← Back to CoursesStemExpert
StemExpert
Expert · Werkboek · 49. Integratieproject: het brein van het station
StemExpert · Brecht Corbeel · schoolium.me
StemExpert
E49. Integratieproject: het brein van het station — werkboek
EExpert · deel E11 · Habitat E: het brein van het station

Werkboek · hoofdstuk 49Integratieproject: het brein van het station

Een reproduceerbaar stationontwerp met twee energierails, lokale bevoegdheid en zichtbare bewijsgrenzen

Trede 1 oefent de systeemgrens en basisredeneringen. Trede 2 reproduceert rekeningen, code- en foutproeven uit exact hetzelfde pakket. Trede 3 bouwt het volledige dossier en verdedigt ook niet-gehaalde/open functies. De uitgebreide projecttaken zijn keuzeroutes; alle oplossingen blijven zelfstandig leesbaar en noemen de bewijsgrens.

8× oefenen10× toepassen9× uitdagen± 1615 min0/27 gedaan
DOntwerpen en makenRRegelen en roboticaEEnergieAData en AIPProgrammeren en computationeel denkenBLeven en systemen
Het project eindigt met een review van bewijs en beperkingen, niet met alleen een groen dashboard.
Het project eindigt met een review van bewijs en beperkingen, niet met alleen een groen dashboard.
Hoe lees je een opdracht?
Drie tredenOefenen Toepassen Uitdagen

Elk hoofdstuk bouwt op: eerst oefenen (één stap, direct toepassen), dan toepassen (meerdere stappen, in een context), dan uitdagen (transfer, open problemen, andere leerlijnen erbij).

De StemExpert-schaal5

Eén moeilijkheidsschaal van 1 tot 9 over de drie niveaus heen: Fundamental loopt van 1 tot 4, Intermediate van 3 tot 7, Expert van 6 tot 9. Zo zie je dat de uitdaging van het ene niveau de oefening van het volgende is.

Oefenen

Oefenen

één stap, direct toepassen
49.1

De systeemgrens reconstrueren

Oefenen6Tekenen35 min
Je krijgt de architectuur van E49-S2-12-v1. Een nieuw teamlid tekent één gezamenlijke accu en voegt 5,60 kWp bovenop de module toe.
Module 12 V1,40 kWp / 3,072 kWhStation 48 V4,20 kWp + wind / 12 kWhLokale module-eigenaarlamp, NFT en convectorLokale station-eigenaarWP, AC-lasten en H₂Pi-supervisoralleen voorstel + logMens / vrijgavekringstop en gezonde resetNFT + modulebuffer60 L / 200 L; Cb samenWP-buffer en woondeel100 L / eigen woonmassa12 V48 VlokaallokaalDrinkwater 500 L en H₂-proceswater 20 L zijn aparte voorraden.Geen elektrische verbinding tussen de rails; warmte loopt via de WP-buffer.
Kleur 1 toont voeding en kleur 3 de voorstelroute. De Pi vervangt geen lokale eigenaar; een aparte vrijgavekring begrenst gevaarlijke functies. Essentiële ventilatie heeft een afzonderlijke voedingstak, die in de koude lege proef toch kan uitvallen.
  1. a
    Teken de twee rails met juiste PV/opslag en geef aan waar elektrolyse bereikbaar is.
  2. b
    Teken de drie waterinventarissen en de twee thermische waterbuffers. Leg uit waarom één reservoirvak onjuist is.
49.2

Een behoefte tot bewijs volgen

Oefenen6Begrijpen30 min
De gebruiker wil na brokeruitval lokaal kunnen blijven regelen.
A-01: gebruikersdienstgrens, behoefte en acceptatieA-02: systeemontwerpinterfaces en proeven voorafImplementatie S2-12-v1code, configuratie en invoerIntegratiebewijsbalansen en foutinjectiesValidatie / besluitdienst, context en restbewijstoetsenvalideren
De horizontale verbindingen koppelen een ontwerpbesluit aan vooraf benoemd bewijs. Rechts blijft het mogelijk dat de dienst niet wordt aanvaard.
  1. a
    Werk behoefte → D-03 → interface → testcase → bewijs → besluit uit.
  2. b
    Waarom zijn een groene brokerstatus en een geslaagd warmte-residu daarvoor onvoldoende?
49.3

De bruikbare bank narekenen

Oefenen6Rekenen35 min
De 12 kWh-bank gebruikt SOC 0,20–0,90. Een advertentie rekent zonder verlies 33,6 h voor 250 W AC.
  1. a
    Bereken bruikbare kWh en nominale Ah bij 51,2 V. Welke selectie is hiermee nog niet gedaan?
  2. b
    Bereken autonomie met 48 W DC, 25 W inverter, ηinv=0,93 en ηd=0,96. Verklaar het verschil.
49.4

Een interne warmteflow controleren

Oefenen6Rekenen30 min
Op een moment is Tw=30 °C, Ta=18 °C en Th=20 °C. De PID vraagt qm=800 W en qh=2000 W.
Modulelucht TaCa = 80 kJ/KModulebuffer TbCb = 1,10 MJ/KWP-buffer Tw100 L / 418,6 kJ/KWoondeel ThC = 1,80 MJ/K; scenarioG = 30 W/Kqm ≤ 800 Wqh ≤ 2500 W; plus 2(Tw−Th)WP-elektriciteit → COP → qwp in de 100 L-bufferHm = 20,2 W/K en Hh = 29,8 W/K naar buiten
De warmtestromen qm en qh hangen van Tw−Ta en Tw−Th af. Er komt geen convectorwarmte uit een koude buffer. De twee pijlen tussen lucht en modulebuffer staan voor een omkeerbare transportstroom, geen twee gelijktijdige bronnen.
  1. a
    Bereken beide werkelijk mogelijke transporten bij Gconvector=80 en Gvloer=140 W/K. Zet hun tekens in alle betrokken knopen.
  2. b
    Wat gebeurt er bij Tw=17 °C? Waarom is onmiddellijk 800 W naar de module dan onjuist?
49.5

Doorzet tegenover waterverbruik

Oefenen6Rekenen30 min
Gebruik dezelfde NFT- en drinkprofielen als de normale run.
  1. a
    Bereken recirculatiedoorzet, netto NFT-verbruik en eindvoorraad.
  2. b
    Bereken drink-eindvoorraad en benoem de extra voorwaarde waardoor drink_leeg geen 490 L kan leveren.
49.6

De leasegrens en replay

Oefenen6Analyseren30 min
Een geaccepteerd doel 19,5 °C krijgt tijd 600 s, TTL 60 s en seq 17. Er komt niets nieuws.
  1. a
    Geef het lokale doel op t=659 s en t=660 s. Wat gebeurt er met hetzelfde voorstel opnieuw op t=620 s?
  2. b
    Waarom bevat het bericht zowel bronboot als eigenaarboot en een duurzame seq-grens?
49.7

Welke tijd staat op een logrij?

Oefenen6Analyseren25 min
De rij tijd 2021-03-08T23:42:00+01:00 heeft watermodel_geldig=0.
06121824−10−50510152025303540Tijd vanaf maandag 00:00 (h)Temperatuur (°C)moduleluchtmodulebufferwoonruimteWP-buffer
Het interval maandag 23:42–23:43 eindigt voor het eerst buiten het watermodelgebied boven 0 °C. Alleen geldige eindtoestanden zijn getekend. Latere algebra is geen bevriezingsvoorspelling en bewijst geen vloeibare watervoorraad.
  1. a
    Leg uit welke tijd hoort bij toestand en bij vermogen. Mag je zeggen dat het water precies om 23:42 fysiek bevroor?
  2. b
    Waarom tekent de koude grafiek alleen geldige eindtoestanden en bewaart de download toch de rest?
49.8

De score en de claim scheiden

Oefenen6Begrijpen25 min
Een team schrijft: ‘Alle balansen zijn nul, dus het station is autonoom en de ECG-monitor diagnosticeert correct.’
  1. a
    Noem vier afzonderlijke fouten in die gevolgtrekking.
  2. b
    Herschrijf de conclusie met een geldige positieve uitkomst en twee open functies.
Toepassen

Toepassen

meerdere stappen, in een context
49.9

De 4,48 kVA-selectie opnieuw uitvoeren

Toepassen7Programmeren45 min
Gebruik habitat_brein.py, config.json en de contracttest ‘4.48kVA verzoek’.
  1. a
    Reproduceer P/Q/S, de prioriteitsvolgorde en de geweigerde last. Waarom tel je niet gewoon alle afzonderlijke S op?
  2. b
    Bereken niet geleverde noodwarmte bij 60 s en beschrijf wat de log niet bewijst.
49.10

Een 8 kVA-aanloop kritisch beoordelen

Toepassen7Rekenen45 min
Gebruik P=5232 W, S=7280 VA, U=44,8 V, ηinv=0,93, eigenverbruik 25 W, DC 48 W en ηd=0,96.
  1. a
    Bereken Q en bankstroom; beslis voor 5 s. Bereken daarna maximaal toelaatbaar P bij 130 A.
  2. b
    De 5000 W-selectie past. Is daarmee de pompstart opgelost? Formuleer een selectieproef.
49.11

Warmteconservatie onafhankelijk narekenen

Toepassen7Programmeren50 min
Lees totalen en eindtemperaturen uit de normale JSON; gebruik de vier capaciteiten.
Modulelucht TaCa = 80 kJ/KModulebuffer TbCb = 1,10 MJ/KWP-buffer Tw100 L / 418,6 kJ/KWoondeel ThC = 1,80 MJ/K; scenarioG = 30 W/Kqm ≤ 800 Wqh ≤ 2500 W; plus 2(Tw−Th)WP-elektriciteit → COP → qwp in de 100 L-bufferHm = 20,2 W/K en Hh = 29,8 W/K naar buiten
De warmtestromen qm en qh hangen van Tw−Ta en Tw−Th af. Er komt geen convectorwarmte uit een koude buffer. De twee pijlen tussen lucht en modulebuffer staan voor een omkeerbare transportstroom, geen twee gelijktijdige bronnen.
  1. a
    Leid de totale warmtebalans af door de vier knoopvergelijkingen op te tellen. Geef welke termen verdwijnen.
  2. b
    Controleer het numerieke residu en de 60/15 s-vergelijking. Wat mag je hieruit concluderen?
49.12

Windup als werkelijk actuatorprobleem

Toepassen7Programmeren45 min
Voer antiwindup_proef uit. Kp=100, Ki=0,5, maximum 800 W, trackingtijd 120 s; y=20 °C en 2 h actuatoruitval.
0,00,51,01,52,02,53,005101520Proeftijd (h)Integrale toestand (kW)met trackingzonder tracking
Dit aparte PID-rekenproefje gebruikt Kp=100, Ki=0,5 en trackingtijd 120 s. Het vergelijkt dezelfde opgelegde meetfout en actuatoruitval; het is geen extra temperatuurregelaar in Habitat.
  1. a
    Verklaar I na 2 h met/zonder tracking en de eerste actuatoractie bij herstel.
  2. b
    Waarom moet de gewone Habitat-PID de geïntegreerde warmteflux terugkrijgen en niet alleen de clamp?
49.13

Sensorfouten met tegenvoorbeelden

Toepassen7Labo55 min
Gebruik MeetPoort en de D-01-contracttests met dictionaries; er is geen hardware nodig.
  1. a
    Reproduceer ontbreekt, 91 s leeftijd, NaN, ongeldige modelwaarde, +3 °C bias en 12 vlakke metingen. Geef alle redenen.
  2. b
    Construeer de gedeelde-biastegenproef. Waarom sluit een geslaagde innovatiecontrole het nauwkeurigheidsbewijs niet?
49.14

Stop, loslaten en power-return

Toepassen7Analyseren45 min
Bekijk stop_herstel.csv rond dinsdag 01:00–01:13 en de losse resetreeks.
25,0025,0525,1025,1525,2025,2525,300,00,20,40,60,81,01,2Tijd vanaf maandag 00:00 (h)Logische toestand (0/1)vrijgegevengevaarlijke tak aan
Reset om 01:12 geeft alleen bevoegdheid terug; het nog uitstaande uit-verzoek houdt de tak uit. Pas het nieuwe verzoek om 01:13 kan weer activeren. De aparte ventilatietak blijft in deze proef gevoed.
  1. a
    Maak een tijdlijn van stop, loslaten, kringvoeding weg/terug, reset en nieuw verzoek. Welke tak blijft gevoed?
  2. b
    Geef twee resetweigeringen en verklaar waarom een vastgehouden knop niet volstaat.
49.15

De vlotter stopt de pomp maar niet het lek

Toepassen7Rekenen45 min
Waterlek start NFT 31 L, onderweg 3,9 L en lek 2 L/min. Opname plus verdamping is 4,3 L/d.
0244872961201441680102030405060Tijd vanaf maandag 00:00 (h)Waterinventaris (L)NFT-inventaris
De inventaris bevat tank plus water onderweg. De onafhankelijke vlotter ziet alleen het tankpeil; het drinkwater en gezuiverd elektrolysewater staan in andere balansen.
  1. a
    Bereken tankpeil tijdens pompen en tijd tot 24 L bij de eerste lopende pomp. Vergelijk de analytische grens met het eventbestand.
  2. b
    Waarom zijn lage eindvoorraad en groot recirculatietekort na de stop geen fout van de vlotter?
49.16

Een waterstofsaldo met alle deelposten

Toepassen7Rekenen45 min
Gebruik de normale JSON en de lege-proceswaterproef.
  1. a
    Bereken H₂-productie, minimumwater, compressie en chemisch opgeslagen energie. Sluit de inputenergie.
  2. b
    Verklaar de massa-eindstand en waarom celretourwater geen drinkvoorraad is. Wat doet h2_water_leeg?
49.17

Forecast zonder tijdlek

Toepassen7Programmeren55 min
Controleer features, train/val/test en baseline in voorspellers.
714212835024681012Chronologische testdag (nummer)Dagvraag referentiedataset (kWh)later gerealiseerdlaatste complete dagprognosemodel
De realisaties dienen achteraf voor scoring; de modelinvoer bevat alleen eerder beschikbare weersprognoses. Deze synthetische referentievraag is een apart datamodel en geen gemeten of gedispatchte stationsvraag.
  1. a
    Geef alle datumgrenzen en noem welke kolommen wel/niet in de fit mogen staan. Waarom is 07-03 om 20:00 geen fit-lek?
  2. b
    Vergelijk de 35 testdagen en verklaar wat de vraag-/PV-RMSE en weer-RMSE elk meten.
49.18

S1, S2 en een korter batterijleven

Toepassen7Rekenen45 min
De screeninggrens is station plus één module over [0,20) jaar; B=12, I=500.
81012141675080085090095010001050Stationcapaciteit B (kWh, scenario)Screeningimpact (kg CO₂-eq/jaar)200 kWh jaarimport500 kWh jaarimport1000 kWh jaarimport
Batterijlevensduur hier 10 jaar; de download berekent ook 8 jaar. Alle lijnen behouden dezelfde geplande dienst en screeningfactoren. De weekrun rechtvaardigt geen jaarimport en geen daadwerkelijk jaarrond geleverde dienst.
  1. a
    Herleid 873,68 kg/jaar vanaf S1 en bereken het geval leven 8 jaar.
  2. b
    Geef drie boekhoudfouten die de vergelijking ongeldig maken.
Uitdagen

Uitdagen

transfer, open problemen, leerlijnen combineren
49.19

Een compleet eisen- en acceptatiedossier

Uitdagen9Habitat100 min
Je team moet S2 als onderwijsontwerp reviewbaar opleveren. Gebruik alle 26 eis-IDs uit de gids.
Ook te downloadentraceermatrix_e49.csvAlle 26 eis-IDs met de volledige traceervelden. · 27 regels
  1. a
    Maak een traceermatrix met eis, rationale, eigenaar, architectuur/interface, testcase, bewijsbestand, criterium en besluit.
  2. b
    Werk minimaal vijf verschillende uitkomsten volledig uit: numeriek geslaagd, logisch geslaagd, dienst niet gehaald, fysiek open en claim afgewezen.
Zo wordt dit beoordeeld
dekkingAlle eis-IDs traceerbaar.
bewijsCriterium en echt resultaat passen bij elkaar.
besluitNegatieve/open functies hebben expliciet gevolg.
49.20

Een reproduceerbare oplevering in een schone map

Uitdagen9Maken100 min
Een reviewer krijgt alleen je downloadbestanden en geen cursusrepository.
  1. a
    Reproduceer de volledige run en inventariseer bron-, invoer-, uitvoer- en gebeurtenisbestanden. Geef een controleprotocol voor identieke resultaten.
  2. b
    Beschrijf de API-/CLIgrens, JSON-onthouding en tijd/eenheden zodat een andere leerling niets hoeft te raden.
Zo wordt dit beoordeeld
zelfstandigGeen verborgen imports/invoer.
reproductieAlle bestanden/waarden vergelijkbaar.
contractEenheden, tijd en onthouding helder.
49.21

De niet-gehaalde modulecomforteis onderzoeken

Uitdagen9Onderzoeken100 min
Normaal mist de module0,5 h minimumcomfort; energie is nog beschikbaar. Je mag een nieuwe regelvariant ontwerpen maar de800 W-convectorgrens niet verhogen.
  1. a
    Maak een diagnoseplan dat energie, transport, buffertemperatuur, sensorvertraging en PID uit elkaar houdt.
  2. b
    Geef een volledig wijzigings- en acceptatieplan met een verdedigbaar voorbeeldalternatief. Welke conclusie mag je nu al geven?
Zo wordt dit beoordeeld
diagnoseOorzaak toetsen met samenhangende signalen.
variantAlle oorspronkelijke grenzen behouden.
eerlijkheidGeen onuitgevoerde variant als bewezen melden.
49.22

Een lokale eigenaar en netwerkproef ontwerpen

Uitdagen9Ontwerpen110 min
De dictionaries moeten later via een echte broker naar lokale owners. De opstelling is nog niet gekozen.
  1. a
    Ontwerp topics/schema/autorisatie, ACK en gedrag voor TTL/replay/bronboot/eigenaarboot/klokverlies.
  2. b
    Geef een concreet fault-injectionplan en acceptatie zonder afhankelijkheid van een werkende Pi.
Zo wordt dit beoordeeld
contractIdentiteit/tijd/bevoegdheid consistent.
testNegatieve/herstartgevallen concreet.
bewijsgrensNetwerkbewijs wordt geen hardwarecertificaat.
49.23

FMEA en een gemeenschappelijke oorzaak

Uitdagen9Analyseren90 min
Een team verklaart twee meetketens onafhankelijk omdat ze verschillende datavelden hebben.
  1. a
    Werk drie FMEA-rijen uit voor meetbias, voedingsverlies en vast contactorcontact; koppel aan de getoonde proeven en hun open gaten.
  2. b
    Teken een foutboom voor verlies van leefdienst met minimaal één gemeenschappelijke oorzaak. Waarom is een product van twee foutkansen niet automatisch geldig?
49.24

Jaarautonomie en LCA verantwoord vergelijken

Uitdagen9Onderzoeken100 min
Een voorstel vergroot B van 12 naar 16 kWh en claimt minder jaarimport. Er is alleen deze winterweek.
81012141675080085090095010001050Stationcapaciteit B (kWh, scenario)Screeningimpact (kg CO₂-eq/jaar)200 kWh jaarimport500 kWh jaarimport1000 kWh jaarimport
Batterijlevensduur hier 10 jaar; de download berekent ook 8 jaar. Alle lijnen behouden dezelfde geplande dienst en screeningfactoren. De weekrun rechtvaardigt geen jaarimport en geen daadwerkelijk jaarrond geleverde dienst.
  1. a
    Bereken het impactverschil bij gelijke levensduur van 10 jaar en gelijke I=500; bereken welke importreductie dat klimaatverschil zou compenseren.
  2. b
    Ontwerp het ontbrekende jaaronderzoek met gelijke functionele dienst, veroudering en bewijsgrens.
49.25

Biologische en medische restfuncties beoordelen

Uitdagen9Argumenteren90 min
De voorzitter wil NFT, een algenmodel, PCR en een polssensor samen als volledig levensondersteunend systeem tonen.
  1. a
    Werk per functie een acceptatie-/restonderzoekrij uit met concrete beperkende cijfers of testgrens.
  2. b
    Formuleer een verdedigbare demonstratietekst voor publiek en een weigering van één onbewezen claim.
49.26

Een onderhouds- en herstelprocedure beproeven

Uitdagen9Ontwerpen90 min
Je hebt een veilige lesadapter met gesimuleerde contactfeedback, vlotter en opslagregister. De echte installatie is nog niet vrijgegeven.
  1. a
    Schrijf een complete stop→onderzoek→bewijs→reset→nieuw verzoekprocedure met twee geweigerde herstelgevallen.
  2. b
    Koppel procedure en proefinterval aan FMEA zonder een certificaat of veilige-aanrakingsgrens te verzinnen.
49.27

Eindrapport en verdediging met een tegenvraag

Uitdagen9Habitat120 min
Lever het volledige S2-ontwerp op; de reviewer vraagt onverwacht waarom groene saldi niet genoeg zijn.
  1. a
    Schrijf een eindrapportstructuur en werk de besluitparagraaf volledig uit met minimaal drie niet-gehaalde/open eisen.
  2. b
    Bereken de rubric bij niveaus 4/3/3/2/4 in de vijf gewogen criteria. Bereid drie reviewer-vragen met antwoord/bewijs voor.
Zo wordt dit beoordeeld
rapportVolledige route en traceerbaar besluit.
verdedigingEigen redenering met live bewijs.
kwaliteitOpen grenzen blijven zichtbaar ondanks score.
ZelfevaluatieKleur per doel: lukt al / bijna / nog niet