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Mechatronic Swarm and its Virtual Commissioning
No full textFunding Information: This work was supported, in part, by the HORIZON 2020 project 1-SWARM funded by the European Commission (grant agreement: 871743) and Horizon Europe project Zero-SWARM funded by the European Commission (grant agreement: 101057083). The authors are enormously grateful for the inspiration, collaboration and support to Friedrich Durand, Alois Zoitl and Gennady Veselov Funding Information: This work was supported, in part, by the HORIZON 2020 project 1-SWARM funded by the European Commission (grant agreement: 871743) and Horizon Europe project Zero-SWARM funded by the European Commission (grant agreement: 101057083). The authors are enormously grateful for the inspiration, collaboration and support to Friedrich Durand, Alois Zoitl and Gennady Veselov. Publisher Copyright: © 2023 IEEE. | openaire: EC/H2020/871743/EU//1-SWARM | openaire: EC/H2020/101057083//EU//Zero-SWARMThis paper presents a swarm-based architecture for the composition of mechatronic systems from smart components complemented by a Virtual Commissioning (VC) environment. The architecture is based on the IEC 61499 standard. The proposed solution enables plug-and-play composition of the system which is ready to operate 'out of the box' right after it was composed without extra programming.Peer reviewe
Optimierung der Wärmebereitstellung in Thermomanagementsystemen elektrisch betriebener Stadtbusse
Get PDFIm öffentlichen Personennahverkehr trägt der Einsatz von Elektromobilität durch Reduzierung von CO2-Emissionen zur Erreichung globaler Klimaziele bei.
Die Reichweite von batterieelektrischen Bussen ist dabei ein entscheidender Faktor für deren wirtschaftliche und praktische Einsetzbarkeit bei Verkehrsunternehmen. Nach dem Antriebsstrang ist das Heizen, Lüften und Klimatisieren der Stadtbusse der zweitgrößte Energieverbraucher.
Eine Analyse des Thermomanagementsystems ergibt Optimierungspotenziale beim Beheizen des Fahrzeugs, welche einerseits auf den höheren Energiebedarf im Vergleich zum Kühlen zurückzuführen sind. Da die Wärmebereitstellung im Thermomanagementsystem durch eine Kombination aus verschiedenen Wärmequellen erfolgt, ergibt sich andererseits die Möglichkeit, den Gesamtenergieverbrauch durch eine übergreifende Regelung zu reduzieren.
Der derzeitige Stand der Technik hat die Regelungen des Thermomanagementsystems größtenteils vom konventionellen Dieselbus übernommen. Diese sind darauf ausgelegt, bestimmte Temperaturvorgaben einzuhalten, ohne jedoch die Energieeffizienz des Systems zu optimieren.
Diese Arbeit befasst sich mit der Charakterisierung sowohl aktueller als auch potenziell zukünftiger Wärmequellen, um deren Eigenschaften und Beitrag zur Wärmebereitstellung zu verstehen.
Im weiteren Verlauf wird ein Konzept für den Betrieb dieses Systems aus Wärmequellen entwickelt, das darauf abzielt, die Wärmequellen im Betrieb mit maximaler elektrischer Effizienz zu regeln. Dafür wird eine Modellprädiktive Regelung implementiert, die neben der Energieeffizienz auch den thermischen Komfort der Fahrgäste berücksichtigt und durch den flexiblen Aufbau des Systemmodells für unterschiedliche Fahrzeugmodelle und -varianten anwendbar ist
Concept for controlled data-exchange of (energy-)data between customers and energy-consultants
Get PDFUm die Energiekosten eines Gebäudes nachhaltig und effektiv zu senken, ist eine qualitativ hochwertige Energieberatung notwendig. Damit hierbei das bestmögliche Ergebnis erreicht werden kann, sind möglichst genaue Verbrauchsmessdaten erforderlich. Dies ist allerdings mit den aktuellen Ableseintervallen (meist einmal jährlich) nicht zu erreichen.Daher beschäftigt sich die vorliegende Diplomarbeit mit der automatisierten Datenerfassung und Datenhaltung von Energieverbrauchsdaten (wie z.B. Strom-, Gas-, Wasser-, Fernwärmezählerständen). Dadurch kann erstens sehr viel häufiger der aktuelle Verbrauchswert ermittelt werden und zweitens muss der Energielieferant kein Personal mehr beschäftigen, welches in jedem Haushalt die Zähler händisch abliest.Um unerlaubten Zugriff auf die Daten zu verhindern, findet die Speicherung der Daten verschlüsselt statt. Dabei wird ein hybrides Verschlüsselungsverfahren eingesetzt, welches eine Kombination aus einem symmetrischen und einem asymmetrischen Verfahren darstellt. Weiters wurde die Möglichkeit geschaffen, durch Gewährung des Zugriffs auf die entsprechenden Datensatzschlüssel des Kunden, einem bestimmten Energieberater den Zugriff auf ausgewählte Datensätze zu gewähren. Diese Daten können nun vom Berater dazu genutzt werden, ein Konzept für die Einsparung des Energieverbrauchs auszuarbeiten. Damit das bestmöglich durchgeführt werden kann, hat der Kunde die Möglichkeit, eine Beschreibung seiner Immobilien zu speichern und Dokumente zu diesen Immobilien hochzuladen. Auch diese Informationen kann der Kunde, durch Freigabe der entsprechenden Schlüssel, dem Berater zukommen lassen.Diese Arbeit stellt ein Softwarekonzept für das eben beschriebene System dar. Dazu wird zuerst das gegebene Problem analysiert und allgemeine Designkonzepte vorgestellt. Danach werden die Abläufe der einzelnen Systemprozesse detailliert beschrieben. Weiters wird die Demo-Applikation vorgestellt, welche alle Funktionalitäten der Interfaces zwischen den Komponenten und alle Systemprozesse implementiert. Zugleich dient diese als Beweis für die Korrektheit des vorliegenden Konzepts. Anschließend wird die beschriebene Lösung aus verschiedenen Blickwinkeln diskutiert. Abschließend wird ein Vergleich des vorliegenden Systems mit dem Google PowerMeter (Konkurrenzsystem) angestellt.Die vorliegende Diplomarbeit bietet ein vollständiges Konzept zur Errichtung des beschriebenen Energieberatungsportals. Die reale Umsetzung des Konzepts würde die Qualität der Energieberatung erheblich verbessern und die Weitergabe der Daten vereinfachen. Die Verwendung automatischer Zähler bietet dem Energiekunden außerdem eine sehr viel bessere und genauere Übersicht über die verbrauchte Energie.To reduce the energy costs of a building sustainably and effectively a high quality energy consulting is necessary. To do this in the best way it is essential to get the best possible quality of data about the energy consumption. The actual intervals of reading the energy meters (typically once a year) are not sufficient to reach this quality.Because of that this master's thesis deals with the topic of automatic acquisition and storage of metered energy data (e.g. power-, gas-, water-, teleheating consumption). On the one hand this enables the customer to get meter data more often. On the other hand energy providers can save costs because they don't need staff for reading all the meters manually.To avoid missuse of data, the data is stored in an encrypted way. For that encryption a hybrid encryption algorithm is used. This is a combination of a symmetric and an asymmetric algorithm. By granting the access to well-chosen private-keys of the datasets of the customer to an energy consultant, this consultant has the possibility to access the data of the customer. This data can now be used by the consultant to develop an energy concept for optimizing the energy consumption of the building. To do this in the best possible way, the customer has the possibility to save a precise description of the building. Moreover he can upload documents to his buildings. This datasets can also be shared to the consultant, by granting the access to the corresponding private keys.This work represents a software concept for the system described above.At first an analysis of the problem and general design concepts are presented. After that the procedures of the particular system processes are described in detail. Hereafter the demo application is introduced, which implements all the functions of the interfaces and realizes all the procedures of the system processes. This demo application serves also a proof for the correctness of the concept. After describing the demo the given solution will be discussed. At the end a comparison with Google Powermeter (competitive system) is given.The present master's thesis gives a full concept for the realizing of the described energy consulting portal. The implementation of this concept would significantly improve the quality of energy consulting and would simplify the process of sharing energy data. Additionally the energy customer will get a more exact overview about the energy consumption by the use of smart meters
Lego Mindstorms NXT as platform for distributed applications based on IEC61499
Get PDFHeutzutage haben Erzeuger von Produkten welcher Art auch mit ähnlichen Problemen zu kämpfen. Sie müssen auf einen sich ständig wechselnden Markt sehr schnell reagieren um wettbewerbsfähig zu bleiben.Einer schnelle Reaktion steht allerdings die zunehmende Komplexität von verteilten Systemen wie sie in modernen Industrieanlagen gefunden werden können entgegen. Der Trend geht ganz klar auch in Zukunft immer weiter zur Dezentralisierung aber gleichzeitig können die Methoden der Softwareentwicklung nicht mit diesem Fortschritt mithalten. Der noch relativ junge Standard IEC61499 wurde entwickelt um genau diese Probleme in den Griff zu bekommen. Die ``Fordiac Runtime Environment'' (FORTE) ist eine solche Implementierung mit offenem Quellcode. Sie ist sowohl auf einem PC als auch auf weniger leistungsfähigen eingebetteten Systemen lauffähig. Eine Hardware Plattform die von FORTE unterstützt wird ist der Lego Mindstorms NXT. Die zentrale Recheneinheit ist ein ARM Prozessor und derzeit ist es möglich Programme für lokale Anwendungen zu entwickeln. In dieser Diplomarbeit werden die Kommunikationsschnittstellen des NXT analysiert und die Laufzeitumgebung FORTE wird erweitert um Kommunikation zwischen NXT Bausteinen zu ermöglichen.Der Lego Mindstroms NXT bietet die Möglichkeiten drahtlos via Bluetooth oder kabelgebunden via RS485 Schnittstelle Daten auszutauschen. Die erarbeitete Lösung basiert auf einer Mischform der beiden Möglichkeiten.Die kabelgebunden Teilnehmer sind in der Lage ein Netzwerk basierend auf dem Token-Bus (IEEE 802.4) Protokoll zu erstellen und verwalten. Weiters gibt es die Möglichkeit, dass Geräte die nicht an den Bus angeschlossen sind dennoch über Bluetooth an der Kommunikation teilnehmen können.Die erstellte Software stellt die Verwaltung des Netzwerkes sicher, bleibt dabei aber transparent für den Entwickler auf eines IEC61499 basierenden Systems. Es ist möglich ein Funktionsblocknetzwerk zu modellieren ohne genaues Wissen über die Kommunikationsmechanismen zu haben. Der große Vorteil liegt darin, dass verteilte Systeme sehr schnell modelliert und aufgebaut werden können ohne präzise Kenntnisse über die verwendete Hardware. Das System kann dann auch für Lehr- und Anschauungszwecke verwendet werden um Studenten den Standard IEC61499 näher zu bringen und ihn dadurch weiter zu verbreiten.These days manufactures producing goods of many different areas face the same problems. They have to react on an always changing market very fast to stay competitive. This fact is in contradiction to the complexity of distributed systems that can be found in modern systems intended for industrial automation. There is no question that the distributed approach for industrial automation is on the rise but at the same time the software development methods for these systems cannot keep pace with this progress. IEC61499 is an emerging standard designated to help to get these problems under control. The ``Fordiac Runtime Environment'' (FORTE) is an open source implementation of the IEC61499 standard which runs on a PC as well as on small embedded systems. One platform supported by FORTE is the Lego Mindstroms NXT brick. It features an ARM processor and the FORTE currently allows to create local applications based on IEC61499. In this thesis the communication interfaces offered by the NXT will be analyzed and the FORTE will be enhanced to allow multiple NXT bricks to communicate with each other.The NXT brick offers the possibility to communicate via the Bluetooth wireless technology and a cable based RS485 interface. The final solution represents a hybrid variant of the wireless and the cable based approach. Devices are able to form and maintain a backbone network based on the token bus (IEEE 802.4) protocol. Furthermore there is the possibility for devices that are not physically connected to the token ring to join communication via Bluetooth.The resulting software ensures the maintenance of the network infrastructure but stays completely transparent to the IEC61499 developer. It is possible to model a function block network without knowledge about the communication mechanisms. The big advantage is that distributed systems can be built quickly without having to deal with the underlying hardware. This system can be used for educational purposes to introduce students to the IEC61499 and hence helps to establish the standard
Utilizing EtherNet/IP as communication infrastructure for distributed control systems
No full textDer verschärfte Wettbewerbsdruck in der produzierenden Industrie fordert den Einsatz von exiblen Produktionsanlagen, um auf die Anforderungen und Wünsche des Marktes prompt reagieren zu können. Durch den Einsatz dezentraler Konzepte in Form von Verteilten Systemen können bestehende Steuerungsanlagen durch neue Funktionalität erweitert oder bestehende Komponenten im Sinne von Retrofitting ausgetauscht werden. Diese Funktionalität kann in Form von "IEC 61499 Geräten" bereitgestellt werden, welche Steuerungsanwendungen des neuen Standards IEC 61499 ausführen können.Eine Voraussetzung für die gemeinsame Verwendung von bestehenden Steuerungssystemen mit "IEC 61499 Geräten" ist eine gemeinsame Kommunikationsbasis. Im Rahmen dieser Arbeit soll diese Basis durch das industriell adaptierte Ethernet Protokoll EtherNet/IP gebildet werden.Ziel dieser Arbeit ist die Integration eines EtherNet/IP Protokoll Stacks in die Kommunikationsfunktionsblöcke des IEC 61499 Standards. Dafür werden Szenarien entwickelt, welche die Rolle des "IEC 61499 Gerätes" in einem Verteilten System analysieren. Anhand dieser Szenarien wird der Bedarf an Funktionalität ermittelt, der für diese Geräte notwendig ist, um eine Kommunikation mit anderen Geräten zu ermöglichen. In weiterer Folge wird das EtherNet/IP Protokoll in Hinblick auf den Verbindungsaufbau und die Übertragung von Ein/Ausgabe Daten analysiert. Durch den Einsatz von IEC 61499 Kommunikationsfunktionsblöcken ist es auch notwendig, deren Kommunikationseigenschaften zu untersuchen. Bei diesen Analysen zeigt sich, dass der verwendete EtherNet/IP Protokoll Stack OpENer durch Mechanismen und Funktionen erweitert werden muss, um einen zuverlässigen Verbindungsaufbau zu gewährleisten.Anhand der Ergebnisse der Analysen wurden Kommunikationsfunktionsblö- cke modelliert, welche die Kommunikation zwischen Geräten einer verteilten Steuerung und der IEC 61499 Applikation ermöglichen. Die Funktionalität der erstellten Funktionsblöcke wurde in einem praktischen Anwendungsbeispiel demonstriert. Dabei zeigte sich die bemerkenswerte Möglichkeit, dass ein "IEC 61499 Gerät" gleichzeitig als "Slave" einer Steuerung und als "Master" in einer Multi-Master Kommunikation mit einem zweiten "IEC 61499 Gerät" eingesetzt werden kann.Diese Ergebnisse belegen die Einsatzmöglichkeit der Technologie des neuen Standards IEC 61499 in der gemeinsamen Verwendung mit bestehenden Steuerungsanlagen unter Benutzung des EtherNet/IP Protokolls, welches als Basis für die gemeinsame Kommunikation dient.The increased competition in the manufacturing industry demands the use of exible production systems to react quickly on the needs and desires of the market. Using decentralized concepts in form of distributed control systems, existing control systems can be extended with new functionality or existing devices can be replaced in form of retrofitting. This functionality can be provided in the form of "IEC 61499 devices" which are able to execute the applications modeled within the new standard IEC 61499. A prerequisite for the joint use of existing control systems together with IEC 61499 devices is a common basis for communication. In this thesis, this basis is formed by the industrial adapted Ethernet protocol EtherNet/IP.The aim of this thesis is the integration of an EtherNet/IP protocol stack to communication function blocks of the IEC 61499 standard. Therefore, scenarios are developed to explore the role of the IEC 61499 device within a distributed system. These scenarios are used to determine the requirements for these devices to allow communication with other devices. Subsequently, the Ether- Net/IP protocol is analyzed with respect to the connection establishment and the transmission of input/output data. The use of IEC 61499 communication function blocks requires also the examination of their communication behavior.These analyses show that the existing EtherNet/IP protocol stack OpENer has to be extended by mechanisms and additional functions to ensure a reliable connection establishment.According to the results, the communication function blocks were created, which provide communication between devices of a distributed control system and an IEC 61499 application. The functionality of the created function blocks was demonstrated in a practical implementation. This showed the remarkable ability of the IEC 61499 device which can be used as a Slave device in connection with a PLC Master device and at the same time as Master device in a Multi-Master communication with other IEC 61499 devices.The presented concepts in this thesis and their validation within the practical implementation confirm the possibility of interaction between existing control systems and devices supporting the new standard IEC 61499 through utilizing EtherNet/IP as common communication protocol
Funeral of writer Alois Jirásek in Prague
No full textThe segment captures the funeral of writer Alois Jirásek held in Prague on 16 March 1930. Crowds stream to the Pantheon of the National Museum, where the coffin containing the late writer´s remains is displayed. A car carrying President Tomáš Garrigue Masaryk arrives at the National Museum. In the upper part of Wenceslaus Square, a monumental cenotaph is erected and passed by a number of commemorative processions, Sokols, soldiers, legionnaires, and members of political parties and various associations. Officials of the Czechoslovak Sokol Society carry the coffin with the deceased from the Pantheon of the National Museum. University dignitaries and distinguished Czech writers walk behind the coffin. The event is also attended by the guard of honour of the Vysoké Mýto 30th Infantry Regiment of Alois Jirásek. Prominent politicians present at the ceremony. The segment concludes with a view of the urn containing the writer´s remains in a car heading to the late writer´s final resting place in his native Hronov
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