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Was steckt hinter dem freundlichen "PauL"?

Die Fakultät Naturwissenschaften und Technik der HAWK Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst an der Fachhochschule Hildesheim/Holzminden/Göttingen arbeitet gerade an einer außergewöhnlichen Anwendung, einem Projekt für autonom fahrende Luftschiffe. Die Studenten der Göttinger Fakultät realisierten auf Basis eines 4 m langen, handelsüblichen Modell-Prallluftschiffes (Blimp) eine Lösung, die auf Anhieb den ersten Platz bei einem Wettbewerb gegen andere Hochschul-Teams gewann. Professor Dr.-Ing. Klaus Bobey vom Forschungsnetz Bildgebende Sensortechnik freute sich besonders, dass "sein" Team bei der Realisierung auch auf Standard-Industriemodule zugreifen konnte und sie mit neuen eigenen Ideen zu einem erfolgreichen Ergebnis kombinierte.

Das mit Helium gefüllte Luftschiff ist in der Lage, neben den Energie spendenden Akkus eine ganze Reihe von hochwertiger Elektronik und Feinmechanik zu tragen. Denn nicht nur die sind notwendig, um den Blimp feinfühlig einen vorgegebenen Parcours selbstständig abfahren zu lassen, sondern auch "jede Menge" Software muss dafür erstellt werden, damit die drei kleinen Elektromotoren mit dem jeweiligen Propellerschub das Schiff auf Kurs halten. Damit der "Zeppelin" weiß, wo er sich befindet, hat er Sensoren mit denen er seine Position in der Umwelt bestimmt und sein Ziel autark berechnet, um damit die vorgegebene Strecke abzufahren. Es befinden sich daher in der kleinen Kanzel ein Kompass für die Orientierung, ein Gyroskop für die Lage, ein Ultraschallsensor für die Höhe und ein Spezialkamerasensor für die optische Zielerkennung. Selbstentwickelt wurde ein Sensor, der das getaktete Licht von speziellen Wendemarken optisch erkennt. Dabei wird er über einen kleinen Servomotor ständig auf das Ziel ausgerichtet, unabhängig von der Lage des Blimps. Ein Temperatursensor zur Überwachung der zulässigen Betriebswärme ist auch noch eingebaut.

Per Funk steht das Luftschiff mit der Bodenstation - einem entsprechend mit Funkmodul ausgerüstetem Laptop - in Verbindung. Der Teamleiter Thomas Linkugel, Student an der HAWK Göttingen, kann bei Vorführungen mit dem handlichen PC schnell von Automatikbetrieb auf Handbetrieb umschalten, wenn sich das Luftschiff zu selbstständig eigene Ziele berechnet. Mit einer Fangleine kann man es auch im letzten Moment daran hindern an die Hallendecke zu entschweben.

Aber wieso hält das Schiff überhaupt seinen vorgesehenen Kurs so exakt und autark ein? Diese Aufgabe hat der HAWK-Student Matthias Ibold gelöst und dabei auch ein Modul eingesetzt der Firma PMA Prozeß- und Maschinen-Automation GmbH, bei der er in Kassel als Werksstudent arbeitet und seine Diplomarbeit anfertigt.

Um den Kurs zu berechnen und exakt einzuhalten, müssen die Signale der Sensoren schnell erfasst und ausgewertet werden und das Korrekturergebnis muss umgehend an die Motoren weitergeleitet werden. Dahinter steckt ein komplexer Regelalgorithmus, der auch die Trägheit des Blimps berücksichtigen muss. Dazu hat Matthias Ibold fast 4.000 Zeilen Software schreiben und testen müssen. Neben diesem individuellen Programm nutzt er noch mal die doppelte Menge an Firmware, also verfügbarer serienmäßiger Basissoftware. Damit alles im Griff bleibt, müssen diese Aktionen im Millisekundenbereich ablaufen. Diese schnelle Abarbeitung übernimmt ein Modul der neuen kompakten Steuerung varioPLC von PMA, das Matthias Ibold mit seiner Software "gefüttert" hat. Die Ansteuerung der speziellen Sensoren und der Motoren (Leistungsaktoren) übernimmt eine von Thomas Linkugel entwickelte Platine. Sie stellt auch den Funkkontakt sicher, so dass das autonom fahrende Luftschiff immer mit dem Leitstand seine Daten austauscht.

Genau nach diesem Prinzip funktionieren auch in der Industrie bei der Prozesstechnik und der Maschinenautomatisierung die Ablaufsteuerungs- und Regelungsvorgänge. Autarke Module arbeiten selbstständig vor Ort ihre komplexen Aufgaben ab, stehen aber immer in Kontakt mit dem Leitstandrechner, der den Produktionsvorgang koordiniert, automatisch im Auge behält und neue Aufgaben rechtzeitig weiterleitet. Um das anschaulich zu visualisieren, stellt PMA das Projekt PauL der HAWK Göttingen auf seinem Messestand in Halle 9 F 27 auf der Hannover-Industrie-Messe vom 21.-25. April 2008 aus. Dabei sind auch die oben genannten zwei Mitglieder des PauL-Teams und beantworten gerne den Besuchern und auch dem Nachwuchs Fragen zum Projekt. Eine beantworten wir schon hier:

Hiermit ist auch geklärt wie der Name "PauL" zustande kam, als Abkürzung von "Projekt autonomes Luftschiff".

Das "PauL-Team" besteht aus folgenden Studenten der HAWK Göttingen:
  • Teamleiter Thomas Linkugel (Mainprocessor Unit und div. Sensoren)
  • Matthias Ibold (Flugmodellierung und Flugregelung)
  • Stanislaw Klein (Wendemarken, Unterstützung bei Hardwaretätigkeiten)
  • Daniel Kurz (Verfolgungsmodus mit Kamera)
  • Christof Müller (Steuerungs- und Überwachungswindowsprogramm)
  • Andrej Satorius (optische Wendemarkenerkennung)
Ansprechpartner HAWK:

Prof. Dr.-Ing. Klaus Bobey
Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst
HAWK FH Hildesheim/Holzminden/Göttingen
Fakultät Naturwissenschaften und Technik
(Raum C117, Haus C)
37085 Göttingen
Tel.: 0551 3705 237
klaus.bobey@pmf.fh-goettingen.de
www.hawk-hhg.de


Ansprechpartner PMA:

PMA Prozeß- und Maschinen-Automation GmbH
Abt. Marcom
Dipl.-Ing. Ulrich Marschall
Miramstr. 78
34123 Kassel
Tel.: 0561 / 505 1243
Fax: 0561 505 1500
maa@pma-online.de
www.pma-online.de





Weitere Informationen

PMA Prozeß- und
Maschinen-Automation GmbH
Dipl.-Ing. Ulrich Marschall
Marcom Dept.
Miramstr. 87
D-34123 Kassel
Tel.: ++49-561-505 1243
Fax: ++49-561-505 1710


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bild Projekt Autonomes Luftschiff, PauL, Bild 1
bild Projekt Autonomes Luftschiff, PauL, Bild 2