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Im Themenschwerpunkt Sensorsysteme für die Umwelt- und Verfahrenstechnik des ZESS werden Sensorsysteme für industrielle, umwelttechnische und medizinische Applikationen entwickelt. Unter Sensorsystemen verstehen wir sowohl Einzelsensoren als auch Multisensorsysteme mit anschließender, intelligenter, rechnergestützter Sensorsignalauswertung (z.B. mit trainierten neuronalen Netzen) sowie die Kombination von Sensoren und Aktoren mit geeigneten Steuer- und Regelstrategien zu innovativen Automatisierungssystemen.

In den vergangenen 10 Jahren haben sich die Akzente des Themenschwerpunktes deutlich in Richtung umwelttechnischer Applikationen verschoben; davon zeugen die bisher abgeschlossenen Dissertationen (s. Veröffentlichungen) und die jüngsten Veröffentlichungen zu den einzelnen Forschungsprojekten (s. Forschung und Entwicklung). Für abwassertechnische Messungen auf Kläranlagen steht ein mobiler Messcontainer zur Verfügung. Zur Simulation von Kläranlagen und Kanalnetzen wurde das Simulationsprogramm KSIM entwickelt.

Die auf der Homepage des Themenschwerpunktes aufgeführten Beispiele aktueller und abgeschlossener Forschungs- und Entwicklungsprojekte geben einen Überblick über die im Bereich bearbeiteten Themen. Die Projekte wurden meist in Kooperation mit industriellen, gewerblichen oder kommunalen Partnern durchgeführt und sind teilweise auch Ergebnisse der am ZESS durchgeführten Dissertationen und Diplomarbeiten.

Schwerpunkte sind Sensorsyteme und Automatisierung in der:

• Umwelt- und Abwassertechnik
• Mechatronik und Verfahrenstechnik
• Medizintechnik

Die folgenden Beispiele aktueller und abgeschlossener Forschungs- und Entwicklungsprojekte geben einen Überblick über die im Bereich vorrangig bearbeiteten Themen. Diese Projekte werden meist in Kooperation mit industriellen, gewerblichen oder kommunalen Partnern durchgeführt und sind größtenteils auch Ergebnisse der Dissertationen der (in Klammern) genannten Mitarbeiter.




Themenschwerpunkte:


Umwelttechnik, Abwassertechnik:

• Innovative Multisensorsysteme zur Online-Messung von Stickstoffkomponenten im Abwasser mit neuronaler Signalauswertung (Dr. Lange, Umweltstiftung, Dissertation Häck)
• Autoassoziative neuronale Netze zur Detektion von Sensorausfällen (Dr. Lange, Häck)
• Dosierung externer Kohlenstoffquellen zur Elimination eutrophierender Nährstoffe in kommunalen Abwässern (Dissertation Hoen)
• Entwicklung adaptiver und prädiktiver Regelungsstrategien zur Optimierung der Abwasserreinigungsprozesse in Kläranlagen (DFG, Dissertation Schuhen)
• Entwicklung respirometrischer Messgeräte für die Abwasser- und Bodenanalytik (Dissertation Zoll)
• Hochauflösende Ablaufmengenmessung mit höhenverstellbarem Messwehr (SYRO, Feldmann & Partner)
• Dynamische Simulation von Kläranlagen und Kanalnetzen mit KSIM (AEW-Plan, Hoechst)
• Wissenschaftliche Begleitung experimenteller Untersuchungen auf Kläranlagen (Städte Köln, Neuss, Netphen, Dissertation Seibert)
• Anwendung mess-, regelungs- und verfahrenstechnischer Maßnahmen zur Steigerung der Reinigungsleistung von Kläranlagen (Stadt Netphen, SHW und MURL)

 

Mechatronik und Verfahrenstechnik:

• Selbstlernende Kennfeld-Regelung für Regalbediengeräte (Siemag Transplan, Dissertation Schüll)
• Modellgestützte und Wissensbasierte Planheits- und Dickenregelung für Kaltwalzanlagen (Achenbach Buschhütten, Dissertation Niederhausen)
• Nichtlineare Zustandsbeobachter (Software-Sensoren) zur Ermittlung nicht direkt messbarer Zustandsgrößen und Prozessparameter (Henkel)
• Entwurf nichtlinearer Regelungssysteme für verfahrenstechnische Prozesse (Dissertation Che)

Medizintechnik, Biomechanik

• Flexible Regelung zur Realisierung neuer Betriebsarten für biomechanische Diagnose-und Trainingsgeräte (Sportklinik Hellersen, Orthodata, Lüdenscheid)
• Simulation von Sensoren, Aktoren und Regelungsstrategien für sportmedizinische Test- und Trainingsgeräte mit unterschiedlichen Betriebsarten (Dissertation Reimann)

Der Projektbereich 3 (Sensorsysteme für die Umwelt- und Verfahrenstechnik) im Zentrum für Sensorsysteme hat sich bisher mit folgenden Forschungs- und Entwicklungsprojekten beschäftigt:

Anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung von on-line Prozessanalysatoren für das kontinuierliche Messen von Abwasserinhaltsstoffen und verschiedenen Zustandsvariablen oder Parametern des Abwasserreinigungsprozesses:

• Biochemischer und Chemischer Sauerstoffbedarf (BSB und CSB)
• Ammonium-, Nitrat- und Phosphatkonzentration (ohne Ultrafiltration des Probenstromes)
• Trübung, Belebtschlammkonzentration, Schlammabsetzverhalten

ZESS Messcontainer auf der Klaeranlage Netphen


Prozessleitsystem zur Regelung der Stickstoffeliminierung

Entwicklung von Multi-Sensor-Systemen (Trübung, Leitfähigkeit, pH-Wert, Redoxpotential, etc.) mit Anwendung von künstlichen neuronalen Netzwerken zur Meßdatenverarbeitung

Adaptive und Prädiktive Regelungskonzepte für die komplexen, gekoppelten, nichtlinearen und zeitinvarianten biokinetischen Prozesse in Abwasserreinigungsanlagen.

Mathematische Modellbildung, Parameteridentifikation und numerische Simulation der physikalischen, chemischen und biologischen Abwasserreinigungsprozesse (Simulationssystem KSIM)

Durchführung von Messungen auf Kläranlagen (Messcontainer mit on-line Prozessanalysatoren)

Sensorvalidierung und Prozessüberwachung in der Abwassertechnik


Kontakt:

Universität Siegen
Zentrum für Sensorsysteme (ZESS)
Projektbereich 3
Paul-Bonatz-Strasse 9-11
57068 Siegen
Fax.:+49 (0)271 740-2365

Prof. Dr.-Ing. Manfred Köhne
Tel.:+49 (0)271 740- 4631 od. 4630
E-Mail: koehne@zess.uni-siegen.de

Dipl.-Ing. Geritt Kampmann
Tel.:+49 (0)271 740- 2492
E-Mail: kampmann@zess.uni-siegen.de

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