Das Institut für Energieeffizienz in der Produktion (EEP) der Universität Stuttgart forscht an innovativen Lösungen zur Steigerung der Energieeffizienz in industriellen Prozessen. Unser interdisziplinäres Team untersucht praxisnahe Ansätze und Technologien, die Unternehmen unterstützen, ihren Energieverbrauch nachhaltig zu reduzieren. Dabei arbeiten wir eng mit Partnern aus der Industrie zusammen und legen einen besonderen Fokus auf die Anwendung moderner Datenanalyse und intelligenter Produktionsstrategien.
Industrielle thermische Energiesysteme und Wärmenetze gewinnen insbesondere durch die Möglichkeit Sektoren zu koppeln zunehmend an Relevanz. Thermal-Hardware-in-the-Loop-(THiLo)-Prüfstände ermöglichen die realitätsnahe Untersuchung thermischer Energiesysteme, indem reale Anlagenkomponenten mit mathematischen Modellen gekoppelt werden. Dadurch können unterschiedliche Betriebszustände und Regelungsstrategien unter reproduzierbaren Bedingungen untersucht werden, ohne dass das vollständige technische System physisch aufgebaut werden muss.

Aufgabenstellung

Im Rahmen der Arbeit soll eine Python-basierte Steuerungs- und Regelungsumgebung in einen bestehenden THiLo-Prüfstand integriert und anhand geeigneter Regelungsszenarien erprobt werden. Die Arbeit umfasst folgende Schritte:

• Einarbeitung in den Aufbau und die Funktionsweise des bestehenden THiLo-Prüfstands, die vorhandene Beckhoff-/TwinCAT-Automatisierungsumgebung sowie das bestehende Python-basierte Modellierungsframework.

• Analyse der bestehenden Systemarchitektur und Definition der für die Kopplung zwischen TwinCAT und Python erforderlichen Ein-, Ausgangs- und Prozessgrößen sowie der Anforderungen an Kommunikations- und Aktualisierungszyklen.

• Gemeinsame Erstellung bzw. Anpassung eines geeigneten mathematischen Modells innerhalb des vorhandenen Python-Frameworks als Grundlage für die Entwicklung und Erprobung der Steuerungs- und Regelungsfunktionen.

• Konzeption und Umsetzung einer bidirektionalen Kommunikationsschnittstelle zwischen der Beckhoff-Steuerung und der Python-Umgebung zur Übertragung von Messwerten, Zustandsgrößen, Sollwerten und Stellgrößen. Die Umsetzung erfolgt auf dem Laborcomputer.

• Entwicklung und Durchführung geeigneter Testszenarien zur Untersuchung des Zusammenspiels von realer Hardware, TwinCAT-Steuerung, Python-Modell und den implementierten Regelungsmechanismen.

• Analyse und Bewertung der Ergebnisse hinsichtlich Regelungsverhalten, Robustheit, Kommunikationsqualität und Eignung der entwickelten Architektur für den THiLo-Betrieb sowie Ableitung möglicher Verbesserungs- und Erweiterungspotenziale.

Ziel der Arbeit

Ziel der Arbeit ist die Entwicklung und Integration einer Python-basierten Steuerungs- und Regelungsumgebung für einen bestehenden THiLo-Prüfstand. Hierzu soll eine zuverlässige bidirektionale Kommunikation zwischen der Python-Umgebung und der bestehenden Beckhoff-/TwinCAT-Steuerung umgesetzt werden.

Auf dieser Grundlage sollen geeignete Steuerungs- und Regelungsmechanismen in Python entwickelt und in den Prüfstandsbetrieb integriert werden. Die entwickelte Lösung soll anhand geeigneter Testszenarien hinsichtlich Regelungsverhalten, Robustheit, Kommunikationsverhalten und Eignung für den THiLo-Betrieb untersucht und bewertet werden.

Was Sie mitbringen

• Programmierkenntnisse (Python und TwinCAT)

• Grundlagenkenntnisse in Automatisierungs- und/oder Regelungstechnik

• Grundverständnis der mathematischen Modellierung und Simulation technischer Systeme

• Interesse an Automatisierungs-, Regelungs- und Prüfstandstechnik

• Bereitschaft zur selbstständigen Einarbeitung in neue Themengebiete

• Strukturierte, selbstständige Arbeitsweise und analytisches Denkvermögen

• Sehr gute Deutsch- und Englischkenntnisse

Was Sie erwarten können

• Möglichkeit, eigene Ideen in der konzeptionellen Phase einzubringen

• Einblick in die Projektarbeit mit industriellem Praxisbezug innerhalb des Forschungsprojekts eProNet des 8. Energieforschungsprogramms der Bundesregierung

• Gemeinsame Veröffentlichung der Ergebnisse in einem einschlägigen Journal bei sehr guten Ergebnissen

• Übertragung von theoretischem Wissen aus dem Studium in die Praxis durch Arbeiten am Prüfstand

Fachrichtung

MINT-Fächer + verwandte Richtungen:

Automatisierungstechnik, Elektrotechnik, Energietechnik, Informatik, Kybernetik, Maschinenbau, Mathematik, Mechatronik, Physik, Regelungstechnik, Software Engineering, Technische Informatik, Verfahrenstechnik oder vergleichbare.