Projects

Mikroprocesorové systémy pro řídicí a monitorovací aplikace

SP2014/156

Koziorek Jiří prof. Ing., Ph.D.

prof. Ing. Pavel Nevřiva, DrSc.
prof. Dr. Ing. Miroslav Pokorný

01. 01. 2014 - 31. 12. 2014

Základním tématem projektu je aplikovaný výzkum využití elektronických mikroprocesorových systémů v oblasti zpracování signálů, řídicích a komunikačních systémů, řídicích algoritmů a simulací. Projekt navazuje a dále rozvíjí problematiku řešenou ve čtyřech projektech s podobným zaměřením v rámci SGS2010/165, SGS2011/45, SGS2012/111 a SGS2013/168. Řešitelský tým v těchto předchozích letech dosáhl v uvedené oblasti řadu výsledků, které vedly k: - Vytvoření množství výsledků hodnocených v RIVu (viz. Zkušenosti řešitelského týmu) - Získání několika významných projektů podporovaných z grantových agentur (viz. Zkušenosti řešitelského týmu) - Uzavření několika smluv o výzkumu pro komerční partnery (viz. Zkušenosti řešitelského týmu) Hlavním úkolem projektu je podpora stávajících a zejména začínajících doktorandů při zapojení do výzkumu v této oblasti a jejich postupný přechod k řešení grantových projektů a realizaci smluvního výzkumu. Předložený projekt má za cíl rozvoj výzkumných aktivit zejména ve třech oblastech: 1. Zpracování signálů a řídicí algoritmy v průmyslových řídicích systémech Zpracování signálů z moderních senzorů neelektrických fyzikálních veličin včetně obrazového signálu. Cílem řešení je zejména výzkumem nových metod, algoritmů zpracování, detekce a vyhodnocení s ohledem na aplikovatelnost do průmyslového prostředí a oblasti inteligentních domů. Tato výzkumná aktivita se věnuje zejména: - Vývoj systému pro analýzu povrchového průhledného povlaku ze zpracování obrazového signálu v průmyslovém prostředí, kde je nutné sledovat plnitelnost této emulze na povrchu daného materiálu pomocí vhodných optických prvků a filtrací signálu. - Vývoj systému pro určení kvality dřeva pomocí obrazového signálu, kde dochází k jeho třídění na základě vzhledu a charakteru poškození. - Vývoj prvků do inteligentního domu umožňujících jejich ekonomickou efektivitu a zároveň zkvalitňují komfort uživatele při řízení a regulaci provozu domu. - Inovace SCADA systémů, kde je kladen důraz na dokonalejší zpracování datového toku a zvýšení možností konektivity a řízení automatizovaných systémů. - Distribuovaná komunikace v různých typech průmyslových sítí a přenos dat v reálném čase s následnou vizualizací. Vývoj průmyslových komunikačních ovladačů. - Zpracování obrazového signálu pro analýzu personálního charakteru využitelná při identifikaci osob a předmětů. - Zpracování infra-obrazového signálu pro realizaci měřicího systému při výrobě hutních materiálů v průmyslovém agresivním prostředí. - Rozšíření SW modelu využitelného v rámci konceptu PIL (process-in-the-loop) nebo HIL (hardware-in-the-loop) pro vybraný technologický systém. V rámci tohoto řešení budou zkoumány vazby mezi jednotlivými prvky technologického systému a bude provedena analýza jejich vzájemného působení s cílem simulovat činnost reálné technologie. - Vývoj nekonvenčních metod identifikace soustav – stanovení operátorového přenosu soustavy, identifikované metodami fuzzy pravidlových modelů. Začlenění vyvinutých nekonvenčních procedur do struktury připraveného fuzzy orientovaného expertního systému pro kontrolu kvality regulace a průběžnou readaptaci konvenčního regulátoru. Implementace a simulační verifikace navrženého systému v prostředí Matlab Simulink. - Modelování analyzovaných datových toků a obrazového signálu v aplikacích implementovatelných v průmyslově realizovaných projektech pro navázání a upevnění iniciovaných výzkumných vztahů s průmyslovými partnery. 2. Monitorování fyzikálních vlastností ve vybraných typech lokalit Výzkum a vývoj metod a systémů pro monitorování neelektrických veličin, přenos naměřených dat, jejich zpracování a archivace. V rámci řešení budou probíhat experimentální měření a ověřování funkčnosti měřicího řetězce ve vybraných reálných lokalitách. Aktivita se věnuje zejména: - Monitorování spolehlivosti stavebních konstrukcí – vývoj a nasazení měřicích sond s využitím bezdrátové technologie za účelem monitorování trhlin a náklonů stavebních konstrukcí, jež vznikají v důsledku vlivu těžby pod těmito konstrukcemi. - Výzkum a vývoj v oblasti poklesu terénu – v návaznosti na předchozí téma je rovněž nutné monitorovat pokles terénu, převážně hlušinových odvalů, jež jsou zasaženy endogenními požáry. - Statistické vyhodnocování měřených dat a tvorba numerických modelů pro případnou predikci šíření endogenních požárů v hlušinových odvalech. - Oblast měření teplotní odezvy horninového masivu – Jedná se o výzkum možností měření teplot, tepelných vlastností a teplotního profilu v hloubkových vrtech pro tepelná čerpadla. Měřené veličiny jsou velmi důležité pro následný návrh komplexního systému vytápění/chlazení pomocí tepelných čerpadel. - Zpracování dat z neelektrických fyzikálních veličin, které je možné dále využít v procesech implementovaných v řídicích systémech pro realizaci analýzy zkoumaného prostředí. 3. Výzkum a vývoj v oblasti vestavěných řídicích systémů Výzkum a vývoj zaměřený zlepšení energetické nezávislosti, funkční bezpečnosti, měřicích a řídicích algoritmů ve vestavěných řídicích systémech. Aktivita se věnuje zejména: - Vestavěné algoritmy pro energetickou nezávislost – vestavěné zařízení musí zpravidla fungovat autonomně s minimálními nároky na uživatelský zásah. V energeticky nezávislých zařízeních obsažen jeden nebo více komponentů schopných získávat energii z prostředí (např. solární panely, větrné zdroje, vibrační zdroje, atd.). Zařízení pracují optimálně v režimu tzv. energetické neutrality, kdy na svoji činnost spotřebují přesně tolik energie, kolik jsou schopny získat z prostředí. Pro zajištění optimálního provozu zařízení v režimu energetické neutrality je třeba nasadit dva neoddělitelné přístupy. Zařízení musí predikovat na základě historických dat množství energie, které v určitém krátkém horizontu je schopno z prostředí získat a zařízení rovněž musí vyhodnotit, dle zadaných priorit, jaká funkcionalita je v daném období a čase důležitá. - Vestavěné algoritmy pro mobilní robotiku - cílem projektu je návrh a realizace algoritmů uplatnitelných v oblasti řízení mobilních robotů, zejména v oblasti Lokalizace a mapování (SLAM) a rozvoj lokalizace bezdrátových uzlů založených na metodě Monte Carlo a dalších lokalizačních metod. Vyvinuté algoritmy jsou implementovány přímo v řídicí elektronice mobilních robotů. - Funkčně bezpečná elektronika - cílem projektu je rozvoj funkčně bezpečné elektroniky použitelné v oblasti automobilové a v oblasti drážní techniky. Vývoj metod bude zaměřen na metody bezdrátového sběru a zpracování dat z elektroniky používané v automobilové a drážní technice. Následné zpracování umožní predikci a detekci poruchy tak, aby diagnostika byla provedena před servisním zásahem. - Zpracování a vizualizace impedance – cílem projektu je vývoj elektroniky a měřicích algoritmů pro širokospektrální impedanční spektroskopii a impedanční tomografii, kterými může být monitorováno složení materiálů. Vývoj bude zaměřen zejména na návrh přesného měřicího řetězce, rychlých algoritmů pro rekonstrukcí spektra signálu a paralelních vestavěných algoritmů pro rekonstrukci obrazu.

doc. Ing. Štěpán Ožana, Ph.D.
Ing. Vilém Srovnal, Ph.D.
doc. Ing. Radovan Hájovský, Ph.D.
Ing. Zdeněk Macháček, Ph.D.
doc. Ing. Jan Vaňuš, Ph.D.
Ing. Blanka Filipová, Ph.D.
Ing. Martin Stankuš, Ph.D.
Ing. Martin Pieš, Ph.D.
doc. Ing. Michal Prauzek, Ph.D.
prof. Ing. Jiří Koziorek, Ph.D.
doc. Ing. Jaromír Konečný, Ph.D.
Ing. Radim Hercík, Ph.D.
Ing. Roman Slabý
Ing. Jana Nowaková, Ph.D.
Ing. Martin Mikolajek, Ph.D.
Ing. Jiří Haška
Ing. Ondřej Horáček
Ing. Michal Kelnar
Ing. Aleš Kurečka
Ing. Markéta Venclíková
Ing. Martin Šteffek
Ing. Martin Latocha
Ing. Jan Šramota
prof. Ing. Pavel Nevřiva, DrSc.
prof. Dr. Ing. Miroslav Pokorný

Cílem projektu je další rozvoj aktivit aplikovaného výzkumu v oblasti průmyslových i embedded měřicích a řídicích systémů. Projekt vychází z dlouhodobé výzkumné činnosti odborné skupiny Průmyslové automatizace a počítačů pro řízení, Katedry kybernetiky a biomedicínského inženýrství, FEI, VŠB-TU Ostrava. Projekt navazuje na v minulosti dosažené výsledky a dále je rozvíjí. Důraz bude kladen na podporu publikačních aktivit, aktivit vedoucích k registracím výsledků VaV a na motivaci studentů doktorského a magisterského studia k zapojení se do výzkumné činnosti.

Dalším cílem projektu je rovněž podpora získávání výzkumných projektů grantových agentur (MPO, TAČR, GAČR, MSK, Horizon2020 apod.), smluvního výzkumu formou HS a zejména mezinárodních výzkumných projektů.
Konkrétní cíle a oblasti řešení projektu jsou popsány také v bodě „Předmět výzkumu v rámci projektu“.
Předpokládaným výsledkem projektu bude 15 publikací na kvalitních konferencích (zejména Springer a IEEE, které budou indexovány v databázi Thomson ISI Proceedings a SCOPUS) a prioritou řešitelského týmu bude rovněž pokusit se o publikaci výsledků v časopisech s IF. Řešitelé předpokládají registraci 5 výsledků aplikovaného výzkumu (patentů, užitných vzorů, funkčních vzorků nebo software).

Časový harmonogram řešení projektu
Leden 2014 – Zahájení řešení, analýza výsledků předchozích výzkumných aktivit, návrh postupů prací pro rok 2014, sestavení plánu publikačních aktivit a plánu registrace výsledků VaV.
Únor – Březen 2014 – Analýza metod sběru, zpracování a archivace dat z uvedených systémů.
Březen – Říjen 2014 – vývoj metod a systémů pro sběr, archivaci, zpracování a vizualizaci dat pro uplatnění v různých oblastech
Listopad 2014 – Zpracování a ověřování výsledků.
Prosinec 2014 – Závěrečné hodnocení projektu, revize výsledků, tvorba závěrečné zprávy.

V průběhu celého roku 2014 budou kromě výše uvedených aktivit probíhat činnosti vedoucí k publikaci výsledků a jejich včasné registraci formou užitných vzorů, funkčních vzorků, software případně dalších.