وبلاگ

جهت بررسی متغیر های دما و انرژی و بررسی تاثیر این مقادیر بر یکدیگر نمودار های مختلفی در سیستم نرم افزاری ایجاد و پارامترهایی که در هرنمودار منحنی آنها قابل مشاهده است تعیین می گردد. در آزمایش نخست مربوط مربوط به این تحقیق پارامترهای زیر توسط نرم افزار SCADA پایش و نمودار آن جهت تحلیل های بعدی رسم می گردد .
پارامترهای دما SP,AT,MT,UBT, ENT بر حسب درجه سانتی گراد
پارامتر مربوط به توان مصرفی لحظه ای POWER بر حسب وات
انرژی مصرف کل ENERGY بر اساس kWh کیلووات ساعت
چون طول سیکل گرمایشی ۶ ساعت می باشد محدوده رسم نمودار ۸ ساعت در نظر گرفته می شود تا کل نمودار مورد نیاز را در بر گیرد . اضافه کردن نمودار ها در نرم افزار SCADA مطابق با شکل انجام می شود .
شکل ۴-۱۱- اضافه کردن نمودار ها در نرم افزار SpecView
۴-۵-۲-بررسی و تحلیل نمودار های مرتبط با مصرف انرژی در آزمایش اول
بعد از START پروگرامر فرایند حرارتی بر اساس الگوریتم کنترلی تعریف شده در نرم افزار انجام و نمودارهای تعریف شده توسط نرم افزار رسم گردید. نمودار پارامترهای مرتبط با دما مطابق شکل ۴-۱۲- می باشد .
شکل ۴-۱۲- نمودار پارامترهای دما بر حسب زمان درآزمایش اول
همانطور که در نمودار مشاهده می شود منحنی AT نسبت به SETPOINT دارای نوسان زیادی است .علت این نوسان شدید اعمال حداکثر توان در هر سیکل گرمایشی است با توجه به اینکه مدت زمانی به طول می انجامد که ترموکوپل تغییر دما راحس کند و سیستم کنترل با توجه به این دما خروجی را قطع یا وصل نماید بنابراین اعمال حداکثر توان به سیستم و مدت زمانی که طول می کشد تا این اعمال توان اثر خود را را نشان دهد باعث نوسان شدید در منحنی AT می شود در هنگام پایین آمدن دما تا روشن شدن مجدد نیز همین اتفاق اتفاق رخ می دهد .

نمودار شکل مربوط به پارامترهای مرتبط با مصرف انرژی است که مقدار توان مصرفی لحظه ای و مقدار کل توان را نمایش می دهد .
شکل ۴-۱۳- نمودار مربوط به پارامتر های مصرف انرژی در آزمایش اول
رنگ قهوه ای مقدار توان لحظه ای و رنگ نارنجی مقدار انرژی مصرفی را نمایش می دهد .مطابق نمودار انرژی مصرفی کل در این فرایند معادل ۹/۳ کیلوات ساعت می باشد و مقدار اوج بار مصرفی برابر با ۵۱۰۰ وات می باشد. منحنی توان دارای نوسانات بسیار شدیدی است .با توجه به اینکه حداکثر توان کوره معادل ۵۱۰۰ وات می باشد بنابراین در طول ۶ ساعت امکان اعمال انرژی حرارتی به میزان ۶۰۰/۳۰ =۵۱۰۰x6 کیلووات ساعت به فرایند گرمایشی وجود دارد در حالیکه کل انرژی مصرف شده در این آزمایش ۹/۳ کیلوات یا ۱۳ درصد انرژی کل می باشد است .بنابراین مشخص می شود که لزومی نداشته که در طول فرایند حداکثر توان گرمایشی به سیستم اعمال گردد و می توان اوج بار سیستم را کاهش داد .در صنایع کم کردن اوج بار مصرفی مرتبط با فرایند های حرارتی علاوه بر کاهش هزینه های مستقیم باعث پرهیز از کارکرد تجهیزات در حداکثر ظرفیت و کاهش استهلاک در آنها می گردد.
نمودار شکل بعد نمودار پارامترهای دما و انرژی به صورت توام می باشد. طبق نمودار مشخص است که مدتی بعد از اعمال توان گرمایشی به کوره با یک نوسان شدید در دما مواجه هستیم و مقدار AT ازSP بیشتر می شود اگر منحنی انرزی و منحنی گرمایشی را مقایسه کنیم مشخص می گردد که روند رشد نمودار انرژی با توجه به مرحله منحنی گرمایش تغییر می کند .به طور مثال در هنگام بالا رفتن SP مقدار مصرف انرژی بیشتر و در هنگام نگهداری در دمای مشخص مقدار مصرف انرژی کمتر می شود.
شکل ۴-۱۴- بررسی نمودار مربوط به پارامترهای دما و پارامترهای مصرف انرژی به صورت توام
با توجه به اینکه یکی از اهداف ما در مدیریت مصرف انرژی کاهش اوج بار می باشد با توجه به انرژی مصرف شده درهر مرحله می توانیم یک حد نهایی برای اوج بار تعریف کنیم .برای تعریف این حد نهایی در ابتدا فرض می شود که در هر مرحله حداکثر توان مورد نیاز از ۵/۱ برابر مبانگین توان تجاوز ننماید .Pmax=1.5*Pave بر مبنای این پیش بینی برای هر مرحله از سیکل گرمایشی یک حد نهایی تعریف می کنیم واین حدود را در الگوریتم کنترلی نرم افزار SCADA وارد می کنیم و فرایند را در آزمایش شماره ۲ تکرار می نماییم .
۴-۶-آزمایش دوم بررسی روند مصرف انرژی در روش کنترل ON/OFF با اعمال محدودیت در اوج بار مصرفی
۴-۶-۱-اصلاح برنامه نرم افزاری جهت انجام آزمایش دوم
یکی از اصول مدیریت مصرف انرژی پایش و اصلاح مستمر فرایند جهت رسیدن به هدف مورد نظر می باشد با توجه به نتایج بدست آمده از آزمایش اول و مقدار انرژی مصرف شده درهر مرحله می توانیم یک حد نهایی برای اوج بار تعریف کنیم .برای تعریف این حد نهایی در ابتدا فرض می شود که در هر مرحله حداکثر توان مورد نیاز از ۵/۱ برابر مبانگین توان تجاوز ننماید Pmax=1.5*Pave بر مبنای این پیش بینی برای هر مرحله از سیکل گرمایشی یک حد نهایی تعریف می کنیم واین حدود را در الگوریتم کنترلی نرم افزار SCADA وارد می کنیم و فرایند را در آزمایش شماره ۲ تکرار می نماییم .
جدول ۴-۶-تعیین مقدار اوج بار در هر مرحله
با محاسبه حد نهایی توان برای هر مرحله Segment الگوریتم کنترل در نرم افزار SCADA به صورت زیر تغییر می کند :
ON Situation:
IF ER>2 THEN DAC=P max.seg
OFF Situation :
IF ER=0 OR ER<0 THEN DAC=2048 (4-7)
Pmax.seg مقدار حد نهایی مجاز برای توان در هر segment می باشد که در جدول ۴-۴ آمده است .
بعد از اعمال حدود نهایی توان در نرم افزار مجددا سیکل گرمایشی تکرار می گردد .
۴-۶-۲-بررسی و تحلیل نمودار های مرتبط با مصرف انرژی در آزمایش دوم
بعدازاعمال تغییرات مجددا سیکل آزمایشی در مرحله دوم تکرار می گردد.منحنی پارامترهای دما مطابق با شکل۴-۱۵ می باشد.
شکل ۴-۱۵ نمودار پارامترهای دما بر حسب زمان در فرایند آزمایشی ON/OFF با حدود توان کنترل شده
همانطور که در نمودار دما مشخص است با اعمال محدودیت توان در هر مرحله مقدار نوسان دمای AT از SETPOINT تا حد بسیاری نسبت به آزمایش اول کاهش پیدا کرده و دقت کنترل دما بسیار بیشتر شده است و نوسان دما از مقدار تعیین شده بسیار کمتر شده است بنابراین اعمال محدودیت برای اوج بار مصرفی در بهبود عملکرد فرایند تاثیر بسیاری داشته است .
نمودار بعدی (شکل ۴-۱۷-) نمودار پارامترهای انرژی می باشد . همانظور که در شکل مشاهده می شود با اعمال محدودیت توان در هر Segment مقدار انرژی کل مصرفی برای انجام سیکل حرارتی از مقدار ۹/۳ کیلووات ساعت در آزمایش اول به ۷/۳ کیلووات ساعت در آزمایش دوم کاهش پیدا کرد ه است و با انجام اصلاح در سیستم نرم افزاری به میزان ۲/۰ کیلوات در مصرف انرژی صرفه جویی شده است که معادل ۵ درصد صرفه جویی در مصرف انرژی می باشد و مقدار اوج بار مصرفی از ۵۱۰۰ وات به ۱۵۰۰ وات کاهش پیدا کرد ه است که این کاهش معادل ۷۰ درصد می باشد .
شکل ۴-۱۶- نمودار پارامترهای مصرف انرژی بر حسب زمان در فرایند آزمایشی ON/OFF بعداز اعمال محدودیت توان
در شکل ۴-۱۷نمودار مربوط به پارامترهای دما و انرژی به صورت توام آورده شده است .  شکل ۴-۱۷- نمودار مربوط به پارامترهای دما و پارامترهای مصرف انرژی به صورت توام
منحنی ها این موضوع را تایید می نماید که با اعمال محدودیت توان مقدار نوسان ازSP تا حد بسیاری کاهش یافته است و مقدار نوسان دمای قطعه داخل کوره هم تا حدود بسیاری کاهش پیدا کرد ه است.علاوه بر کاهش مصرف انرژی و کاهش اوج بار اعمال محدودیت در مقدار توان باعث بالابردن عمر قطعات مانند المنت ها ی حرارتی –جداره عایق وسیستم کنترل توان می گردد کارکرد المنت ها و سیستم کنترل توان در حداکثر ظرفیت ، افزایش هزینه های ناشی از تعمیرات و نگهداری را به دنبال دارد.
۴-۷-آزمایش سوم : بررسی روند مصرف انرژی در روش کنترل PID
با توجه به اینکه یکی از اصول فرایند مدیریت مصرف انرژی استفاده از تمامی فرصت ها برای کاهش مصرف انرژی می باشد جهت بهبود عملکرد سیستم روش کنترل بر مبنای الگوریتم PID در نرم افزار پیاد ه سازی گردید.
۴-۷-۱-طراحی نرم افزار جهت انجام آزمایش سوم –روش کنترلی PID
الگوریتم PID برا اساس مقدار خطا ER و تغییرات آن در واحد زمان میزان افزایش یا کاهش مقدار خروجی توان در واحد زمان را محاسبه کرده و ودر خروجی سیستم اعمال می گردد البته در این الگوریم رنج تغییرات خروجی بین ۰ تا ۱۰۰ محدود می گردد.
رابطه بین مقدار خروجی و ضرایب PID بر اساس رابطه زیر است [۴۳] .
(۴-۸)
Kp یا Gain برابر است با ۱۰۰/P که P همان Proportional Band می باشد.
ki معادلkp/I می باشد که I همان Integral Time بر حسب ثانیه می باشد که عمل انتگرال گیری از میزان خطای eدر این بازه زمانی انجام می شود. t زمان بر حسب ثانیه است
kd برابر باkpXD است که D همان Derivative Time می باشد که در صورت تغییرات خطا er در واحد زمان بر خروجی سیستم تاثیر گذار است با توجه به اینکه بازه زمانی برای نمونه برداری ۱ ثانیه است و محاسبه خطا و تغییرات آن در هر یک ثانیه اتفاق می افتد جهت پیاده سازی این الگوریتم در نرم افزار رابطه بالا به صورت رابطه زیر تبدیل می گردد[۴۳] .
(۴-۹)
CO(k) مقدار خروجی در زمان فعلی است .
CO(K-1) برابر با مقدار خروجی در یک ثانیه قبل است .
e (k) مقدار خطا در زمان فعلی است
e(k-1) مقدار خطا در یک ثانیه قبل است .