Smarte Sensoren steuern Industrieprozesse von morgen

01.09.2017

HZDR / F. Bierstedt

Eine am HZDR entwickelte Methode erlaubt die berührungslose Messung einer heißen Stahlschmelze – eine wichtige Voraussetzung, um das Befüllen der Gussform mit flüssigem Stahl zu steuern.

Moderne hochparallele Rechnerarchitekturen sind heute in der Lage, riesige Datenmengen in hoher Geschwindigkeit zu verarbeiten. Damit können bildgebende Verfahren zunehmend die Rolle von Sensoren übernehmen, mit denen sich Maschinen und Industrieanlagen steuern lassen. In dem europäischen Verbundprojekt TOMOCON arbeiten zwölf Forschungseinrichtungen aus neun Ländern zusammen mit 15 namhaften Industrieunternehmen an neuen bildgebenden Sensoren und daran, diese in die Steuerung und Regelung verfahrenstechnischer Prozesse einzubinden. Start des Netzwerks ist am 1. September, die Koordination liegt beim Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR).

Das wissenschaftliche Thema des neuen Europäischen Trainings-Netzwerks „Smart Tomographic Sensors for Advanced Industrial Process Control“ (TOMOCON) ist im Kontext der Digitalisierung industrieller Prozesse hochaktuell. Bildgebende Messverfahren haben – insbesondere mit der Entwicklung ultraschneller paralleler Datenverarbeitung – ein enormes Potenzial als Sensoren zur Echtzeit-Steuerung von Prozessen und Anlagen. Bekannt ist dieses Thema etwa aus dem Bereich des sogenannten autonomen Fahrens.

“Gemeinsam mit unseren internationalen Partnern wollen wir 15 jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern eine umfassende Doktorandenausbildung bieten. Neben ihren Forschungsprojekten sollen sie in den beteiligten Industrieunternehmen tätig werden. Drei Sommerschulen und ein Training zu Soft Skills durch die Graduierten-Akademie der TU Dresden runden das Ausbildungsprogramm ab“, erläutert der Projektkoordinator Professor Uwe Hampel vom HZDR.

Für viele industrielle Prozesse sind vor allem tomographische Messverfahren von großem Interesse, weil sie berührungsfrei Einblicke in die Anlagen liefern. Dabei gilt es, die Herausforderungen im industriellen Einsatz zu meistern. Um nur einige Fragestellungen zu nennen: Wie geht man mit aggressiven Prozessbedingungen oder hohen Datenraten um? Wie kann man Parameter für die Steuerung und Regelung intelligent aus Bilddaten extrahieren? Wie sehen neue Formen der Mensch-Maschine-Kommunikation aus? Entsprechend breit sind die Forschungsthemen für die 15 Nachwuchswissenschaftler, denn sie betreffen so unterschiedliche Gebiete wie die Mess- und Sensortechnik, Prozesstomographie, Prozesssteuerung und -regelung, Prozessmodellierung, Mensch-Maschine-Interaktion und massiv-parallele Datenverarbeitung.

Effiziente Industrieprozesse der Zukunft

Einen starken Praxisbezug erlangt das Vorhaben durch vier ausgewählte technische Demonstrationen. Bei der sogenannten Inline-Phasentrennung werden Flüssigkeiten verschiedener Dichte durch Zentrifugieren direkt im Inneren von Strömungskanälen getrennt. Die Steuerung mit tomographischen Sensoren soll die Trenngüte signifikant verbessern und die Bildung von Emulsionen vermindern. Dies stößt auf großes Interesse bei Unternehmen der Chemie- und Mineralöl-Verfahrenstechnik, wie den beteiligten Unternehmen Linde, Shell und Total. Beim zweiten Thema geht es um den kontinuierlichen Stahlguss, für den das HZDR eine eigene Magnetfeld-Tomographie entwickelt hat, um das Befüllen der Gussform mit flüssigem Stahl zu steuern. Gemeinsam mit der österreichischen Primetals Technologies und der TATA Steel wird das Verfahren nun bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten qualifiziert.

Drittens soll eine tomographische Feuchtemessung die Prozesstrocknung mit Mikrowellen energetisch optimieren. Dies wird anhand der Trocknung von imprägnierten Schäumen aus Kunststoff mit dem Anlagenhersteller Vötsch Industrietechnik und dem Anwender Pinta Elements demonstriert. Und schließlich kommen in der Kristallisation Ultraschall-Techniken zur Anwendung, die das Wachstum der Kristalle steuern und gleichzeitig deren Verteilung im Reaktor messen sollen. Dieses Thema begleiten die Sulzer AG und DuPont.

„Am HZDR verfolgen wir insbesondere die beiden ersten Themen sehr aktiv“, betont Uwe Hampel, der zugleich eine Stiftungsprofessur an der TU Dresden innen hat. „Wir sind stolz darauf, dass unser Vorhaben auch zu einer nachhaltigen Vernetzung akademischer und industrieller Partner in Europa und darüber hinaus beiträgt. Für das HZDR und die TU Dresden sind die in TOMOCON bearbeiteten Fragestellungen zentrale Probleme der Forschung zu effizienten Industrieprozessen der Zukunft. Deshalb werden auch zwei der insgesamt 15 Doktoranden an der TU promovieren.“

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf e. V.

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