TUD

Institut für Automatisierungstechnik

Ausgeschriebene studentische Arbeiten

Nachfolgend finden Sie eine Übersicht an aktuell ausgeschriebenen Themenvorschlägen für zu vergebende Studienarbeiten. Gerne können Sie sich auch mit eigenen Vorschlägen im Forschungsbereich der Professur an einen unserer Mitarbeiter wenden.

Diplomarbeit: Strukturelle Herleitung von MTP-Modellen für Brown-Field-Projekte

Modularisierung von Anlagen der Prozessindustrie erlaubt eine Flexibilisierung der Produktionsabläufe in kurzlebigen Herstellungsprozessen mit variablen, stark marktabhängigen Zielparametern. Während die Konstruktion und Bereitstellung solcher modularen Prozesseinheiten bereits in der Praxis verbreitet ist, werden die Funktionen und die Steuerung bislang mit klassischem PLT-Engineering in einen Anlagenverbund integriert. Herstellerneutrale Beschreibungsmitteln, wie das Module Type Package (MTP), erlauben die zielsystemneutrale Integration von Modulen. Diese Konzepte beziehen sich dabei vorrangig auf Green-Field-Projekte.

Ziel dieser Diplomarbeit ist die Untersuchung strukturierter, automatisierbarer Herleitungsmethodiken zur Konstruktion von MTP Beschreibungen für bestehende modulare Anlagen. Anhand realer modularer Anlagen des Herstellers Sartorius sollen Vorgehensweisen und Analysemethoden zur Herleitung der MTP-Inhalte untersucht werden. Inhalte einer prototypischen Implementation umfassen die automatisierte Überführung von Planungsdaten in eine MTP-konforme Darstellung für Brown-Field-Projekte.

Anforderungsprofil:

  • Kenntnisse und Erfahrung im Umgang mit industriellen Steuerungen
  • Gute Programmierkenntnisse
  • Erfahrungen im Bereich Modularisierung sind wünschenswert
  • Flexibilität

Betreuung:

Dipl.-Ing. Chris Iatrou
Dipl.-Ing. Stephan Hensel

Diplomarbeit: Integrierte bidirektionale Transformationsprozesse mittels Triple-Graph- Grammar im Linked Data Bereich

Linked Data Ansätze finden vermehrt Akzeptanz und Anwendung in Forschung und Industrie. Gerade die einfache Beschreibung und Erweiterbarkeit von Informationszusammenhängen bieten viele Einsatzmöglichkeiten. In den Planungsphasen großtechnischer Anlagen entstehen viele verschiedene Datenmodelle die weitreichend aus Modellen anderer vorheriger Phasen abgeleitet werden können. Vorarbeiten haben hier bereits gezeigt, dass mittels Triple-Graph-Grammar eine bidirektionale Überführung einzelner Modelle aus Planungsdaten möglich ist.

Im Rahmen dieser Arbeit soll das Konzept der bidirektionalen Transformation unter Zuhilfenahme von Triple-Graph-Grammars mit dem des graphenbasierten Informationsraums von Linked Data zusammengeführt werden. Hierfür soll die Integration der Triple-Graph-Grammar mittels Technologien von Linked Data untersucht und Möglichkeiten und Grenzen der Implementierung aufgezeigt werden. Anschließend soll der am geeignetste Ansatz prototypisch Implementiert und verifiziert werden.

Anforderungsprofil:

  • Gute Programmierkenntnisse
  • Kenntnisse zu Modeltransformationen/Triple-Graph-Grammar sind empfehlenswert
  • Kenntnisse zu Linked Data und SPARQL sind empfehlenswert

Betreuung: Dipl.-Ing. Julian Rahm, Dipl.-Ing. Markus Graube

Studienarbeit: Webbasierter Editor für die gebrauchstaugliche Regelerstellung des bidirektionalen Transformationskonzeptes Triple-Graph-Grammar

In vielen Bereichen der Industrie werden formale Modelle zur Beschreibung von Informationszusammenhängen genutzt. Viele dieser Modelle hängen unmittelbar zusammen und können aus anderen Modellen abgeleitet, beziehungsweise überführt werden. Um solche Überführungen effizient durchzuführen könne, kommen Transformationsvorschriften zum Einsatz. Eine dieser Transformationsvorschriften sind Triple-Graph-Grammars mit einem bidirektionalen Transformationskonzept, mit deren Hilfe formale Modelle ineinander überführt werden können. Für die reproduzierbare Transformation werden deklarative Regeln auf Grundlage von Meta-Modellen erstellt. Dabei können die Regeldefinition in graphischer Form, mit unterschiedlicher Ausprägung, dargestellt werden.

Zur gebrauchstauglichen Unterstützung der Regelerstellung ist im Rahmen dieser Arbeit ein geeigneter Editor auf Grundlage aktueller Gestaltungansätze zu entwerfen. Dieser soll mit Hilfe von modernen Webtechnologien konzipiert und implementiert werden. Für die generische Weiterverarbeitung der Regeln sind geeignete Schnittstellen zu definieren, um das interne Datenmodell in verschiedene externe Datenmodelle zu exportieren bzw. zu importieren.

Anforderungsprofil:

  • Gute Programmierkenntnisse in JavaScript
  • Kenntnisse zu Triple-Graph-Grammar sind empfehlenswert

Betreuung: Dipl.-Ing. Julian Rahm, Dipl.-Ing. Markus Graube

Herleitung und Umsetzung eines Vorgehensmodells zur Implementation von zustandsbasierten Steuerungsverfahren

Modularisierung zielt auf die maßgebende Flexibilisierung der Mehrwertschöpfung in volatilen Fertigungsprozessen ab, von denen die Prozess- und Fertigungsindustrie zunehmend betroffen ist. Die konsequente Umsetzung des Modularisierungsansatzes verspricht hersteller- und sogar branchenübergreifende Modulinteroperabilität sowohl im Engineering wie auch im Betrieb der modularen Anlagenverbunde. Eine Gewährleistung dieser Anforderung erfordert eine strukturierte Umsetzung der anlagenspezifischen Programmierung wie auch deren semantische Repräsentation im Informationsraum.

Ziel der vorliegenden Studienarbeit ist die Herleitung eines Vorgehensmodells für die strukturierte Umsetzung zustandsbasierter Steuerungsverfahren gemäß der neusten Normenrevision der IEC 61512 anhand des Fallbeispiels einer modularen Siegelstation der Verpackungstechnik. Zustände und Parameter des Moduls sollen zwecks vertikaler semantischer Integration in Engineering- und Betriebsphasen durch das OPC-UA-Protokoll zugänglich gemacht werden. Die gewonnenen Erkenntnisse sind abschließend an der Siegelstation des ITQ-Mi5-Demonstratorverbundes mit B&R Steuerungstechnik umzusetzen.

Dem Studenten wird die Möglichkeit geboten, den Demonstrator im Rahmen der InterPack-Messe 2017 zu präsentieren

Anforderungsprofil:

  • Kenntnisse und Erfahrung im Umgang mit industriellen Steuerungen
  • Gute Kenntnisse in Programmiersprachen nach IEC 61131 oder C
  • Vorkenntnisse im Umgang mit OPC UA
  • Erfahrungen im Umgang mit mechatronischer Anlagentechnik oder Fertigungsmaschinen

Betreuer:

Dipl.-Ing. Chris Iatrou (TUD/PLT)
Dipl.-Ing. Paul Altmann (TUD/PLT)
Dipl.-Ing. Vincent Enßlin (ITQ)

Diplomarbeit: Integration von SPARQL in OPC UA

OPC UA ist eine Schlüsseltechnologie für die Automatisierung in den nächsten Jahren. Sie hat ein mächtiges semantisches Informationsmodell. Es gibt jedoch nur eine schwach ausgeprägte Möglichkeit komplexe Abfragen auf dieses Informationsmodell durchzuführen. SPARQL auf der anderen Seite hat eine große Mächtigkeit und Verbreitung im Umfeld des Semantic Web. Dieses baut wie OPC UA auf einem semantischen Netzwerk von Knoten und Kanten auf.

Ziel dieser Arbeit ist die konzeptionelle Integration von SPARQL in OPC UA. Es soll ein Konzept erarbeitet werden, das zumindest eine Teilmenge der SPARQL-Fähigkeiten in OPC UA abbildet. Die Umsetzung soll mit dem offenen und freien OPC UA Stack open62541 erfolgen.

Anforderungsprofil:

  • Erfahrung im Umgang mit OPC UA
  • Kenntnisse zu Linked Data und SPARQL sind empfehlenswert
  • Gute Programmierkenntnisse

Betreuung:

Dipl.-Ing. Markus Graube

Eignung des 100%-Wireless-On-Top-Ansatzes für das Asset Management von Rotating Equipment

In verfahrenstechnische Anlagen mit hohen Anforderungen an die Verfügbarkeit nimmt die Bedeutung von Asset Management Methoden zu. Aktuelle Architekturen sehen eine, aufgrund des notwendigen Change-Managements sehr kosten- und zeitintensive Integration in das Prozessleitsystem oder zumindest die installierten digitalen Feldbusse vor. Mit dem 100%-Wireless-on-Top-Ansatz [1] hat PLT ein Konzept ausgearbeitet, das eine schnelle und temporäre Ausrüstung über einen offenen Seitenkanal vorsieht. Im Rahmen dieser Arbeit wird der vorgelegte konzeptionelle Ansatz für das Asset Management von Rotating Equipment unter den konkreten Randbedingungen des Standorts Schwarzheide konkretisiert und in einem Demonstrator umgesetzt.

Literaturhinweise:

[1] Krauss, M.; Klettner C.; Pötter, T.; Iatrou, C.; Urbas, L.: 100% Wireless on Top: An Architecture for added value services in existing plants. atp-edition - Automatisierungstechnische Praxis 58 (6), S. 50-56

Anforderungsprofil:

  • Erfahrung im Umgang mit Asset Management und industrieüblichen ERP Systemen
  • Vorkenntnisse im Umgang und der Steuerung von rotationsbehafteten Feldgeräten im industriellen Maßstab
  • Gute Kenntnisse industrietypischer Feldbustechnologien
  • Gute Kenntnisse in und C/C++
  • Vorkenntnisse im Umgang mit Linux erwünscht

Betreuung:

Dipl.-Ing. Chris Iatrou
Dr.-Ing. Jan Garbe

Studienarbeit: Komparative Eignungsanalyse von Portmodellen zur systemübergreifenden Kommunikation von Automatisierungskomponenten

Systemtheoretische Betrachtungen machen die informationstechnische Modellierung von Ein- und Ausgabegrößen notwendig. Zu diesem Zweck werden Ports in unterschiedlichen  Anwendungsdomänen  bislang  mit eingeschränktem Informationsgehalt modelliert, der für die gegebene Applikation hinreichende Modellparameter enthält. Für ein durchgängige, disziplinen-, strukturebenen-, und lebensphasenübergreifende Beschreibung als Basis für den hochflexiblen Einsatz von Automatisierungsmitteln wird allerdings ein domänenübergreifendes, maschinell auswertbares Portmodel benötigt.

Inhalt der vorliegenden Studienarbeit ist eine komparative  Auswertung  existenter  Portmodellierungsansätze  aus  der Automatisierungs-, Verfahrens- und Elektrotechnik mit dem Ziel, eine generalisiertes Portmodell für den domänenübergreifenden Einsatz herzuleiten oder zu identifizieren. Die Semantik entsprechender Modelle muss domänenspezifisch spezialisierbar sein und die autonome Interaktion selbstorganisierender Prozesstopologien ermöglichen.

Anforderungsprofil: 

  • Kenntnisse in Systemmodellierung elektrotechnischer und verfahrenstechnischer Anlagen.
  • Kenntnisse in objektorientierter Modellentwicklung.

Betreuung:

Dipl.-Ing. Chris Iatrou

Diplomarbeit: Entwurf und Implementation eines Ethernet basierten, routenden Media Access Controllers für kabelgebundene Mesh-Netzwerke

Ethernet ist gleichermaßen ein im Verbrauchermarkt wie auch in der Industrie etabliertes und weit verbreitetes Protokoll, das kostengünstige Kommunikation mit hoher Bandbreite ermöglicht. Ethernet erlaubt allerdings ebensowenig wie zahlreiche kabellose Übertragungsstandards die eineindeutige Zuordnung einer Gegenstelle zu einem bestimmten Schnittstelle. Im Gegensatz zu aktuellen kabellosen Technologien können zusätzlich mittels Ethernet auch keine Netzwerke mit Mesh-Topologie aufgebaut werden. Die Kombination der beiden Anforderungen würde die dynamische Topologiebestimmung von Systemen gestatten und gleichzeitig hohe Bandbreiten wie auch redundante Kommunikation garantieren können.

Ziel der vorliegenden Diplomarbeit ist der schaltungstechnische Entwurf eines synthetisierbaren Ethernet Media Access Controllers (MAC) mit MII oder RMII Schnittstelle, der den Aufbau dynamischer, kabelgebundener Mesh-Netzwerke mittels eineindeutiger Verbindungen gestattet. Zu diesem Zweck muss ein MAC auch das Routing von Daten zu baugleichem angrenzenden MAC´s beherrschen und die klare Identifikation einzelner Systeme mit mehreren solchen Schnittstellen gestatten.

Anforderungsprofil:

  • Kenntnisse in Schaltungsentwurf digitaler Schaltkreise mit Verilog
  • Grundkenntnisse in der Handhabung und Programmierung von FPGAs (Altera, Xilinx)
  • Vorkenntnisse im Bereich der Ethernet-basierten Kommunikation und Routing Protokollen sind für die Durchführung der Arbeit vorteilhaft.

Betreuung:

Dipl.-Ing. Chris Iatrou

Großer Beleg: HAZOP-Studie für verfahrenstechnische Module

In Verfahrenstechnik und Anlagenbau werden zunehmend Konzepte zur Standardisierung der Modularisierung diskutiert. Dies hat weitreichende Auswirkungen auf das Engineering und den sicheren Betrieb der Anlagen. Insbesondere die zeitliche Trennung des Modul- Engineerings und des Engineerings der modularen Anlage stellen die Sicherheitstechnik vor Herausforderungen.
Ziel dieser Arbeit ist es zu untersuchen, wie sich die Sicherheitskonzepte, die sich aus einer HAZOP-Studie ableiten lassen, unterscheiden, wenn die eingesetzten Stoffe unbekannt bzw. bekannt sind.
Dazu soll eine typische und gut in der Literatur beschriebene verfahrenstechnische Anlage in eine modulare Anlage überführt werden. Anhand dieses Fallbeispiels soll nun zunächst für einige Module eine HAZOP-Studie ohne Kenntnis der eingesetzten Stoffe durchgeführt und ein Sicherheitskonzept abgeleitet werden. Anschließend wird die HAZOP-Studie mit Kenntnis der Stoffe wiederholt und das Sicherheitskonzept überarbeitet. Die Unterschiede der Ergebnisse der beiden Studien sollen dabei herausgearbeitet werden.


[1]  A. Ohle, M. Obst, N. Mollekopf, und L. Urbas, Modularisierung von Gaswäschern für die CO2-Entfernung aus Biogas, Chemie Ingenieur Technik, Bd. 86, Nr. 5, S. 640-648, 2014.
[2]  H. Graf, Ein modellbasierter Ansatz zur rechnergestützten Sicherheitsbetrachtung von Chemieanlagen während der Planungsphase, Düsseldorf: VDI-Verl., 2000.
[3]  DIN EN 61882 (VDE 0050-8), HAZOP-Verfahren (HAZOP-Studien) - Anwendungsleitfaden, Berlin: Beuth-Verl., 2014.

Anforderungsprofil:
Kenntnisse in Verfahrenstechnik sind notwendig.

Betreuung: Dipl.-Ing. Annett Pfeffer

Download der Aufgabenstellung

Stand: 28.11.2016 19:09
Autor: Webmaster PLT