kasneje lažje najdejo zaposlitev.
Mnogokrat se študentsko delo nadaljuje v diplomsko delo, tako študent opravi obsežno delo, ki mu nudi možnost, da osvoji kompleksno praktično znanje. Vse več diplomskih nalog opravimo kot timsko diplomo, kjer 3 do 4 študenti delajo na istem projektu, tako da vsak obdela del celote. Pri takem delu se študentje naučijo timskega dela, ki ga bodoči delodajalci pričakujejo in izkazalo se je, da radi sprejemajo tak način dela, saj se naučijo sodelovati in si pomagati.
Raziskovalno pedagoška oprema laboratorija
Naš laboratorij vedno slovel po dobri opremi, da katere smo prišli na zelo različne načine. Največ opreme smo pridobili tako, da smo jo odslužili z delom. Veliko projektov smo opravili tako, da smo namesto plačila dobili opremo na kateri smo izvedli projekt.
Veliko predvsem programske opreme smo dobili kot darilo od naših zvestih partnerjev ali pa smo jo kupili po zelo ugodni ceni. Naši zadnji nakupi so bili računalniška oprema in popolna prenova laboratorija, ki smo jih plačali s sredstvi strukturnih skladov in projektov v okviru Centra odličnosti Sodobne tehnologije vodenja procesov. Iz tega naslova je bil tudi naš zadnji nakup MES sistema, ki bo prav tako uporabljen pri vajah in seminarjih.
Povezovanje z drugimi znanstveno raziskovalnimi inštitucijami
Naše sodelovanje je razširjeno na več strani. Najbolj intenzivno pa sodelujemo z univerzami v Zagrebu, Brnu, Bratislavi, Pragi, Kielce(Poljska), Miškolc(Madžarska), Plovdiv in Gabrovo iz Bolgarije, Košic, Splita, Skopja, Graza. To je posledica dejstva, da že od leta 1997 neprekinjeno sodelujemo in so koordiniramo CEEPUS projekt in smo v tem času razvili, poleg poslovnih, tudi prijateljske odnose s kolegi iz teh centrov.
V okviru CEEPUSa, ki je oden od projektov preko katerih se izmenjujejo profesorji in študenti, pošiljamo študente na enosemesterski študij v tujino in jim ob prihodu domov priznamo tam opravljene študijske obveznosti. Seveda smo v zelo tesnih kontaktih s kolegi iz FE Ljubljana in IJS.
Povezovanje s proizvodnjo v Sloveniji
V Sloveniji imamo veliko sodelovanja z uporabniki in z izvajalci. Naj omenim samo nekatere:. Miel-Omron, Metronik, Synatec, Liko pris, Iskraemeco, INEA, TELEM, EVACO, Silkem, Talum, Tovarna sladkorja, Lek, Varstroj, AMI, Siemens itd. Skupna točka so nam predvsem tehnološki projekti v katerih smo ali pa še sodelujemo. S slovenskimi podjetji smo povezani tudi preko tehnološke mreže Tehnologija vodenja procesov, ki smo jo formirali leta 2003 in sedaj zaključujemo projekte iz prvega razpisa. Prav tako smo povezani preko Tehnološke platforme Vgrajeni sistemi in centra ARI.
Sodelovanje ni samo v skupnih projektih ampak tudi kot svetovanje, sodelovanje v njihovih komisija, raziskovalnih skupinah, študij in podobno. Morda je naša vpetost v gospodarstvo tudi omogočila, da smo do sedaj vedno dobili veliko sponzorjev, ki so radi podprli organizacijo konference AIG.
02 / Dejavnosti laboratorija
Področja, s katerimi se ukvarjamo
Procesna avtomatizacija
V laboratoriju za procesno avtomatizacijo se na nivoju temeljnih in aplikativnih raziskav skupaj v sodelovanju z gospodarstvom ter s študenti ukvarjamo večinoma z naslednjimi elementi avtomatizacije:
- Regulatorji različnih proizvajalcev in izvedb.
- Procesni modeli kot so: destilarna, cevni toplotni izmenjevalnik, klimatska naprava, industrijska peč, model regulacije nivoja in pretoka tekočin, vezne posode, tlačni modeli, električni generator s hidravličnim motorjem in servoventilom, inverzno nihalo, krogla v magnetnem polju, model inteligentne hiše, različni šolskimi procesnimi modeli (AEG, balance control, …).
- Črpalke, regulacijski ventili, frekvenčni pretvorniki, …
- Klasični industrijski senzorji.
- Razpolagamo z velikim številom naprav in opremo znanih proizvajalcev: Omron, Siemens, OPTO 22, Moeller, Ge Fanuc, Schneider Electric, LON WORKS, Matlab, LabView, …
Raziskovalno delo laboratorija na področju procesne avtomatizacije je fokusirano na:
- Mehko (Fuzzy) modeliranje, regulacije in identifikacije.
- Detekcija napak v sistemih vodenja, ki zajema klasično modeliranje, identifikacije, nadzor in vodenje procesov, detekcijo in izolacijo napak, razvoj algoritmov identifikacije in diagnostike za sisteme realnega časa in simulacijskih modelov.
- Inteligentne zgradbe.
- Nadzorni sistemi vodenja, povezave PLC- Matlab – PLC preko OPC tehnologije.
- Modeliranje in vodenje mehatronskih sistemov – inverzno nihalo, valjček na letvi, krogla v magnetnem polju.
- Sistemi daljinskega in porazdeljenega vodenja.
Odkrivanje in diagnostika napak
Večina procesov v industriji je v današnjem času vodena avtomatsko in poteka pod nadzorom operaterja, ki skladno z zahtevami in procedurami tehnoloških postopkov upravlja s procesom. Pri tem sistem avtomatizacije skrbi za vodenje in izvajanje regulacijskih zank, prenos informacij med sistemi in operaterjem, osnovno varovanje itd. Motnje, okoljski vplivi in staranje komponent so samo nekateri vzroki, ki povzročajo nepravilno delovanje, kjer je poleg tehnoloških, okoljevarstvenih in poškodbenih aspektov najbolj izpostavljen ekonomski izpad zaradi neplanirane zaustavitve proizvodnje. Podsistemi za odkrivanje, izolacijo in diagnostiko napak postajajo sestavni del sistemov avtomatizacije prvenstveno za doseganje hitrejšega ukrepanja in koordinacije odprave napak, z glavnim ciljem zgodnjega odkritja napake, še preden se le-ta razvije v okvaro.
Izvajanje odkrivanja napak v industrijskih procesih pa ni tako preprosto kot se zdi. Najbolj pogosto se pojavijo omejitve zaradi zastarelosti opreme, nepoznavanja procesov, nezaupanja v sistem zaradi lažnih alarmov… A z naraščanjem stopnje avtomatizacije v industriji in razvojem strojne in programske opreme so razširjene možnosti vgradnje teh sistemov v manjše in cenejše procese, ki temeljijo na uporabi metod, ki so bile predhodno zelo težko izvedljive (statistični pristopi, zahtevne obdelave podatkov, napredni algoritmi vodenja). Sistem za odkrivanje napak je prvenstveno namenjen opozarjanju in kot pomoč pri posredovanju operaterjev, zato je zaželeno sprotno delovanje v realnem času ter odkrivanje tistih nepravilnosti za katere je namenjen.
Daljinsko in porazdeljeno vodenje
