4.5 Κϊδικασ STEP-7 και εντόσ γραμμισ λειτουργία..72 Κεφάλαιο ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ NEYROSYSTEMS V Ειςαγωγι Βαςικζσ ζννοιεσ ΤΝΔ..

Transcript

1

2

3

4 Περιεχόμενα ΡΟΛΟΓΟΣ... 1 ΕΙΣΑΓΩΓΘ... 2 Κεφάλαιο ΣΥΣΤΘΜΑΤΑ ΕΡΕΞΕΓΑΣΙΑΣ ΑΣΤΙΚΩΝ ΛΥΜΑΤΩΝ Ειςαγωγι Ροιοτικά χαρακτθριςτικά των λυμάτων Στάδια επεξεργαςίασ αςτικϊν λυμάτων Σφςτθμα αερόβιασ επεξεργαςίασ αςτικϊν λυμάτων Αςαφισ ζλεγχοσ Κεφάλαιο ΕΞΟΡΛΙΣΜΟΣ ΡΕΙΑΜΑΤΙΚΘΣ ΔΙΑΤΑΞΘΣ Ειςαγωγι Ρεριγραφι παλιάσ πειραματικισ διάταξθσ Ρροςωπικόσ υπολογιςτισ (PC) PLC Εξομοίωςθ και ταμπλό ςθμάτων ειςόδων-εξόδων Αναλογικζσ κάρτεσ ειςόδων-εξόδων Κεφάλαιο ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ FUZZY CONTROL ++ V Ειςαγωγι Βαςικζσ ζννοιεσ Αςαφοφσ Λογικισ και Ελζγχου Λογιςμικό FUZZY CONTROL++ V Κεφάλαιο ΕΜΡΕΙΟΣ-ΑΣΑΦΘΣ ΕΛΕΓΚΤΘΣ ΑΕΟΒΙΟΥ ΒΙΟΛΟΓΙΚΟΥ ΑΝΤΙΔΑΣΤΘΑ ΕΡΕΞΕΓΑΣΙΑΣ ΑΣΤΙΚΩΝ ΛΥΜΑΤΩΝ Ειςαγωγι Κακοριςμόσ του υπό ζλεγχο ςυςτιματοσ Αςαφοποίθςθ των δεδομζνων του ςυςτιματοσ Ειςαγωγι ζμπειρων κανόνων..70

5 4.5 Κϊδικασ STEP-7 και εντόσ γραμμισ λειτουργία..72 Κεφάλαιο ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ NEYROSYSTEMS V Ειςαγωγι Βαςικζσ ζννοιεσ ΤΝΔ Λογιςμικό NEYROSYSTEMS V Κεφάλαιο ΑΝΑΡΤΘΞΘ ΝΕΥΩΝΙΚΟΥ ΕΛΕΓΚΤΘ Ειςαγωγι Ανάπτυξθ νευρωνικοφ ελεγκτι.94 ΒΙΒΛΙΟΓΑΦΙΑ.111

6 Πρόλογοσ ΠΡΟΛΟΓΟ Το παρόν τεφχοσ αποτελεί μια διπλωματικι εργαςία που αναπτφχκθκε ςτο Εργαςτιριο Γενικισ Θλεκτροτεχνίασ του Τομζα Συςτθμάτων και Αυτόματου Ελζγχου. Θ εκπόνθςθ τθσ εργαςίασ ξεκίνθςε τον Οκτϊβριο του 2008 και ολοκλθρϊκθκε τον Νοζμβριο του Επιβλζπων τθσ εργαςίασ ιταν ο αναπλθρωτισ κακθγθτισ κ. Σταμάτθσ Μάνεςθσ. Θα ικελα να ευχαριςτιςω κερμά τον κ. Μάνεςθ ο οποίοσ, μζςω αυτισ τθσ εργαςίασ, μου ζδωςε τθν ευκαιρία να λειτουργιςω και να ςκζφτομαι ωσ Μθχανικόσ. Μζςω τθσ εργαςίασ αυτισ κατάλαβα ότι θ απόςταςθ τθσ πράξθσ με τθν κεωρία είναι αρκετά μεγάλθ και πωσ άξιηε θ επιλογι διπλωματικισ εργαςίασ ςε εργαςτθριακό περιβάλλον. 1

7 Ειςαγωγι ΕΙΑΓΩΓΗ Θ περίοδοσ ανάπτυξθσ του Αυτόματου Ελζγχου εντοπίηεται ςτισ αρχζσ τθσ δεκαετίασ του 60 οπότε αρχίηει θ νζα εποχι του Σφγχρονου Ελζγχου. Θ ςφγχρονθ κεωρία ςυςτθμάτων ζλεγχου που βαςίηεται ςτισ τεχνικζσ του βζλτιςτου ελζγχου, του προςαρμοηόμενου ελζγχου και τθσ προςομοίωςθσ ζχει εφαρμοςτεί με μεγάλθ επιτυχία για τον ζλεγχο διαςτθμικϊν οχθμάτων και είναι δεδομζνο ότι τα επιτεφγματα ςτο διάςτθμα κα ιταν αδφνατα χωρίσ τθν εφαρμογι αυτισ τθσ ςφγχρονθσ κεωρίασ. Εκτόσ από ελάχιςτεσ περιπτϊςεισ όμωσ, θ ίδια επιτυχία δεν ζχει ςθμειωκεί για τον ζλεγχο βιομθχανικϊν διεργαςιϊν μεγάλθσ κλίμακασ. Ραρά τισ προςπάκειεσ που ζχουν γίνει τα τελευταία 30 χρόνια, λίγεσ είναι οι πρακτικζσ ςφγχρονθσ κεωρίασ ελζγχου, με αποτζλεςμα οι βιομθχανικζσ διεργαςίεσ ακόμθ και ςιμερα να ρυκμίηονται από ανκρϊπουσ-χειριςτζσ. Οι λόγοι για αυτιν τθν διάςταςθ μεταξφ τθσ κεωρίασ και τθσ πράξθσ οφείλονται ςτθν μεγάλθ πολυπλοκότθτα των περιςςότερων βιομθχανικϊν διεργαςιϊν. Βαςικι προχπόκεςθ για τθν εφαρμογι τθσ ςφγχρονθσ κεωρίασ ελζγχου είναι θ φπαρξθ πλιρων και ακριβϊν πρότυπων των υπό ζλεγχο φυςικϊν διεργαςιϊν. Με ελάχιςτεσ εξαιρζςεισ, αυτι θ προχπόκεςθ δεν ικανοποιείται ςτθν πράξθ λόγω τθσ αςάφειασ του περιβάλλοντοσ τουσ. Αναπόφευκτα, επομζνωσ, πρζπει να γίνουν προςεγγίςεισ για να εφαρμοςτεί θ ςφγχρονθ κεωρία. Τότε μόνο ( κατά προςζγγιςθ) μπορεί να ελεγχκεί θ απλουςτευμζνθ διεργαςία και με αποτελζςματα που ςπανίωσ είναι απόλυτα ικανοποιθτικά. Αυτι λοιπόν θ ανυπαρξία ενόσ μεγάλθσ ακρίβειασ προτφπου τθσ διεργαςίασ ι θ φπαρξθ ενόσ ςφνκετου και μθ γραμμικοφ προτφπου και δεδομζνου ότι ο ζλεγχοσ επιτυγχάνεται από τουσ ανκρϊπουσ-χειριςτζσ τθσ υπό ζλεγχο διεργαςίασ, οδιγθςε τισ δφο τελευταίεσ δεκαετίεσ ςε μια ζρευνα για τθν κατανόθςθ και αναπαραγωγι τθσ ανκρϊπινθσ ευφυΐασ κακϊσ και τθν ανάπτυξθ ευφυϊν αλγορίκμων που είναι εφαρμόςιμοι ςε ςυςτιματα ζλεγχου. Θ πολυπλοκότθτα των αλγόρικμων αυτϊν δεν μπορεί να αντιμετωπιςκεί με τισ κλαςικζσ ςφγχρονεσ τεχνικζσ ελζγχου. Συνεπϊσ αναφερόμαςτε ςτθν ανάπτυξθ των Ευφυϊν Ελεγκτϊν 2

8 Ειςαγωγι και κατϋ επζκταςθ ςτθν ανάπτυξθ μιασ τεχνικισ ελζγχου που ονομάςτθκε Ευφυισ Ζλεγχοσ. Το πρόβλθμα όμωσ τθσ ανάπτυξθσ ενόσ ευφυι ελεγκτι εντοπίηεται ςτο πωσ κα αποκτθκεί θ γνϊςθ του ανκρϊπου-χειριςτι ϊςτε κάποιοσ μθχανιςμόσ να τθν αναπαράγει ςωςτά. Τρεισ βαςικζσ τεχνικζσ ζχουν επικρατιςει και είναι τα Ζμπειρα Συςτιματα, θ Αςαφισ Λογικι (Fuzzy Logic) και τα Νευρωνικά Δίκτυα (Neural Networks). Τα τελευταία είναι το αντικείμενο τθσ εργαςίασ αυτισ. Ζχουν περάςει πάνω από 30 χρόνια από τθν διατφπωςθ τθσ Αςαφοφσ Λογικισ από τον κακθγθτι Zadeh του πανεπιςτθμίου τθσ California ςτο Berkeley. Θ Αςαφισ Λογικι αποτζλεςε ζναν από τουσ κεωρθτικοφσ φορείσ για τθν υλοποίθςθ μιασ μεγάλθσ κατθγόριασ Ευφυϊϊν Συςτθμάτων ελζγχου. Θ κεωρία τθσ αςαφοφσ λογικισ βαςίηεται ςτθν προχπόκεςθ ότι ο περιβάλλον χϊροσ απαρτίηεται από ςτοιχεία που ανικουν ςε διάφορα ςφνολα με διαφορετικοφσ βακμοφσ ςυμμετοχισ. Θ αςάφεια δθμιουργεί μια πλειότιμθ ζννοια ςτο χϊρο τθσ αβεβαιότθτασ. Ραραδείγματα είναι θ αλικεια, το ψεφδοσ και οι ενδιάμεςεσ ζννοιεσ. Ρολλζσ βιομθχανικζσ διεργαςίεσ μποροφν και ελζγχονται ικανοποιθτικά από ζναν άνκρωπο-χειριςτι χωρίσ προςφυγι ςε μακθματικά πρότυπα, αλγορίκμουσ και βακιά αντίλθψθ των ενδότερων φυςικϊν διεργαςιϊν. Ο άνκρωποσ-χειριςτισ ζχει τθν ικανότθτα να παρζχει ποςοτικζσ αποφάςεισ και δράςεισ από ποιοτικζσ πλθροφορίεσ, με αποτζλεςμα τθν ικανοποιθτικι και αποδεκτι ςυμπεριφορά τθσ διεργαςίασ. Θ κυρίαρχοσ φράςθ εδϊ είναι θ αποδεκτι ςυμπεριφορά διότι κάτω από αντίξοεσ ςυνκικεσ προφανϊσ είναι αδφνατο να μιλάμε για βζλτιςτεσ λφςεισ. Ο Ηadeh παρατιρθςε ότι για πολλζσ ςφνκετεσ διαδικαςίεσ, υψθλά επίπεδα ακρίβειασ δεν είναι εφικτά οφτε καν αναγκαία για τον αποτελεςματικό τουσ ζλεγχο. Για να ξεπεραςτεί θ ανάγκθ για ακριβι χαρακτθριςμό, ο Zadeh ειςιγαγε τον λογιςμό τθσ Αςαφοφσ Λογικισ. Θ Αςαφισ Λογικι ςτοχεφει να αναπαράγει τον αςαφι ςυμπεραςμό για αβζβαιεσ και ςφνκετεσ διαδικαςίεσ κακϊσ και να παράςχει ζνα μζςο για τθν παράςταςθ τθσ ζννοιασ των αςαφϊν γλωςςικϊν προτάςεων ςε μία φυςικι γλωςςικι δομι. Θ Αςαφισ Λογικι είναι ζνα ιδανικό όχθμα για τθν περιγραφι και ανάλυςθ προςεγγιςτικϊν μορφϊν όπου το αλθκζσ είναι κζμα βακμοφ ςυμμετοχισ. 3

9 Ειςαγωγι Τα νευρωνικά δίκτυα από τθν άλλθ, αναπτφχκθκαν αρχικά από βιολόγουσ με τθν ελπίδα να μπορζςουν να εξομοιϊςουν τα φυςικά νευρωνικά ςυςτιματα. Ο όροσ «νευρϊνασ» χρθςιμοποιείται από τθ βιολογία και τθν ιατρικι για να αναπαραςτιςει το νευρωνικό κφτταρο. Μακθματικοί, μθχανικοί, και τεχνικοί υιοκζτθςαν αυτό το μοντζλο ςε διαδικαςίεσ προϊκθςθσ πλθροφοριϊν ςε υπολογιςτικζσ μθχανζσ. Τα «τεχνθτά νευρωνικά δίκτυα» (ΤΝΔ) αναπαριςτοφν αρκετά ικανοποιθτικά τα νευρωνικά δίκτυα που ςυναντάμε ςε κατϊτερουσ ηωντανοφσ οργανιςμοφσ. Το μεγάλο πλεονζκτθμα των νευρωνικϊν δικτφων είναι θ ικανότθτα τουσ «να μακαίνουν». Θ καταγωγι των νευρωνικϊν δικτφων βρίςκεται ςτισ αρχζσ τθσ δεκαετίασ του 40. Το 1943 ο W.S.McCulloch και ο W.Pitts ανζπτυξαν ζνα μοντζλο ( MP neuron ) που εξομοίωνε τθν λειτουργία ενόσ ανκρϊπινου νευρωνικοφ κυττάρου. Ο D.O.Hebb ανζπτυξε τισ πρϊτεσ μεκόδουσ εκμάκθςθσ το 1949 και πρότεινε ότι θ μάκθςθ ςε βιολογικά νευρωνικά δίκτυα είναι αποτζλεςμα ςχθματιςμοφ πολλϊν ομάδων νευρϊνων και βαςίηεται ςτθν ιςχφ των ςυνάψεων των νευρϊνων οι οποίοι ενεργοποιοφνται ςυγχρόνωσ ( Hebbian learning law ). Νευρωνικά δίκτυα ικανά για εκμάκθςθ δθμιουργικθκαν ςε αυτι τθ βάςθ το 1955 και οι πρϊτεσ εφαρμογζσ ςε υπολογιςτι ζγιναν από τουσ P.J.Werbos (1984) και D.E.Rumelhart (1986) οι οποίοι ανζπτυξαν τον αλγόρικμο τθσ προσ τα πίςω αναπαραγωγισ, ο οποίοσ αφορά τθν εκμάκθςθ και είναι αυτόσ που εφαρμόηεται ςυχνότερα και είναι ο πλζον διαδεδομζνοσ. Θ πρόοδοσ των ολοκλθρωμζνων κυκλωμάτων μεγάλθσ κλίμακασ (VLSI) και των παράλλθλων υπολογιςτϊν είχαν ωσ αποτζλεςμα τθν εντυπωςιακι ερευνθτικι άνκιςθ του ενδιαφζροντοσ ςτο χϊρο των ΤΝΔ. Θ εξζλιξθ ςτθ ςυνζχεια ιταν ραγδαία και ςιμερα τα ΤΝΔ αποτελοφν ςθμαντικό πεδίο βαςικισ και εφαρμοςμζνθσ ζρευνασ. Ππωσ αναφζραμε οι λόγοι που οδιγθςαν ςτθν ανάπτυξθ ευφυϊν ελεγκτϊν ιταν θ ζλλειψθ ενόσ αναλυτικοφ μοντζλου τθσ διεργαςίασ για τθ δυναμικι ςυμπεριφορά του υπό ζλεγχο ςυςτιματοσ ι ακόμθ και θ φπαρξθ ενόσ μθ γραμμικοφ πολυςφνκετου μακθματικοφ μοντζλου τθσ διεργαςίασ. Τζτοιεσ διεργαςίεσ είναι οι χθμικζσ και βιολογικζσ. Στθν μεν πρϊτθ κατθγορία ανικουν οι χθμικζσ βιομθχανίεσ ενϊ ςτθ δεφτερθ οι διάφορεσ μονάδεσ βιολογικισ 4

10 Ειςαγωγι επεξεργαςίασ κακαριςμοφ είτε αςτικϊν, είτε βιομθχανικϊν, είτε ηωικϊν αποβλιτων όπου ςτισ περιςςότερεσ μονάδεσ ο ζλεγχοσ γινόταν χειροκίνθτα από τουσ χειριςτζσ του ςυςτιματοσ. Ο αςαφισ ζλεγχοσ ζδωςε τθν δυνατότθτα τθσ αυτοματοποίθςθσ τθσ όλθσ διαδικαςίασ ελζγχου και αυτό γιατί, όπωσ είπαμε, ςκοπόσ τθσ αςαφοφσ λογικισ είναι θ αναπαράςταςθ τθσ ανκρϊπινθσ ευφυΐασ. Θ διπλωματικι αυτι, λοιπόν, είναι μια αναβάκμιςθ-ςυνζχεια τθσ διπλωματικισ εργαςίασ «Ζμπειροσ-Αςαφισ Ζλεγχοσ Αερόβιου Βιολογικοφ Αντιδραςτιρα Επεξεργαςίασ Αςτικϊν Λυμάτων» (1996) του Διμου Σαπίδθ, θ οποία είναι μζχρι ςιμερα εργαςτθριακι άςκθςθ ςτο Εργαςτιριο Συςτθμάτων και Αυτομάτου Ελζγχου. Αναβάκμιςθ γιατί αλλάξαμε όλο ςχεδόν τον εξοπλιςμό και το λογιςμικό που αφοροφςε τθν άςκθςθ και ςυνζχεια γιατί αναπτφξαμε ζνα νευρωνικό δίκτυο με βάςθ τον αςαφι ζλεγχο τθσ διαδικαςίασ. Για τθν ανάπτυξθ του αςαφοφσ ελεγκτι χρθςιμοποιιςαμε το λογιςμικό FUZZY CONTROL ++ V6 τθσ SIEMENS και για τθν ανάπτυξθ του νευρωνικοφ δικτφου το λογιςμικό NEYROSYSTEMS V1.0 τθσ SIEMENS. Στο κεφάλαιο 1 γίνεται μια περιλθπτικι αναφορά ςτο κζμα του βιολογικοφ κακαριςμοφ. Στο κεφάλαιο 2 γίνεται αναφορά ςτον εργαςτθριακό εξοπλιςμό και τθν αναβάκμιςθ του. Στο κεφάλαιο 3 γίνεται μια περιλθπτικι αναφορά ςτθν αςαφι λογικι και μια λεπτομερισ ανάλυςθ του λογιςμικοφ FYZZY CONTROL ++ V6.0 ενϊ θ ανάπτυξθ του αςαφοφσ ελεγκτι για το βιολογικό κακαριςμό γίνεται ςτο κεφάλαιο 4. Στο κεφάλαιο 5 γίνεται ανάλυςθ του λογιςμικοφ NEYROSYSTEMES V1.0 ενϊ το κεφάλαιο 6 αναφζρεται ςτθν ανάπτυξθ του νευρωνικοφ δικτφου με χριςθ αυτοφ του λογιςμικοφ. Ρροςπακιςαμε να κάνουμε αυτι τθν εργαςία ζνα απλό εγχειρίδιο για όποιον αποφαςίςει να αςχολθκεί με τον αςαφι ζλεγχο, τα νευρωνικά δίκτυα και τα παραπάνω λογιςμικά. 5

11 Κεφάλαιο 1 Κεφάλαιο 1 ΤΣΗΜΑΣΑ ΕΠΕΞΕΡΓΑΙΑ ΑΣΙΚΩΝ ΛΤΜΑΣΩΝ 1.1 Ειςαγωγή Σθμαντικό ρόλο ςτθν προςταςία του περιβάλλοντοσ ςιμερα, ζχουν οι διαδικαςίεσ-μζκοδοι που αφοροφν τθν επεξεργαςία κακαριςμοφ και διάκεςθσ των αποβλιτων. Tα απόβλθτα διακρίνονται, ανάλογα με τθν προζλευςθ τουσ ςτισ παρακάτω κατθγορίεσ: 1. Aςτικά απόβλθτα, που προζρχονται από οικιακά ςυγκροτιματα, γραφεία, καταςτιματα, ςχολεία, ξενοδοχεία κ.λπ. 2. Απόβλθτα βιομθχανιϊν και βιοτεχνιϊν, που διοχετεφονται ςτο αποχετευτικό ςφςτθμα χωρίσ (ι μετά από μερικι) επεξεργαςία. 3. Επιφανειακά νερά απορροισ, δθλ. τα νερά τθσ βροχισ μαηί με τα προϊόντα ζκπλυςθσ των δρόμων, που καταλιγουν ςτο αποχετευτικό ςφςτθμα. 4. Νερά διικθςθσ- ειςροισ, που δζχεται το αποχετευτικό ςφςτθμα λόγω τθσ μθ απόλυτθσ ςτεγανότθτασ του (αρμοί αγωγϊν, ςθμεία με φκορζσ) και που προζρχονται από τον υδροφόρο ορίηοντα και τα νερά επιφανειακισ απορροισ. 6

12 Κεφάλαιο 1 Σκοπόσ των ςυςτθμάτων επεξεργαςίασ αςτικϊν λυμάτων είναι ο διαχωριςμόσ των αςτικϊν λυμάτων από τα περιεχόμενα ςε αυτά βλαβερά ςυςτατικά και θ επαναφορά του χρθςιμοποιοφμενου νεροφ ςτθ φφςθ ι ςτο κφκλωμα παραγωγισ με αποδεκτά ποιοτικά χαρακτθριςτικά. Σιμερα θ αποτελεςματικι επεξεργαςία των αποβλιτων γίνεται δυςκολότερθ λόγω των νζων χθμικϊν ουςιϊν που ζχουνε παραςκευαςτεί από τον άνκρωπο. Στισ τεχνικζσ αυτζσ δυςκολίεσ προςτίκενται ςιμερα θ αφφπνιςθ και το ςυνεχζσ αυξανόμενο ενδιαφζρον τθσ κοινισ γνϊμθσ, που δεν δζχεται μοιρολατρικά τθ ρφπανςθ και υποβάκμιςθ του περιβάλλοντοσ, αλλά απαιτεί πειςτικά τθ λιψθ αποτελεςματικϊν μζτρων κατά τθσ ρφπανςθσ. Ζνα ολοκλθρωμζνο ςφςτθμα αποχζτευςθσ μιασ περιοχισ διαχωρίηεται για πρακτικοφσ λόγουσ ςε τρία τμιματα: α) Δίκτυο υπονόμων για τθν ςυλλογι των υγρϊν αποβλιτων. β) Εγκατάςταςθ επεξεργαςίασ για τον επικυμθτό βακμό κακαριςμοφ των λυμάτων. γ) Συςτιματα διάκεςθσ για τθν κατάλλθλθ διαςπορά τθσ απορροισ τουσ ςτον τελικό αποδζκτθ (κάλαςςα, ποτάμι, λίμνθ, ζδαφοσ). Ο τομζασ αυτόσ αποτελεί ζνα καυτό ςθμείο ζρευνασ γιατί τα προϊόντα τθσ επεξεργαςίασ εκτόσ του νεροφ περιζχουν λάςπθ και ςυμπυκνωμζνουσ ρφπουσ. Σε αυτό το κεφάλαιο γίνεται μια περιλθπτικι ανάλυςθ του δεφτερου τμιματοσ επεξεργαςίασ. 1.2 Ποιοτικά χαρακτηριςτικά των λυμάτων Τα χαρακτθριςτικά των λυμάτων κατατάςςονται ςε τρείσ κατθγορίεσ: φυςικά, χθμικά και βιολογικά. Ριο αναλυτικά: Φυςικά χαρακτθριςτικά Tα βαςικά φυςικά χαρακτθριςτικά των αποβλιτων είναι τα ςτερεά που περιζχουν, θ κερμοκραςία, το χρϊμα και θ οςμι τουσ. (1) Στερεά 7

13 Κεφάλαιο 1 Βρίςκονται αιωρθμζνα ι διαλυμζνα ςτθ μάηα των αποβλιτων και αποτελοφνται από οργανικά και ανόργανα ςυςτατικά. Tα ολικά ςτερεά (Total solids-ts) ορίηονται ωσ το υπόλειμμα δείγματοσ αποβλιτων μετά από εξάτμιςθ του ςτουσ 105 ο C και μετριοφνται ςε mg υπολείμματοσ ανά λίτρο δείγματοσ. Tα TS διακρίνονται ςε διαλυμζνα και αιωροφμενα. Τα διαλυμζνα ςτερεά (Dissolved Solids-DS) αναφζρονται ςτθ ςυγκζντρωςθ των ςτερεϊν ςυςτατικϊν που βρίςκονται ςε διαλυμζνθ ι κολλοειδι μορφι ςτθ μάηα των αποβλιτων και ορίηονται ωσ τα ςτερεά του δείγματοσ που περνοφν μζςα από ειδικό χάρτινο φίλτρο. Tα παραπάνω είδθ ςτερεϊν αποτελοφνται από οργανικά και ανόργανα ςυςτατικά. Kατά τθ κζρμανςθ δείγματοσ ςτουσ 600 ο C τα οργανικά ςυςτατικά εξαερϊνονται (εξαερϊςιμα ςτερεά, Volatile Solids-VS), ενϊ τα ανόργανα (αδρανι) μζνουν ωσ ίηθμα (μθ εξαερϊςιμα ςτερεά, Non Volatile Solids-NVS). Ειδικά υπολογίηουμε τθ ςυγκζντρωςθ των αιωροφμενων ςτερεϊν μζςα ςτο ανάμεικτο υγρό των λυμάτων (Mixed Liquor Suspended Solids, MLSS). (2) Θερμοκραςία H κερμοκραςία των αποβλιτων είναι γενικά μεγαλφτερθ από εκείνθ του πόςιμου νεροφ γιατί επθρεάηεται από τα κερμά απόβλθτα κατοικιϊν, βιομθχανιϊν κ.λπ. Συνικωσ κυμαίνεται από 10 μζχρι 22 o C και είναι μεγαλφτερθ από τθ κερμοκραςία του περιβάλλοντοσ το μεγαλφτερο μζροσ του ζτουσ με εξαίρεςθ τισ ηεςτζσ θμζρεσ του καλοκαιριοφ. H κερμοκραςία των αποβλιτων είναι ζνασ ρυκμιςτικόσ παράγοντασ του βιολογικοφ και χθμικοφ χαρακτιρα τουσ. Aφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ επιφζρει: ανάπτυξθ των μικροοργανιςμϊν που ευνοοφνται από υψθλζσ κερμοκραςίεσ, επιτάχυνςθ των βιολογικϊν διεργαςιϊν, μείωςθ τθσ διαλυτότθτασ των αερίων ςτθ μάηα των αποβλιτων, κυρίωσ του οξυγόνου, επιτάχυνςθ των χθμικϊν αντιδράςεων. Από άποψθ ρφπανςθσ του περιβάλλοντοσ, θ διοχζτευςθ κερμϊν αποβλιτων ςε ζναν υδάτινο φορζα οδθγεί ςε ςοβαρι μείωςθ του διαλυμζνου οξυγόνου του φορζα (τόςο λόγω τθσ μειωμζνθσ διαλυτότθτασ του οξυγόνου ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ, όςο και λόγω του αυξθμζνου ρυκμοφ κατανάλωςθσ του ςτισ 8

14 Κεφάλαιο 1 βιολογικζσ διεργαςίεσ), αλλά και επιδρά αρνθτικά ςτο οικοςφςτθμα του φορζα (κάνατοσ ωφζλιμων οργανιςμϊν, ανάπτυξθ ανεπικφμθτων οργανιςμϊν). (3) Xρϊμα Το χρϊμα είναι ενδεικτικό τθσ θλικίασ και προζλευςθσ των αποβλιτων. Απόβλθτα που δεν ζχουν υποςτεί ςιψθ ζχουν γκρίηο χρϊμα, ενϊ εκείνα που ζχουν υποςτεί ςιψθ ζχουν μαφρο χρϊμα. H αλλαγι του χρϊματοσ οφείλεται ςτθν κατανάλωςθ του διαλυμζνου οξυγόνου από τουσ μικροοργανιςμοφσ που διαςποφν τισ οργανικζσ ενϊςεισ των αποβλιτων. (4) Οςμι H οςμι των αποβλιτων είναι ενδεικτικό ςτοιχείο τθσ κατάςταςθσ τουσ. Απόβλθτα που δεν ζχουν υποςτεί ςιψθ ζχουν ελαφριά δυςάρεςτθ οςμι, ενϊ εκείνα που ζχουν υποςτεί ςιψθ ζχουν πολφ ενοχλθτικι οςμι, που οφείλεται ςτθν ζκλυςθ υδρόκειου. Στθ δθμιουργία δυςάρεςτων οςμϊν ςυμμετζχουν και ουςίεσ από βιομθχανικά απόβλθτα, κυρίωσ οργανικζσ, όπωσ φαινόλεσ, χλωροφαινόλεσ κλπ. Χθμικά Χαρακτθριςτικά Tα χθμικά χαρακτθριςτικά των αποβλιτων είναι πολφ πιο ςθμαντικά από τα φυςικά τουσ χαρακτθριςτικά και δίνουν μια πιο αντιπροςωπευτικι εικόνα του γενικοφ χαρακτιρα τουσ. Γενικά κατατάςςονται ςτισ παρακάτω κατθγορίεσ: οργανικά ςυςτατικά, ανόργανα αζρια, αζρια. Ριο αναλυτικά : Οργανικά Συςτατικά: Tα κυριότερα οργανικά ςυςτατικά των αποβλιτων είναι τα παρακάτω. 1) Ρρωτεΐνεσ: είναι βαςικά ςυςτατικά των ηωντανϊν οργανιςμϊν και αποτελοφνται κυρίωσ από C, H, O, N, S, P, και Fe. 2) Υδατάνκρακεσ: περιζχουν C, O και H. Οριςμζνοι διαςπϊνται εφκολα από μικροοργανιςμοφσ. 3) Λιπίδια: περιζχονται ςτα αςτικά απόβλθτα αφοφ αποτελοφν ςυςτατικά των τροφϊν του ανκρϊπου. Tα πιο ςθμαντικά λιπίδια είναι τα λάδια (υγρά λιπίδια) και 9

15 Κεφάλαιο 1 τα λίπθ (ςτερεά λιπίδια). H τυπικι ςφςταςθ των αςτικϊν αποβλιτων είναι: 40-60% πρωτεΐνεσ, 25-50% υδρογονάνκρακεσ και 10% λιπίδια. 4) Επιφανειακζσ ενεργζσ ουςίεσ: περιζχονται ςτα αςτικά αλλά και ςτα βιομθχανικά απόβλθτα ωσ ςυςτατικά των απορρυπαντικϊν, ςαπουνιϊν κλπ. Ρεριλαμβάνουν μακρομοριακζσ ενϊςεισ διαλυτζσ ςτθ μάηα των αποβλιτων και δρουν ςτθ διαχωριςτικι επιφάνεια υγροφ-αζρα δθμιουργϊντασ αφροφσ. 5) Φαινόλεσ (C6H5OH): περιζχονται ςε βιομθχανικά απόβλθτα και δεν διαςπϊνται από μικροοργανιςμοφσ ςε μεγάλεσ ςυγκεντρϊςεισ. 6) Εντομοκτόνα, φυτοφάρμακα: είναι τοξικζσ ενϊςεισ για όλεσ τισ μορφζσ ηωισ και καταλιγουν ςτο αποχετευτικό ςφςτθμα μζςα από τθν απορροι γεωργικϊν περιοχϊν. H μζτρθςθ των οργανικϊν ςυςτατικϊν των αποβλιτων είναι πρακτικά αδφνατθ λόγω τθσ πολφπλοκθσ ςφςταςισ τουσ. Ζτςι ωσ μζτρο των οργανικϊν ςυςτατικϊν, αλλά και γενικότερα του ρυπαντικοφ φορτίου των αποβλιτων, χρθςιμοποιείται θ ποςότθτα του οξυγόνου που απαιτείται για να οξειδϊςει πλιρωσ τα οργανικά ςυςτατικά του. H απαιτοφμενθ ποςότθτα οξυγόνου εκφράηεται με τισ παρακάτω παραμζτρουσ: (i) Bιοχθμικά απαιτοφμενο οξυγόνο (Biochemical Oxygen Demand-BOD) Είναι θ ποςότθτα του οξυγόνου που απαιτείται για τθν οξείδωςθ των οργανικϊν ςυςτατικϊν ενόσ όγκου αποβλιτων από μικροοργανιςμοφσ ςε αερόβιεσ ςυνκικεσ. H οξείδωςθ αυτι είναι ςχετικά αργι και ολοκλθρϊνεται πρακτικά ςε 20 θμζρεσ, οπότε το προςδιοριηόμενο απαιτοφμενο οξυγόνο καλείται τελικό BOD (BODL). Στθ ςυνθκιςμζνθ πρακτικι ζχει επικρατιςει ο προςδιοριςμόσ του BOD ςτισ 5 θμζρεσ (BOD5), μζςα ςτισ οποίεσ οξειδϊνονται απλζσ οργανικζσ ουςίεσ που αντιπροςωπεφουν ζνα ποςοςτό 60-70% των ςυνολικϊν οργανικϊν ουςιϊν. Σε μεγαλφτερουσ χρόνουσ λαμβάνει χϊρα επιπλζον κατανάλωςθ οξυγόνου που οφείλεται ςτθν αποδόμθςθ των αηωτοφχων ουςιϊν και τθ μετατροπι τουσ ςε νιτρικά ιόντα με τθ διαδικαςία τθσ νιτροποίθςθσ. (ii) Xθμικά απαιτοφμενο οξυγόνο (Chemical Oxygen Demand-COD) 10

16 Κεφάλαιο 1 Είναι θ ποςότθτα του οξυγόνου που απαιτείται για τθν πλιρθ χθμικι οξείδωςθ των οργανικϊν ςυςτατικϊν ενόσ όγκου αποβλιτων ςε CO2 και H2O από ιςχυρό οξειδωτικό μζςο (διχρωμικό κάλιο) και ςε όξινεσ ςυνκικεσ. (iii) Συνολικά απαιτοφμενο οξυγόνο - (TOD) Είναι θ ποςότθτα του οξυγόνου που απαιτείται για τθν χθμικι οξείδωςθ των οργανικϊν (και οριςμζνων ανόργανων) ουςιϊν ςε τελικά ςτακερά προϊόντα ςε κερμοκραςία 900 ο C και με παρουςία καταλφτθ (Pt). (iv) Θεωρθτικά απαιτοφμενο οξυγόνο - (Thod) Eίναι το οξυγόνο που απαιτείται κεωρθτικά για τθν οξείδωςθ κάποιασ οργανικισ ουςίασ και υπολογίηεται από τον μοριακό τφπο τθσ ουςίασ αυτισ. (v) Συνολικόσ οργανικόσ άνκρακασ (TOC) Εκτόσ από το οξυγόνο χρθςιμοποιείται και ο άνκρακασ ωσ μζτρο των οργανικϊν ςυςτατικϊν ενόσ όγκου αποβλιτων, επειδι είναι το κφριο ςυςτατικό τουσ και θ βαςικι πθγι απαίτθςθσ οξυγόνου. Ανόργανα Συςτατικά-Χαρακτθριςτικά (i) Άηωτο, N Το N είναι ζνα από τα βαςικά ςυςτατικά των ηωντανϊν οργανιςμϊν και περιζχεται ςτα αςτικά απόβλθτα ωσ οργανικό N (πρωτεΐνεσ ουρία και αμινοξζα) και ωσ αμμωνιακό N (άλατα NH4+ ι NH3). Ωσ προϊόν οξείδωςθσ των προθγοφμενων μορφϊν το N μπορεί να υπάρχει ωσ NO3- και NO2-. (ii) Φϊςφοροσ, P O φϊςφοροσ είναι ζνα από τα βαςικά ςυςτατικά των ηωντανϊν οργανιςμϊν και περιζχεται ςτα απόβλθτα ωσ ανόργανοσ P, ωσ ορκοφωςφορικά (PO4-3,HPO4-3, H2PO4-1) και λιγότερο ωσ πολυφωςφορικά (π.χ.p3o10-5,p2o7-4) (iii) ph Tο ph είναι ςθμαντικό χαρακτθριςτικό των αποβλιτων γιατί επθρεάηει όλεσ τισ διαδικαςίεσ επεξεργαςίασ (χθμικι και βιολογικι επεξεργαςία, απολφμανςθ, επεξεργαςία λάςπθσ κ.λπ.) και ςχετίηεται με προβλιματα φκοράσ (διάβρωςθσ) ςε αγωγοφσ, μθχανολογικό εξοπλιςμό κ.λπ. Για τθ βζλτιςτθ απόδοςθ και λειτουργία των εγκαταςτάςεων επεξεργαςίασ απαιτείται ο ζλεγχοσ τθσ τιμισ του ph. 11

17 Κεφάλαιο 1 (iv) Aλκαλικότθτα Οφείλεται ςτθν παρουςία ιόντων HCO3-, CO3-2 ι OH- ενωμζνων με Ca, Mg, K ι NH4. H παρουςία των ιόντων ςτα αςτικά απόβλθτα οφείλεται ςτο πόςιμο νερό και ςτισ ειςροζσ ςτο αποχετευτικό ςφςτθμα. H αλκαλικότθτα ρυκμίηει το ph των αποβλιτων και εκφράηεται ςε mg/l CaCO3. (v) Χλωριοφχα Ρεριζχονται ςτα αςτικά απόβλθτα από το πόςιμο νερό και τα ανκρϊπινα απόβλθτα (6gr/ άτομο, θμζρα) κακϊσ και ςε βιομθχανικά απόβλθτα. H παρουςία τουσ ςτο νερό δε δθμιουργεί γενικά προβλιματα ρφπανςθσ αλλά δίνει υφάλμυρθ γεφςθ. Στισ διαδικαςίεσ επεξεργαςίασ μειϊνουν τθ διαλυτότθτα του οξυγόνου και επθρεάηουν τον προςδιοριςμό του COD. (vi) Ενϊςεισ του κείου Tο κείο είναι βαςικό ςυςτατικό των ηϊντων οργανιςμϊν και βρίςκεται ςτα αςτικά απόβλθτα με διάφορεσ μορφζσ. H κυριότερθ από τισ ενϊςεισ του κείου είναι το SO4-2 που δθμιουργεί προβλιματα ρφπανςθσ εξαιτίασ του ςχθματιςμοφ H2S και H2SO4. Tο βαςικό πρόβλθμα είναι θ ζκλυςθ δυςάρεςτθσ οςμισ ςτο αποχετευτικό ςφςτθμα και ςτισ εγκαταςτάςεισ επεξεργαςίασ. Πταν το H2S περιζχεται ςε μεγάλεσ ςυγκεντρϊςεισ ςτο μείγμα των αερίων τθσ αναερόβιασ χϊνευςθσ λάςπθσ λόγω τθσ διαβρωτικισ ικανότθτάσ του καταςτρζφει τθ διάταξθ καφςθσ του παραγόμενου αερίου, ενϊ το H2SO4 διαβρϊνει τουσ αγωγοφσ αποχζτευςθσ. (vii) Τοξικά ςυςτατικά-βαριά μζταλλα Ρεριζχονται ςτα βιομθχανικά και αςτικά απόβλθτα. Διάφορα ιόντα ςτοιχείων όπωσ των Cu, Pb, Cr, As, Bo, Ag, Ni, Mn, Cd, Zn, Fe, Hg πάνω από οριςμζνθ ςυγκζντρωςθ είναι τοξικά όπωσ και οργανικζσ ενϊςεισ που περιζχονται ςε εντομοκτόνα, φυτοφάρμακα κλπ. Oι τοξικζσ ουςίεσ ςε ζνα οικοςφςτθμα είτε ςε υδάτινο φορζα είτε ςε βιολογικι διεργαςία επεξεργαςίασ επιφζρουν το κάνατο πολλϊν οργανιςμϊν. Αζρια (i) Διαλυμζνο οξυγόνο (DO) 12

18 Κεφάλαιο 1 Eίναι ποιοτικό χαρακτθριςτικό υδάτινου φορζα αφοφ θ παρουςία του δίνει ηωι ς' αυτόν. Tο οξυγόνο ζχει μικρι διαλυτότθτα ςτο νερό που μειϊνεται με τθν αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ, τθ μείωςθ τθσ κακαρότθτάσ του και τθ μείωςθ τθσ ατμοςφαιρικισ πίεςθσ. Tο DO είναι παράμετροσ ελζγχου ρφπανςθσ των υδάτινων φορζων και πρζπει να είναι πάνω από οριςμζνα επίπεδα ςφμφωνα με κανονιςμοφσ και ανάλογα με τθ χριςθ του νεροφ. Eίναι απαραίτθτο ςτισ αναερόβιεσ βιολογικζσ διαδικαςίεσ για τθν οξείδωςθ των οργανικϊν ενϊςεων από μικροοργανιςμοφσ, αποτελεί παράμετρο ςχεδιαςμοφ και ελζγχου λειτουργίασ των διαδικαςιϊν. Διατθρείται ςτα απαραίτθτα επίπεδα με ειδικζσ διατάξεισ αεριςμοφ ι με φυςικζσ διαδικαςίεσ. (ii) CH4 Σχθματίηεται κατά τθν αναερόβια αποςφνκεςθ οργανικϊν ενϊςεων των αποβλιτων από ειδικοφσ μικροοργανιςμοφσ και δεν περιζχεται ςτα απόβλθτα. Λόγω τθσ υψθλισ απόδοςθσ ενζργειασ κατά τθν καφςθ του χρθςιμοποιείται για παραγωγι ενζργειασ. Eίναι εφφλεκτο και προκαλεί ζκρθξθ ςτουσ αγωγοφσ αποχζτευςθσ και ςτισ εγκαταςτάςεισ επεξεργαςίασ. Βιολογικά Χαρακτθριςτικά Oι μικροοργανιςμοί των αποβλιτων ζχουν ςθμαςία γιατί α) χρθςιμοποιοφνται ςτθν επεξεργαςία αποβλιτων και β) προκαλοφν εξάπλωςθ αςκενειϊν μζςω του νεροφ. Oι μικροοργανιςμοί χωρίηονται ςε κατθγορίεσ: α) ανάλογα με τθν πθγι άνκρακα που χρθςιμοποιοφν ωσ τροφι και είναι (i) αυτοτροφικοί, που χρθςιμοποιοφν CO2 ωσ τροφι (ii) ετεροτροφικοί, που χρθςιμοποιοφν οργανικό άνκρακα ωσ τροφι β) ανάλογα με τθν παρουςία ι όχι οξυγόνου ςτο περιβάλλον που ηουν και αναπτφςςονται και είναι: (i) αερόβιοι, που δρουν παρουςία οξυγόνου (ii) αναερόβιοι, που δρουν κάτω από απουςία οξυγόνου (iii) αερόβιοι-αναερόβιοι, που δρουν κάτω από παρουςία ι απουςία οξυγόνου. 13

19 Κεφάλαιο 1 Tα βαςικότερα είδθ για τθν επεξεργαςία αποβλιτων είναι τα βακτθρίδια, οι μφκθτεσ, τα πρωτόηωα, θ μικροφφκθ ι άλγθ, τα μαλακόςτρακα και οι ιοί. Oι μικροοργανιςμοί για να ηουν και να πολλαπλαςιάηονται απαιτοφν ενζργεια και τροφι (άνκρακα και ανόργανα κρεπτικά ςτοιχεία όπωσ N, P, S, Ca και Mg ). Για τθν απόκτθςθ ενζργειασ και τροφισ ςθμαντικό ρόλο παίηουν τα ζνηυμα. Oι πακογόνοι μικροοργανιςμοί περιζχονται ςτα αςτικά απόβλθτα ωσ περιττϊματα αςκενϊν ι φορζων αςκενειϊν, μεταφζρουν και προκαλοφν αςκζνειεσ μζςω του νεροφ ςτον άνκρωπο όπωσ χολζρα, δυςεντερία, τυφοειδι πυρετό, θπατίτιδα κ.λπ. Eίναι βακτθρίδια, πρωτόηωα και ιοί. Λόγω των μικρϊν ςυγκεντρϊςεϊν τουσ ςε υδάτινουσ φορείσ και τθσ μεγάλθσ ποικιλίασ ειδϊν θ ανίχνευςθ και ο ποςοτικόσ προςδιοριςμόσ κάκε είδουσ είναι αδφνατοσ. 1.3 τάδια επεξεργαςίασ αςτικών λυμάτων Τα ςτάδια επεξεργαςίασ είναι τρία, ο πρωτοβάκμιοσ, ο δευτεροβάκμιοσ (βιολογικόσ) και ο τριτοβάκμιοσ κακαριςμόσ. Ριο αναλυτικά: Ρρωτοβάκμιοσ ι μθχανικόσ κακαριςμόσ Ο πρωτοβάκμιοσ κακαριςμόσ απομακρφνει τα ογκϊδθ ςτερεά, τθν άμμο και τα αιωροφμενα ςτερεά. Χωρίηεται ςε προ-επεξεργαςία και κυρίωσ κατεργαςία. Στθν προ-επεξεργαςία περιλαμβάνονται οι κατεργαςίεσ τθσ εςχάρωςθσ, τθσ κοςκίνθςθσ, ο αμμο-διαχωριςμόσ και ο ελαιο-διαχωριςμόσ, οι οποίεσ ςκοπεφουν ςτθν απομάκρυνςθ των ογκωδζςτερων ςτερεϊν. Θ κφρια επεξεργαςία μπορεί να είναι χθμικι, φυςικι ι ςυνδυαςμόσ των προθγοφμενων διεργαςιϊν και ςκοπεφουν ςτθν απομάκρυνςθ των αιωροφμενων ςτερεϊν. Κατά τθν χθμικι επεξεργαςία πραγματοποιείται α) εξουδετζρωςθ, β) προςκικθ 1.Ρρωτοβάκμια επεξεργαςία Ψυτάλλειασ 14 κατάλλθλων χθμικϊν ουςιϊν με ςκοπό

20 Κεφάλαιο 1 2.Ρρωτοβάκμια επεξεργαςία Ψυτάλλειασ τθν αποςτακεροποίθςθ-ςυςςωμάτωςθκροκίδωςθ των κολλοειδϊν ςυςτατικϊν και των λεπτομερϊν ςτερεϊν. Τα υλικά αυτά είναι κυρίωσ υδράςβεςτοσ, ανόργανα κροκιδωτικά αντιδραςτιρια (χλωριοφχα, κειικά ι μικτά άλατα του ςιδιρου ι του αργιλίου), διάλυμα χλωριοφχου πολυαργιλίου, πολυθλεκρτολφτεσ (οργανικά κροκιδωτικά). Για τθν απομάκρυνςθ των αιροφμενων ςτερεϊν χρθςιμοποιείται κυρίωσ θ μζκοδοσ τθσ κακίηθςθσ με τθν επίδραςθ τθσ βαρφτθτασ. Ο διαχωριςμόσ των ςτερεϊν γίνεται ςε δεξαμενζσ κακίηθςθσ που είναι κυλινδρικοφ ι ορκογϊνιου ςχιματοσ, απ τισ οποίεσ εξζρχεται το κακαριςμζνο νερό. Το υλικό που κακιηάνει αποτελεί τθν πρωτοβάκμια λάςπθ. Θ λάςπθ αυτι απομακρφνεται με αντλίεσ. Ο βακμόσ κακαριςμοφ που επιτυγχάνεται κατά τθν πρωτοβάκμια επεξεργαςία είναι περίπου 40% ςε BOD. Τα κφρια μζρθ τθσ πρωτοβάκμιασ επεξεργαςίασ είναι θ δεξαμενι κακίηθςθσ, θ μονάδα χλωρίωςθσ (πριν από τθν ζξοδο του θμικατεργαςμζνου απόβλθτου προσ κάποιον υδάτινο αποδζκτθ εφόςον δεν ακολουκεί δευτεροβάκμιοσ-βιολογικόσ κακαριςμόσ) και τζλοσ ζνασ χωνευτισ για τθν ςτακεροποίθςθ(αδρανοποίθςθ) τθσ παραγόμενθσ λάςπθσ, αερόβια ι αναερόβια. Δευτεροβάκμια (βιολογικι) επεξεργαςία Θ δευτεροβάκμια κατεργαςία αναφζρεται ςτθν α) απομάκρυνςθ των διαλυμζνων οργανικϊν ενϊςεων και β) ςτθν απομάκρυνςθ των αιωροφμενων ςτερεϊν (κυρίωσ τθσ παραγόμενθσ βιομάηασ), που γίνεται ςυνικωσ με τθν εφαρμογι τθσ δευτεροβάκμιασ κακίηθςθσ. Οι διεργαςίεσ που λαμβάνουν χϊρα ςε κάκε αερόβιο βιολογικό κακαριςμό και οδθγοφν τελικά ςτθ βιολογικι ςτακεροποίθςθ ι οξείδωςθ τθσ οργανικισ φλθσ (ρφποι) των αποβλιτων, μποροφν να περιγραφοφν καλφτερα με τθν παρακάτω ςχθματικι εξίςωςθ: 15

21 Κεφάλαιο 1 Οργανικό απόβλθτο + ενζργεια + βιομάηα + μικροοργανιςμοί παραγωγι νζασ κυτταρικισ βιομάηασ + τελικά προϊόντα + μθ βιοδιαςπώμενα ςυςτατικά Θ όλθ διαδικαςία γίνεται με ανάδευςθ. Το βαςικό χαρακτθριςτικό τθσ μεκόδου είναι ότι θ οργανικι φλθ βρίςκεται αιωροφμενθ και ςε λεπτότατο διαμεριςμό και ζρχεται ςε όςο το δυνατό ςτενότερθ επαφι με τισ κροκίδεσ μιασ βιολογικά ενεργισ λάςπθσ που αιωρείται ςτθ δεξαμενι με τθ βοικεια τθσ ανάδευςθσ ι του αζρα. Ο αζρασ χρθςιμεφει: α) Για να διατθρεί ςε ανάδευςθ και µζγιςτθ επαφι τα βακτθρίδια με το υγρό απόβλθτο β) για να προμθκεφει τα (αερόβια) βακτθρίδια και τουσ άλλουσ µικροοργανιςµοφσ µε το απαραίτθτο Ο 2 για τισ µεταβολικζσ δράςεισ που ςυμβαίνουν. Για τθν μζκοδο, λοιπόν, τθσ ενεργοφ ιλφοσ χρθςιμοποιοφνται δφο είδθ δεξαμενϊν α) Δεξαμενι αεριςμοφ (ςυνικωσ ορκογωνικι), β) Δεξαμενι δευτεροβάκμιασ κακίηθςθσ, που ζπονται των προθγοφμενων. Χρθςιμοποιοφνται για να κακιηάνει θ δευτεροβάκμια λάςπθ. Θ διεργαςία τθσ ενεργοφ ιλφοσ 3.Δευτεροβάκμια επεξεργαςία Ψυτάλλειασ παράγει ςυνεχϊσ καινοφργιεσ ποςότθτεσ κυτταρικισ βιομάηασ που ενςωματϊνεται µε τθν υπάρχουςα. Για το λόγο αυτό, κακίςταται απαραίτθτο θ ενεργι αυτι λάςπθ να κακιηάνει, ϊςτε να διαχωριςτεί. Θ δευτεροβάκμια λάςπθ πρζπει να απομακρυνκεί και να διατεκεί, αφοφ πρϊτα υποςτεί κατάλλθλθ επεξεργαςία. Ζνα άλλο μζροσ αυτισ επανειςάγεται ςτθ 4.Επεξεργαςία Ενεργοφ Κλυοσ δεξαμενι μαηί με το ακατζργαςτο υγρό απόβλθτο, ϊςτε να διατθρθκεί ς αυτιν ζνασ δραςτικόσ πλθκυςμόσ μικροοργανιςμϊν, ςε ικανό αρικμό, που κα τρζφονται 16

22 Κεφάλαιο 1 με τισ υπάρχουςεσ, ςτο υγρό απόβλθτο, οργανικζσ ενϊςεισ (ρφπουσ). Ο βακμόσ κακαριςμοφ που επιτυγχάνεται είναι περίπου 95% ςε BOD. Οι κφριοι ςτόχοι τθσ επεξεργαςίασ τθσ λάςπθσ είναι θ ελάττωςθ του όγκου, με τθν απομάκρυνςθ μζρουσ του νεροφ (ελάττωςθ υγραςίασ από 95% ςε 70-60%) και θ αποικοδόμθςθ των οργανικϊν ουςιϊν, που αποτελοφν τον αςτακι και ενοχλθτικό παράγοντα τθσ λάςπθσ (δυςοςμία). Οι 5.Διάκεςθ Ενεργοφ Ιλφοσ αφυδάτωςθ. ςυνθκζςτερεσ μζκοδοι κατεργαςίασ τθσ λάςπθσ είναι θ ζκπλυςθ, θ πάχυνςθ, θ χϊνευςθ και θ Τριτοβάκμια επεξεργαςία Τα προθγοφμενα ςτάδια ςυμπλθρϊνονται με τθν απομάκρυνςθ κυρίωσ του αηϊτου (ΝΟ 3 και ΝΘ 3 ) και του φωςφόρου (PO 4 ) είτε για τθν αντιμετϊπιςθ κινδφνων ευτροφιςμοφ είτε και για επαναχρθςιμοποίθςθ τθσ τελικισ απορροισ για δευτερεφουςεσ χριςεισ ι ακόμα και φδρευςθ φςτερα από πρόςκετθ επεξεργαςία. Τζλοσ, και ςτα τρία ςτάδια κακαριςμοφ μπορεί να εφαρμοςτεί μόνιμα ι περιοδικά απολφμανςθ τθσ τελικισ απορροισ ςυνικωσ με χλωρίωςθ, αν κρικεί απαραίτθτθ, λόγω τθσ φφςθσ των αποβλιτων ι των ειδικϊν χριςεων του αποδζκτθ. Θ απολφμανςθ μειϊνει τισ οργανικζσ ουςίεσ και κυρίωσ το μικροβιακό φορτίο μζχρι και 99%. 17

23 Κεφάλαιο Διάθε R ζη λςμάη W ων Διάθε ζη ιλύορ 1. Eςχάρα 2. Εξαμμωτισ 3. Δεξαμενι πρωτοβάκμιασ κακίηθςθσ 4. Βιολογικόσ αντιδραςτιρασ R-> Ανακλυκλοφορία ίλυοσ 5. Δεξαμενι δευτεροβάκμιασ κακίηθςθσ 6. Ραχυντισ ιλφοσ 7. Χωνευτισ ιλφοσ 8. Εγκατάςταςθ αφυδάτωςθσ τθσ ιλφοσ W->Λάςπθ προσ επεξεργαςία και διάκεςθ Σχιμα 1.1: Τυπικι διάταξθ επεξεργαςίασ λυμάτων 1.4 ύςτημα αερόβιασ επεξεργαςίασ αςτικών λυμάτων Το ενδιαφζρον μασ εςτιάηεται γφρω από τον δευτεροβάκμιο βιολογικό κακαριςμό και ςυγκεκριμζνα με το ςτάδιο τθσ βιολογικισ επεξεργαςίασ. Οι βιολογικζσ επεξεργαςίεσ διακρίνονται ανάλογα με τουσ μικροοργανιςμοφσ, που είναι για τθ διάςπαςθ και τθ ςτακεροποίθςθ των οργανικϊν ουςιϊν, ςε αερόβιεσ, αναερόβιεσ και αερόβιεσ-αναερόβιεσ. Στθν αερόβια επεξεργαςία θ ςτακεροποίθςθ γίνεται από αερόβιουσ και επαμφοτερίηοντεσ μικροοργανιςμοφσ, ςτθν αναερόβια από αναερόβιουσ και επαμφοτερίηοντεσ και ςτθν αερόβιααναερόβια και από τα τρία είδθ μικροοργανιςμϊν. Το ενδιαφζρον μασ κα εςτιαςτεί ςτθν αερόβια επεξεργαςία, όπου όμωσ μποροφμε να διαμορφϊςουμε και κάποια αναερόβια περιοχι με ςκοπό, τόςο τθν ςτακεροποίθςθ των νιτρικϊν (NO 3 ) όςο και τθσ αμμωνίασ(νθ 3 ). Ζτςι ςε μια οξειδωτικι τάφρο ζχουμε τθν ανάπτυξθ και των δφο ηωνϊν. Με βάςθ αυτά τα χαρακτθριςτικά ζχει ςχεδιαςκεί το ςφςτθμα 18

24 Κεφάλαιο 1 παρατεταμζνου αεριςμοφ ςτο εργαςτιριο το οποίο αποτελεί μια παραλλαγι τθσ μεκόδου τθσ Ενεργοφ Ιλφοσ. Ζνα τζτοιο ςφςτθμα αερόβιασ επεξεργαςίασ με παρατεταμζνο αεριςμό παρουςιάηεται ςτο ςχιμα 1.2. Ππωσ παρατθροφμε ςτο ςχιμα ο βιολογικόσ αντιδραςτιρασ αποτελείται από μια τάφρο όπου διαμορφϊνονται δφο ηϊνεσ, ενϊ ζχουμε παρουςιάςει και τθν δεξαμενι δευτεροβάκμιασ κακίηθςθσ. Αρχικά θ λάςπθ ειςάγεται ςτθν πρϊτθ ηϊνθ ςτθν οποία επικρατοφν αναερόβιεσ ςυνκικεσ. Δθλαδι ςτθ ηϊνθ αυτι διατθροφμε τθν ςυγκζντρωςθ του οξυγόνου πολφ χαμθλι (DO<0.5 mg/l). Σε αυτι τθ ηϊνθ λαμβάνει χϊρα θ διεργαςία τθσ απονιτροποίθςθσ. Θ διεργαςία αυτι απαιτεί αναερόβιο περιβάλλον και τθν παρουςία νιτρικϊν (ΝΟ 3 ). Κατά τθν διεργαςία αυτι ζχουμε μια διάςπαςθ των νιτρικϊν με τθν βοικεια των αναερόβιων και επαμφοτεριηόντων μικροοργανιςμϊν. Ζτςι λοιπόν επιτυγχάνεται μια ελάττωςθ των νιτρικϊν τθσ ιλφοσ. Θ απονιτροποίθςθ εξαρτάται άμεςα από τθ κερμοκραςία (αφξθςθ κερμοκραςίασ οδθγεί ςε αφξθςθ των απονιτροποιθτικϊν οργανιςμϊν), από τθ ςυγκζντρωςθ του διαλυμζνου οξυγόνου (DO,πρζπει DO<0.5 mg/l), από το ph (ιδανικι περιοχι κεωρείται το ) και τζλοσ από το λόγο BOD/NO 3 τθσ ειςερχόμενθσ ιλφοσ, θ οποία είτε προζρχεται από τθν πρωτοβάκμια κακίηθςθ είτε από τθν ανακυκλοφοροφςα φλθ (πρζπει ο λόγοσ να είναι μεγαλφτεροσ από ). Στθν ςυνζχεια, θ ίλυσ ειςζρχεται ςτθ δεφτερθ ηϊνθ όπου αναπτφςςονται ςυνκικεσ αεριςμοφ. Ζτςι δθμιουργείται ζνα αερόβιο περιβάλλον κατάλλθλο για τθ διεργαςία ςτακεροποίθςθσ τθσ ιλφοσ δθλαδι τθν αντιμετϊπιςθ του οργανικοφ φορτιοφ και τθ διεργαςία τθσ νιτροποίθςθσ για τθν απομάκρυνςθ του αηϊτου. Θ αερόβια βιολογικι επεξεργαςία ςυνίςταται βαςικά ςτθν ςτακεροποίθςθ των οργανικϊν ουςιϊν με τθν μεταβολικι δράςθ των διάφορων αερόβιων και επαμφοτεριηόντων μικροοργανιςμϊν. Χαρακτθριςτικι παράμετροσ υπολογιςμοφ για τισ εγκαταςτάςεισ επεξεργαςίασ είναι ο λόγοσ U τθσ τροφισ (F) (δθλαδι οργανικϊν ουςιϊν), και των μικροοργανιςμϊν (Μ), δθλαδι U=F/M. Στθν πράξθ αυτι θ ςχζςθ εκφράηει αρικμθτικά τον λόγο BOD των ειςερχόμενων λυμάτων, που εκφράηει τισ οργανικζσ ουςίεσ, με τα αιωροφμενα ςτερεά του μικτοφ υγροφ τθσ δεξαμενισ (MLSS) ι τα 19

25 Κεφάλαιο 1 πτθτικά ςτερεά (MLVSS) ςτθ μονάδα του χρόνου, που ςχετίηονται ζμμεςα με τα μικρόβια. Ζτςι ζχουμε: U=F/M= kg BOD/kg MLSS (ςε θμεριςια δεδομζνα) ΔΕΥΤΕΟΒΑΘΜΙΑ ΚΑΘΙΗΘΣΘ Σχιμα 1.2 Αερόβια βιολογικι επεξεργαςία με παρατεταμζνο αεριςμό 1: Είςοδοσ λάςπθσ και μζτρθςθ BOD 2:Μζτρθςθ κερμοκραςίασ, DO, MLSS, N-NJO 3,N-NH 3, 3:Νερό προσ απολφμανςθ και μζτρθςθ BOD 4: Ανακυκλοφορία υγροφ 5:Ανακυκλοφορία λάςπθσ 6:Ρεριςςεφουςα λάςπθ προσ χϊνευςθ 7:Ανακυκλοφορία λάςπθσ Επίςθσ, μποροφμε να ζχουμε τθν παραπάνω ςχζςθ με βάςθ τα πτθτικά ςτερεά MLSSV αφοφ για τον παρατεταμζνο αεριςμό ζχουμε MLVSS/MLSS ίςο με Οι μονάδεσ αεριςμοφ λειτουργοφν αποδοτικά μζςα ςε οριςμζνα όρια των τιμϊν του λόγου F/M, που ρυκμίηονται από τθν παροχι τθσ τροφισ (BOD). Για τθν ςωςτι λειτουργία ενόσ τζτοιου αντιδραςτιρα πρζπει να ελζγχεται κατάλλθλα το περιβάλλον των μικροοργανιςμϊν με ρφκμιςθ του ph (ςυνικωσ ), τθσ κερμοκραςίασ και τθσ ποςότθτασ του οξυγόνου που παρζχουμε. Εκτόσ όμωσ από τθν αντιμετϊπιςθ του οργανικοφ φορτιοφ όπωσ αναφζραμε ςτθν ηϊνθ αυτι λαμβάνει χϊρα και θ διεργαςία τθσ νιτροποιιςεωσ. Το άηωτο που 20

26 Κεφάλαιο 1 περιζχουν τα λφματα ςε οργανικι μορφι γριγορα μετατρζπεται ςε αμμωνία (ΝΘ 3 ). Αυτι θ αμμωνία με τθν παρουςία οξυγόνου οξειδϊνεται και μασ δίνει νιτρικά (ΝΟ 3 ). Θ νιτροποίθςθ εξαρτάται από τουσ εξισ παράγοντεσ: α) τθν κερμοκραςία (για αφξθςθ 1 ο C ζχουμε αφξθςθ 9-10% των νιτροποιθτικϊν βακτθριδίων), β) τθν ςυγκζντρωςθ του DO (ζρευνεσ ζδειξαν ότι για επίτευξθ νιτροποίθςθσ 90% πρζπει το DO>1 mg/l), γ) από το ph (ιδανικι περιοχι ), δ) τθν θλικία τθσ ιλφοσ (πρόκειται για ο χρονικό διάςτθμα που βρίςκεται θ ίλυσ μζςα ςτθν τάφρο και που κακορίηεται από τθν ανακυκλοφορία τθσ ιλφοσ ). Κατά τθν ζξοδο τθσ ιλφοσ από τθν αερόβια ηϊνθ όπωσ βλζπουμε από το ςχιμα 1.2 ζνα μζροσ ανακυκλοφορείται ςτθν είςοδο τθσ ανοξικισ ηϊνθσ με νιτρικά ζτςι ϊςτε να διατθρθκεί θ απονιτροποίθςθ. Αυτι θ ανακυκλοφορία ζχει ωσ ςκοπό τθν τροφοδότθςθ τθσ αναερόβιασ ηϊνθσ με νιτρικά ζτςι ϊςτε να διατθρθκεί θ απονιτροποίθςθ. Αυτι θ ανατροφοδότθςθ εξαρτάται τόςο από τουσ παράγοντεσ που επθρεάηουν τθν νιτροποίθςθ όςο και αυτοφσ τθσ απονιτροποίθςθσ. Συνεπϊσ, πρόκειται για μεταβλθτι τθν οποία κα πρζπει να προςδιορίςουμε ι ςτο ςτάδιο του ελζγχου ι να τθν ελζγξουμε. Με τθν δευτεροβάκμια κακίηθςθ τθσ ιλφοσ ζνα μζροσ αυτισ ανακυκλοφορείται ςτθν είςοδο τθσ τάφρου ενϊ το περίςςευμα απομακρφνεται και οδθγείται ςτο ςτάδιο τθσ χϊνευςθσ (δθλαδι ζχει τελειϊςει θ βιολογικι του επεξεργαςία μζςα ςτον αντιδραςτιρα). Επίςθσ τα διαυγαςμζνα λφματα τα οποία ζχουν πλιρωσ ςτακεροποιθκεί (δθλαδι ζχουν το επικυμθτό BOD, MLSS, NO 3, και ΝΘ 3 ) οδθγοφνται από τθν απορροι προσ χλωρίωςθ και μετά για άδρευςθ ι και με τριτοβάκμια επεξεργαςία για πόςιμο νερό. Θ ανακυκλοφορία τθσ ιλφοσ από τθν δευτεροβάκμια κακίηθςθ ζχει άμεςο λόγο ςχετικά με τθν ςτακεροποίθςθ τθσ ιλφοσ δθλαδι τθν αντιμετϊπιςθ του οργανικοφ φορτίου. Μετρϊντασ τθν τιμι του BOD ςτθν ζξοδο τθσ κακίηθςθσ κα μποροφςαμε να προςδιορίςουμε τθν απόδοςθ τθσ ςτακεροποίθςθσ και ανάλογα ι να αυξιςουμε ι να μειϊςουμε τθν ανακυκλοφορία. Επίςθσ, ζμμεςα τόςο θ διαδικαςία τθσ νιτροποίθςθσ όςο και τθσ απονιτροποίθςθσ κα μποροφςαν να επθρεάςουν ςθμαντικά τθν ανακυκλοφορία. Επομζνωσ, τόςο οι μεταβλθτζσ που επθρεάηουν τθν ςτακεροποίθςθ όςο και αυτζσ που επθρεάηουν τθν νιτροποίθςθ και απονιτροποίθςθ κακορίηουν τον ρυκμό ανακυκλοφορίασ. Ζτςι αυτι θ 21

27 Κεφάλαιο 1 μεταβλθτι τθσ ανακυκλοφορίασ τθσ ιλφοσ είναι μια δεφτερθ μεταβλθτι που χριηει ελζγχου. Θα πρζπει να μιλιςουμε λίγο πιο αναλυτικά για τθν παροχι οξυγόνου ςτθν αερόβια ηϊνθ. Οι ςυςκευζσ αεριςμοφ ςυνικωσ αποτελοφνται είτε από ςυςτιματα διαχφςεωσ του αζρα με διάφορα μεγζκθ φυςαλίδων είτε από μθχανικοφσ αεριςτζσ (επιφανειακοφσ αναμικτιρεσ με ρυκμιηόμενθ βφκιςθ). Τα ςυςτιματα αυτά κυκλοφοροφν ςτο εμπόριο με οριςμζνθ ζνδειξθ ικανότθτασ οξειδϊςεωσ (παροχισ οξυγόνου). Θ παροχι οξυγόνου εξαρτάται από τθ νιτροποίθςθ και τθ ςτακεροποίθςθ. Συνεπϊσ είναι θ τρίτθ μεταβλθτι που πρζπει να ελζγξουμε και θ οποία εξαρτάται από τισ μεταβλθτζσ που επθρεάηουν αυτζσ τισ διεργαςίεσ. Τζλοσ, όπωσ παρουςιάηουμε ςτο ςχιμα 1.2, μετρϊντασ τισ μεταβλθτζσ α) BOD ειςόδου β) Αιωροφμενα ςτερεά ςτο ανάμεικτο υγρό τθσ τάφρου (MLSS) γ) τθσ κερμοκραςίασ τθσ τάφρου δ) του διαλυμζνου οξυγόνου ςτθν αερόβια ηϊνθ (DO) ε) τθσ ςυγκζντρωςθσ των νιτρικϊν (Ν0 3 ) ςτο τζλοσ τθσ αερόβιασ ηϊνθσ και ςτ) τθσ ςυγκζντρωςθσ τθσ αμμωνίασ (Ν-ΝΘ 3 ) επίςθσ ςτο τζλοσ τθσ αερόβιασ ηϊνθσ μποροφμε να ελζγξουμε τόςο τθν διεργαςία τθσ ςτακεροποίθςθσ όςο και τθσ νιτροποίθςθσ-απονιτροποίθςθσ που ςτθν πράξθ ςθμαίνει ζλεγχοσ ανακυκλοφορίασ υγροφ από τθν αερόβια ηϊνθ ςτθν ανοξικι ηϊνθ, τθσ ανακυκλοφορίασ ιλφοσ από τθν δευτεροβάκμια κακίηθςθ ςτθν είςοδο τθσ τάφρου και τζλοσ τθσ παροχισ οξυγόνου. 1.4 Αςαφήσ έλεγχοσ Το ςφςτθμα που αναλφςαμε προθγουμζνωσ είναι ζνα μθ γραμμικό ςφςτθμα κι αυτό γιατί οι μεταβλθτζσ ειςόδου του εκτόσ του ότι επθρεάηουν τισ μεταβλθτζσ εξόδου είναι αλλθλζνδετεσ και επθρεάηουν θ μία τθν άλλθ. Ρριν από χρόνια θ εξομοίωςθ και ο ζλεγχοσ αυτϊν των ςυςτθμάτων ςτθρίηονταν ςε εργαςτθριακζσ μετριςεισ όπου μετά τθν πάροδο ενόσ ςθμαντικοφ χρονικοφ διαςτιματοσ είχαμε τθν λιψθ μιασ απόφαςθσ ελζγχου. Αυτό οφείλετο ςτο ότι οι διάφορεσ μετριςεισ των βαςικϊν μεταβλθτϊν π.χ. MLSS, ΝΘ 3 κ.α. εγίνοντο εργαςτθριακά και αυτό απαιτοφςε μεγάλο χρονικό διάςτθμα με αποτζλεςμα να 22

28 Κεφάλαιο 1 χάνεται ο ζλεγχοσ ςε αυτά τα χρονικά διαςτιματα. Με τθν ανάπτυξθ αξιόπιςτων και ακριβϊν οργάνων μζτρθςθσ, ο ζλεγχοσ πιρε άλλθ πορεία. Οι χειριςτζσ ζχοντασ αυτζσ τισ μετριςεισ μποροφςαν να αντιδράςουν ςτιγμιαία προβαίνοντασ ςε κάποιεσ ενζργειεσ ελζγχου με αποτζλεςμα να ζχουμε ςθμαντικι βελτίωςθ τθσ απόδοςθσ αυτϊν των ςυςτθμάτων. Ζτςι λοιπόν, αναπτφχκθκε ζνασ χειροκίνθτοσ ζλεγχοσ που είχε ςθμαντικά αποτελζςματα. Στθ ςυνζχεια ακολοφκθςαν και τα πρϊτα μακθματικά πρότυπα. Τα πρότυπα όμωσ αυτά είναι μθ γραμμικά ενϊ υπάρχει και μια άμεςθ εξάρτθςθ από διάφορουσ παράγοντεσ π.χ. θ κερμοκραςία, οι οποίοι ειςάγουν μια πολφ μεγάλθ διαταραχι που δεν μπορεί να αγνοθκεί. Για να αντιμετωπιςτοφν επομζνωσ αυτζσ οι διαταραχζσ απαιτείται θ χριςθ ενόσ εποπτεφοντοσ ςυςτιματοσ ελζγχου του οποίου τα χαρακτθριςτικά κα είναι: Ακριβι και επιτυχι δυναμικά πρότυπα λειτουργίασ (μθ γραμμικά) Ρλιρεισ και ακριβείσ πλθροφορίεσ ςχεδιαςμοφ και λειτουργίασ Επαρκείσ και ακριβείσ ςτόχοι απόδοςθσ Θ ανάπτυξθ όμωσ επακριβϊν δυναμικϊν προτφπων λειτουργίασ ςτισ εγκαταςτάςεισ επεξεργαςίασ αποβλιτων προςκροφει ςτο γεγονόσ ότι μεγάλοσ όγκοσ πλθροφοριϊν που χρθςιμοποιοφνται βαςίηεται ςε ανακριβι, πικανολογικά ι και μθ αρικμθτικά φαινόμενα όπωσ π.χ. θ εμφάνιςθ αφροφ ςτισ δεξαμενζσ ιλφοσ. Θ χρθςιμότθτα επίςθσ μερικϊν προτφπων, ςε ςυγκεκριμζνεσ εγκαταςτάςεισ είναι περιοριςμζνθ, εξαιτίασ των μεγάλων όγκων και των μεταβαλλόμενων χρόνων αναμονισ ςτισ επιμζρουσ μονάδεσ, που ζχουν ωσ αποτζλεςμα τθν αργι δυναμικι απόκριςθ του ςυςτιματοσ ςτισ διαταραχζσ λειτουργίασ. Θ διαχείριςθ των υπόλοιπων πλθροφοριϊν δθλαδι των διαταραχϊν μπορεί να επιτευχκεί με τθν ανάπτυξθ ενόσ ζμπειρου ςυςτιματοσ το οποίο χρθςιμοποιεί μεκόδουσ ελζγχου που βαςίηονται ςε ευρετικοφσ ζμπειρουσ κανόνεσ, δθλαδι περνάμε ςτον Αςαφι Ζλεγχο. Ζνα τζτοιο ςφςτθμα ζχει τθν ικανότθτα, χρθςιμοποιϊντασ τισ ςυνεχείσ μετριςεισ των οργάνων και βαςιηόμενο ςτθν εμπειρία του χειριςτι να μπορεί να εκτελζςει τισ ενζργειεσ που κα ζκανε ο ίδιοσ. Με βάςθ τα παραπάνω αναπτφχκθκε ζνα ζμπειρο-αςαφζσ ςφςτθμα ελζγχου τθσ βιολογικισ επεξεργαςίασ ςτο εργαςτιριο. Με αυτό επιτεφχκθκαν τα δφο πιο βαςικά ςτοιχεία ςτθν ανάλυςθ και δθμιουργία ενόσ ςυςτιματοσ: α)τθν εντόσ 23

29 Κεφάλαιο 1 γραμμισ δυναμικι παρακολοφκθςθ όλων των πιο κρίςιμων μεταβλθτϊν του ςυςτιματοσ και β) με τθν χριςθ ζμπειρων-αςαφϊν γλωςςικϊν κανόνων τθν πλιρθ αυτοματοποίθςθ του ςυςτιματοσ. Ρρόκειται λοιπόν για ζνα ςφςτθμα το οποίο βαςίηεται ςτθν αναπαραγωγι τθσ ανκρϊπινθσ ευφυΐασ και γνϊςθσ με ςκοπό τθν πλιρθ αυτοματοποίθςθ του ςυςτιματοσ. 24

30 Κεφάλαιο 2 Κεφάλαιο 2 ΕΞΟΠΛΙΜΟ ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΗ ΔΙΑΣΑΞΗ 2.1 Ειςαγωγή Στα πλαίςια αυτισ τθσ διπλωματικισ εργαςίασ, όπωσ αναφζραμε, είναι θ αναβάκμιςθ του εξοπλιςμοφ και του λογιςμικοφ τθσ εργαςτθριακισ άςκθςθσ «Ζμπειροσ-Αςαφισ ζλεγχοσ βιολογικοφ αντιδραςτιρα» του εργαςτθρίου Συςτθμάτων και Αυτομάτου Ελζγχου. Θ αναβάκμιςθ του εξοπλιςμοφ κρίκθκε αναγκαία για δφο λόγουσ : α) γιατί δεν κα μποροφςαμε να προχωριςουμε ςτθν αναβάκμιςθ μόνο του λογιςμικοφ χωρίσ αναβάκμιςθ του εξοπλιςμοφ και β) για να μθν αιςκάνεται ο φοιτθτισ που λαμβάνει μζροσ ςτθν εργαςτθριακι άςκθςθ ότι ζρχεται ςε επαφι με παλιά τεχνολογία, κάτι που κα είχε ωσ αποτζλεςμα τθν ζλλειψθ ενδιαφζροντοσ του κατά τθ διεξαγωγι τθσ άςκθςθσ αλλά και τθν περαιτζρω εναςχόλθςθ του με αυτό το αντικείμενο. Στο κεφάλαιο αυτό, λοιπόν, γίνεται μια παρουςίαςθ του νζου εξοπλιςμοφ που χρθςιμοποιιςαμε για τθν ανάπτυξθ του Ζμπειρου και Αςαφοφσ ελεγκτι κακϊσ γίνεται και μια περιλθπτικι αναφορά ςτο παλιό ςφςτθμα. 2.2 Περιγραφή παλιάσ πειραματικήσ διάταξησ Ρριν προχωριςουμε ςτθν παρουςίαςθ του νζου εξοπλιςμοφ κα πρζπει να αναφζρουμε λίγα λόγια για το ςφςτθμα που λειτουργοφςε μζχρι τϊρα. Θ υλοποίθςθ του αςαφοφσ ελεγκτι είχε γίνει με το λογιςμικό PROFUZZY τθσ SIEMENS. Το λογιςμικό αυτό ιταν εγκατεςτθμζνο ςε προςωπικό υπολογιςτι (PC) 486/100 Mhz ςε περιβάλλον MS-DOS. Για τθν εντόσ γραμμισ εκτζλεςθ του ελεγκτι χρθςιμοποιιτο ζνα PLC SIMATIC S5-115U με CPU 941b. 25

31 Κεφάλαιο 2 Ππωσ αναφζραμε ςτο κεφάλαιο 1, ο βιολογικόσ αντιδραςτιρασ ζχει ζξι ειςόδουσ και τρείσ εξόδουσ, τισ οποίεσ ζπρεπε να ελζγξουμε, όπωσ ορίηονται ςτουσ πίνακεσ 2.1 και 2.2. ΤΑΞΗ ΕΙΣΟΔΟΥ ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΕΙΓΑΦΗ 1) 1 θ D(BOD) 2 θ MLSS Αντιμετώπιςθ οργανικοφ φορτίου(bod ΕΙΣΟΔΟΥ BOD ΕΞΟΔΟΥ ) Συγκζντρωςθ των αιωροφμενων ςτερεών ςτο ανάμεικτο υγρό ΜΟΝΑΔΑ ΜΕΤΗΣΗΣ mg/l mg/l 3 θ TEMP 4 θ DO 5 θ N-NH 3 6 θ N-NO 3 Θερμοκραςία ςτο εςωτερικό τθσ τάφρου Συγκζντρωςθ του διαλυμζνου οξυγόνου ςτθν αερόβια ηώνθ Συγκζντρωςθ τθσ αμμωνίασ ςτθν ζξοδο τθσ αερόβιασ ηώνθσ Συγκζντρωςθ των νιτρικών ςτθν ζξοδο τθσ αερόβιασ ηώνθσ 0 C mg/l mg/l mg/l Ρίνακασ 2.1 Κακοριςμόσ των ειςόδων του αςαφι ελεγκτι ΤΑΞΗ ΕΞΟΔΟΥ ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΕΙΓΑΦΗ 1 θ PROoxygen 2 θ Rsludge 3 θ Rml Ραρεχόμενο οξυγόνο ςτθν αερόβια ηώνθ Ανακυκλοφορία λάςπθσ Ανακυκλοφορία ανάμεικτου υγροφ Ρίνακασ 2.2 Κακοριςμόσ των εξόδων του αςαφι ελεγκτι Σφμφωνα με τθν παλιά διάταξθ, μζςω του PROFUZZY και ςτο περιβάλλον του PC υλοποιικθκε ο αςαφισ ελεγκτισ δθλαδι ο προςδιοριςμόσ των ειςόδων, των 26

32 Κεφάλαιο 2 εξόδων και των κανόνων. Ζπειτα, αυτό το project του PROFUZZY μεταφζρκθκε ςτο PLC και είχαμε τθν εντόσ γραμμι λειτουργία του ελεγκτι. Στθν ουςία μζςω του PROFUZZY ςχεδιάςτθκε ο ελεγκτισ και το PLC ιταν θ μονάδα εκτζλεςθσ. Αναλυτικότερα για τισ ειςόδουσ, τισ εξόδουσ και τουσ κανόνεσ, όςον αφορά το λογιςμικό κα μιλιςουμε ςε επόμενο κεφάλαιο. 2.3 Προςωπικόσ υπολογιςτήσ (PC) Ππωσ αναφζραμε για τθν υλοποίθςθ του ελεγκτι χρειαηόμαςτε ζνα PC ςτο οποίο εγκακιςτοφμε τα απαραίτθτα λογιςμικά για τθν δθμιουργία του αςαφοφσ ελεγκτι αλλά και το λογιςμικό για τον προγραμματιςμό του PLC. Τα λογιςμικά που χρθςιμοποιιςαμε εμείσ, είναι το FUZZY CONTROL ++ V6 τθσ SIEMENS για το ςχεδιαςμό του αςαφοφσ ελεγκτι, θ STEP-7 ςειρά 5.4 τθσ SIEMENS για τον προγραμματιςμό του PLC και το SIMATIC-NET 2006 τθσ SIEMENS που είναι υπεφκυνο για τθν επικοινωνία των δφο προθγουμζνων λογιςμικϊν. Αρχικά λοιπόν αντικαταςτιςαμε το 13 ετϊν PC που χρθςιμοποιιτο μζχρι ςιμερα ςτο εργαςτιριο, με ζνα νζο Pentium 3 τθσ INTEL που λειτουργεί ςτα 2.6 Ghz και ςε περιβάλλον windows XP. Επίςθσ, εγκαταςτιςαμε ςτο νζο PC, floppy disk drive γιατί τα λογιςμικά που αναφζρκθκαν παραπάνω και γενικά τα περιςςότερα λογιςμικά τθσ SIEMENS, για να λειτουργιςουν χρειάηεται να εγκαταςτακοφν οι κωδικοί-κλειδιά. Τα «κλειδί» για κάκε λογιςμικό ζρχεται μαηί με το πακζτο με τα cd εγκατάςταςθσ του και βρίςκεται είτε ςε διςκζτα floppy είτε ςε USB flash. Εικόνα 2.1 Αντικατάςταςθ PC 27

33 Κεφάλαιο PLC Ππωσ αναφζραμε, ο ζλεγχοσ υλοποιείται από τον προγραμματιηόμενο λογικό ελεγκτι (PLC), ενϊ ο ςχεδιαςμόσ του αςαφοφσ ελεγκτι γίνεται από το ανάλογο λογιςμικό. Αντικαταςτιςαμε λοιπόν το παλιό PLC με ζνα PLC νζασ γενιάσ ςειράσ S7-300 και με CPU 314-1AG13-OABO το οποίο για τθ λειτουργία του χρειάηεται τροφοδοςία 24V dc και γι αυτό χρθςιμοποιιςαμε αντίςτοιχο τροφοδοτικό. To PLC ςυνδζεται με το PC μζςω αντάπτορα 6ΕS CB20-0XA0 ςε κφρα usb και ονομάηεται MPI ςφνδεςθ. Ο αντάπτορασ ζχει κι αυτόσ ζνα λογιςμικό εγκατάςταςθσ το οποίο πρζπει να εγκαταςτιςουμε ςτο PC για να τον αναγνωρίηει χωρίσ ςφάλμα. Εικόνα 2.2 Αντικατάςταςθ PLC Στθ STEP-7 τϊρα, όπου προγραμματίηουμε το PLC, το πρϊτο πράγμα που κάνουμε, αφοφ δθμιουργιςουμε καινοφργιο project (Proj-1), είναι να δθλϊςουμε το υλικό (δθλαδι τθ CPU, τισ κάρτεσ ειςόδων-εξόδων κ.α.) που χρθςιμοποιοφμε ςτο παράκυρο του hardware configuration. O ςυγκεκριμζνοσ τφποσ τθσ CPU που χρθςιμοποιιςαμε δεν υπάρχει ςτον κατάλογο τθσ STEP-7 και χρειάςτθκε να κατεβάςουμε από το site τθσ SIEMENS ζνα αρχείο το οποίο ενθμερϊνει τον κατάλογο και εμφανίηει τον ςυγκεκριμζνο τφπο CPU. Θ ενζργεια αυτι γίνεται μζςω τθσ εντολισ install HW updates όπωσ φαίνεται ςτθν εικόνα 2.3. Αν δεν δθλϊςουμε ςωςτά τθ CPU αλλά και το υπόλοιπο υλικό που χρθςιμοποιοφμε ζχουμε εςφαλμζνθ λειτουργία του PLC και ανάβει το κόκκινο led που βρίςκεται πάνω και αριςτερά ςτθ CPU. Το project που δθμιουργιςαμε, μζςω τθσ εντολισ download 28

34 Κεφάλαιο 2 γίνεται εκτελζςιμο από το PLC, ςτθν ουςία κατεβαίνει από τθν περιοχι ςχεδιαςμοφ ςτο ίδιο το PLC. Εικόνα 2.3 Hardware configuration 2.4 Εξομοίωςη και ταμπλό ςημάτων ειςόδων-εξόδων Είςοδοι ςυςτιματοσ Ππωσ ξζρουμε το ςφςτθμα μασ ζχει ζξι ειςόδουσ και τρείσ εξόδουσ. Οι ζξι μεταβλθτζσ των ειςόδων ςε ζνα πραγματικό βιολογικό αντιδραςτιρα είναι ζξοδοι κάποιων αιςκθτιρων οι οποίοι ζχουν τοποκετθκεί μζςα ςτθ διαδικαςία. Στο ςχιμα 1.2 μποροφμε να δοφμε τθ κζςθ αυτϊν των αιςκθτιρων μζςα ςτθ διεργαςία. Οι τιμζσ όμωσ αυτϊν των μεταβλθτϊν είναι αναλογικζσ. Συνεπϊσ οι ζξοδοι αυτϊν των αιςκθτιρων κα είναι αναλογικά θλεκτρικά ςιματα είτε τάςθσ, είτε ρεφματοσ. Οι περιοχζσ τιμϊν αυτϊν των αναλογικϊν τάςεων ι ρευμάτων που εξζρχονται από τουσ αιςκθτιρεσ είναι τυποποιθμζνεσ. Ζτςι, για ρεφματα ζχουμε μια περιοχι τιμϊν από 4-20 ma ενϊ για τισ τάςεισ ζχουμε, 0..10V, V, -1..1V, -50mV..50mV, - 500mV..500mV κ.α. Οποιαδιποτε λοιπόν τιμι τθσ φυςικισ ποςότθτασ π.χ. τθσ 29

35 Κεφάλαιο 2 κερμοκραςίασ ςε ο C, αντιςτοιχεί ςε κάποια τιμι τάςθσ ι ρεφματοσ. Αυτά τα αναλογικά ςιματα των αιςκθτιρων οδθγοφνται ςε μια αναλογικι κάρτα ειςόδου του PLC. Αυτό που αξίηει να ςθμειϊςουμε ςτθν παροφςα φάςθ είναι ότι κάκε μεταβλθτι ζχει ζνα υπερςφνολο αναφοράσ, π.χ. για τθν κερμοκραςία-μεταβλθτι TEMP ορίηουμε ζνα υπερςφνολο αναφοράσ ο C. Ο αιςκθτιρασ όμωσ, δίνει μια τάςθ ωσ ζξοδο θ οποία αντιςτοιχεί ςε μια τιμι τθσ φυςικισ μεταβλθτισ π.χ. 12 ο C για -60mV. Άρα το υπερςφνολο αναφοράσ που ζχουμε ορίςει για τθν φυςικι μεταβλθτι πρζπει να αντιςτοιχεί ςτο ςφνολο τάςεων που δίνει ωσ ζξοδο ο αιςκθτιρασ. Δθλαδι το υπερςφνολο ο C αντιςτοιχεί ςτα -50mV +50mV που δίνει ο αιςκθτιρασ ωσ ζξοδο. Στο εργαςτιριο ζχει καταςκευαςτεί μια διάταξθ θ οποία αναπαριςτά τθ λειτουργία των αιςκθτιρων. Αυτι θ διάταξθ είναι μια ςυνδεςμολογία τροφοδοςίασ 6 τάςεων θ οποία περιλαμβάνει το ταμπλό ειςόδων-εξόδων και ζνα τροφοδοτικό. Αναλυτικότερα θ διάταξθ αυτι μασ δίνει για τισ πρϊτεσ τζςςερισ μεταβλθτζσ (D(BOD), MLSS, TEMP, DO) τάςεισ -50mV..+50mV ενϊ για τισ δφο τελευταίεσ -1V..+1V. H μεταβολι του ςιματοσ ειςόδου τόςο από τα -50mV...+50mV όςο και από τα -1V...+1V επιτυγχάνεται με ροοςτάτεσ που βρίςκονται πάνω ςτο ταμπλό. Ζτςι, με αυτόν τον τρόπο ο χριςτθσ, ρυκμίηοντασ ζξι ροοςτάτεσ ςτουσ οποίουσ προςαρμόςαμε κλίμακεσ ζνδειξθσ των φυςικϊν ποςοτιτων των μεταβλθτϊν, αναλαμβάνει το ρόλο του ςυςτιματοσ και μπορεί να ειςάγει ςτον αςαφι ελεγκτι οποιοδιποτε ςυνδυαςμό των ειςόδων. Φυςικά δεν επιτυγχάνουμε μια δυναμικι ςυμπεριφορά αφοφ οι μεταβλθτζσ ειςόδου εξαρτϊνται θ μια από τθν άλλθ, αλλά με αυτόν τον τρόπο μποροφμε να ζχουμε ζναν πιλοτικό οδθγό ο οποίοσ μασ βοθκάει να εκμάκουμε ςε ςφντομο χρονικό διάςτθμα τισ ενζργειεσ ελζγχου που πρζπει να γίνονται όταν το ςφςτθμα ειςζλκει ςε μια ςυγκεκριμζνθ κατάςταςθ. Διακόπτθσ DPDT Ππωσ παρατθροφμε ζχουμε μια αλλαγι του προςιμου τθσ τάςθσ. Για να είναι ςυνεχισ θ μεταβολι τθσ τάςθσ το ταμπλό είναι εφοδιαςμζνο με διακόπτθ DPDT με τθν βοικεια του οποίου μποροφμε να ζχουμε μια αλλαγι του προςιμου τθσ τάςθσ που εφαρμόηεται ςτο ροοςτάτθ. Αρκεί να περιγράψουμε μια είςοδο π.χ. τθν 30

36 Κεφάλαιο 2 κερμοκραςία TEMP για να κατανοιςουμε τον τρόπο λειτουργίασ του διακόπτθ κακϊσ και το πϊσ επιτυγχάνεται θ ςυνεχισ μεταβολι. Ασ το δοφμε πιο αναλυτικά: Ππωσ γνωρίηουμε το υπερςφνολο αναφοράσ τθσ TEMP είναι ο C. Ζτςι ςφμφωνα με το πεδίο μεταβολισ τθσ τάςθσ ζχουμε 10 ο C=-50mV ενϊ 30 ο C=+50mV. Συνεπϊσ θ τιμι τάςθσ ίςθ με 0mV κα αντιςτοιχεί ςε 20 ο C ςτθ φυςικι ποςότθτα. Άρα το ςφνολο ο C αντιςτοιχεί ςε μια μεταβολι τθσ τάςθσ από -50mV..0mV ενϊ το ςφνολο o C αντιςτοιχεί ςε μεταβολι τθσ τάςθσ από 0mV +50mV. Μια πλιρθσ περιςτροφι του ροοςτάτθ μπορεί να υλοποιιςει ζνα από τα δφο αυτά πεδία τιμϊν τθσ τάςθσ. Για να υλοποιθκεί το δεφτερο κα πρζπει να ζχουμε μια αλλαγι προςιμου τθσ τάςθσ. Αυτιν τθν επιτυγχάνουμε με το διακόπτθ DPDT (δφο πόλων δφο δρόμων). Ο τρόποσ δράςθσ του διακόπτθ κακϊσ και θ ςφνδεςθ του ςτο ροοςτάτθ φαίνεται ςτο ςχιμα 2.1. ΔΙΑΚΟΡΤΘΣ DPDT Σχιμα 2.1 Κφκλωμα υλοποίθςθσ τθσ μεταβλθτισ ΤEMP Ππωσ βλζπουμε όταν ο διακόπτθσ είναι ςτθν πάνω κζςθ, όπωσ ςτο ςχιμα, τότε παίρνουμε το ςφνολο mV περιςτρζφοντασ το ροοςτάτθ από τθ κζςθ τζρμα δεξιά μζχρι τζρμα αριςτερά, αυτι θ μεταβολι αντιςτοιχεί ςε ο C τθσ κερμοκραςίασ. Αν γυρίςουμε το διακόπτθ DPDT ςτθν κάτω κζςθ και ενϊ ο ροοςτάτθσ βρίςκεται ςτθ κζςθ τζρμα αριςτερά, ζχουμε αρνθτικό πρόςθμο τθσ τάςθσ και παίρνουμε το ςφνολο -50mV..0V και περιςτρζφοντασ το διακόπτθ από τα αριςτερά προσ τα δεξιά θ κερμοκραςία μεταβάλλεται ο C. Ρρζπει να 31

37 Κεφάλαιο 2 αναφζρουμε ότι θ κλίμακα για κάκε κζςθ του ροοςτάτθ είναι γραμμικι επειδι ο ροοςτάτθσ είναι γραμμικόσ ενϊ θ ζνδειξθ μασ παρζχει τθν τιμι τθσ φυςικισ ποςότθτασ. Ζπειτα, θ τάςθ τροφοδοςίασ για όλεσ τισ ειςόδουσ είναι 2.3V και παρζχεται μζςω τροφοδοτικοφ ρυκμιςμζνο ςε αυτιν τθν τάςθ. Από τα 2.3V θ τάςθ φτάνει ςτα -50mV..+50mV και ςτα -1V..+1V με τθν ςφνδεςθ αντιςτάςεων ςε ςειρά όπωσ φαίνεται και ςτο ςχιμα 2.1. Δεδομζνου ότι θ ςυνολικι αντίςταςθ κάκε ροοςτάτθ είναι 1ΚΩ υπάρχει μια ςε ςειρά αντίςταςθ R1=39ΚΩ για κακεμία από τισ πρϊτεσ τζςςερισ ειςόδουσ των ±50mV και για τισ άλλεσ δφο των ±1V μια αντίςταςθ R2=1.5V. Ζξοδοι ςυςτιματοσ Για τισ τρείσ εξόδουσ τϊρα ακολουκεί θ ανάποδθ διαδικαςία. Ο ελεγκτισ (PLC) υπολογίηει τθν τιμι τθσ κάκε εξόδου με βάςθ τισ ειςόδουσ και με τρόπο που κα αναλφςουμε ςτθν ςυνζχεια. Ππωσ ξζρουμε θ ενεργοποίθςθ και ρφκμιςθ οριςμζνων μεταβλθτϊν μιασ διεργαςίασ γίνεται με τουσ ενεργοποιθτζσ. Με τουσ ενεργοποιθτζσ παρζχουμε κάποιεσ διορκωτικζσ τιμζσ ςε οριςμζνεσ μεταβλθτζσ τθσ διεργαςίασ που κζλουμε να ελζγξουμε. Θ ζξοδοσ αυτϊν των ενεργοποιθτϊν μπορεί να είναι είτε το κλείςιμο μιασ βαλβίδασ είτε και ζνα θλεκτρικό ςιμα που κα προκαλζςει μια μθχανικι κίνθςθ. Θ είςοδοσ τουσ όμωσ όταν αυτοί είναι ςυνδεδεμζνοι ςε PLC είναι ζνα θλεκτρικό ςιμα τάςθσ ι ρεφματοσ. Συνεπϊσ θ ζξοδοσ ενόσ ελεγκτι κα είναι ςιμα τάςθσ ι ρεφματοσ το οποίο ςτθ ςυνζχεια κα οδθγιςει κάποιον ενεργοποιθτι ςτθν υπό ζλεγχο διεργαςία. Ζτςι, και ςτο παράδειγμά μασ ορίςαμε οι ζξοδοι μασ να είναι τρία αναλογικά ςιματα τάςθσ που ςτθ ςυνζχεια κα οδθγοφν τουσ αντίςτοιχουσ ενεργοποιθτζσ π.χ. για τθν καλφτερθ παροχι οξυγόνου μια αφξθςθ τθσ τάςθσ κα ζχει ωσ αποτζλεςμα μια μεγαλφτερθ βφκιςθ των διαχυτϊν αζρα ι μια αφξθςθ των ςτροφϊν περιςτροφισ του ςυμπιεςτι. Οι ςυνθκζςτερεσ περιοχζσ τιμϊν που παρζχονται από αναλογικζσ κάρτεσ για ςιμα ρεφματοσ είναι 4-20mA και ςιμα τάςθσ -10V +10V. Ππωσ και για τισ ειςόδουσ, ζτςι και για τισ εξόδουσ ορίηουμε το υπερςφνολο αναφοράσ τουσ % και για τθν υλοποίθςθ τουσ το πεδίο τθσ τάςθσ εξόδου από τθν αναλογικι κάρτα εξόδου (κα αναφερκοφμε αναλυτικότερα ςε αυτι ςτθ 32

38 Κεφάλαιο 2 ςυνζχεια) του PLC είναι 0..10V. Για τθν παρατιρθςθ των εξόδων, ςτο ταμπλό ζχουν προςτεκεί τρία βολτόμετρα των οποίων θ κλίμακα ζνδειξθσ των τιμϊν τουσ βακμονομικθκε είτε ωσ ποςοςτό παροχισ οξυγόνου είτε ωσ ποςοςτό ανακυκλοφορίασ λάςπθσ είτε ωσ ποςοςτό ανάμεικτου υγροφ για κάκε μια ζξοδο αντίςτοιχα. Κατά αυτό τον τρόπο ο χριςτθσ μπορεί να παρατθριςει απευκείασ και με φυςικό τρόπο τισ ενζργειεσ ελζγχου που ςυμπεραίνονται από τον ελεγκτι. Στθν εικόνα 2.4 παρουςιάηεται το ταμπλό εξομοίωςθσ ειςόδων-εξόδων. Εικόνα 2.4 Ταμπλό εξομοίωςθσ 2.5 Αναλογικέσ κάρτεσ ειςόδων-εξόδων Ππωσ είπαμε και προθγουμζνωσ, για να οδθγιςουμε ειςόδουσ ςε ζνα PLC αλλά και να πάρουμε τισ αντίςτοιχεσ εξόδουσ που αυτό υπολογίηει, χρθςιμοποιοφμε κάρτεσ που ςτθ ςυγκεκριμζνθ εφαρμογι είναι αναλογικζσ λόγο τθσ φφςθσ των μεταβλθτϊν. Εμείσ χρθςιμοποιιςαμε τθν αναλογικι κάρτα ειςόδων SM 331-1KF01-0AB0 (εικόνα 2.5) θ οποία διακζτει οκτϊ κανάλια, κάκε κανάλι ζχει πζντε υποδοχζσ και δεν χρειάηεται ξεχωριςτι τροφοδοςία. Στθ ςυγκεκριμζνθ κάρτα για να 33

39 Κεφάλαιο 2 οδθγιςουμε ειςόδουσ που ζχουν πεδία τάςεων ±50mV, ±500mV και ±1V ςυνδζουμε τουσ ακροδζκτεσ ςτισ δφο τελευταίεσ υποδοχζσ κάκε καναλιοφ π.χ. τουσ ακροδζκτεσ (δφο καλϊδια που ςυνδζονται με το ροοςτάτθ) τθσ πρϊτθσ ειςόδου D(BOD) τουσ ςυνδζςαμε ςτθν τζταρτθ και πζμπτθ υποδοχι του καναλιοφ ζνα, οι ακροδζκτεσ τθσ δεφτερθσ ειςόδου ςτο κανάλι δφο ςτθν ζνατθ και δζκατθ υποδοχι και ανάλογα ςυνδζςαμε τισ υπόλοιπεσ τζςςερισ ςτα υπόλοιπα κανάλια. Για τισ εξόδουσ χρθςιμοποιιςαμε τθν κάρτα SM 332-5HD01-0AB0 (εικόνα 2.6) θ οποία ζχει τζςςερα κανάλια. Οι ακροδζκτεσ που οδθγοφν τισ εξόδουσ ςυνδζονται ςτισ υποδοχζσ π.χ. για τθν πρϊτθ ζξοδο 3 ι 4 (ο πρϊτοσ) και 5 ι 6(ο δεφτεροσ), είναι θ γνωςτι ςφνδεςθ εξόδου με 4 αγωγοφσ. Ππωσ δθλϊςαμε τθν CPU ςτο Hardware Configuration τθσ STEP-7, ζτςι δθλϊςαμε και τισ δφο αυτζσ αναλογικζσ κάρτεσ. Δεν χρειάςτθκε ενθμζρωςθ γιατί ο κατάλογοσ είχε τισ ςυγκεκριμζνεσ κάρτεσ. Στθ διλωςθ των καρτϊν πρζπει να ςυμπεριλάβουμε και τθ διλωςθ των πεδίων των τάςεων για κάκε κανάλι, δθλαδι για κάκε είςοδο και ζξοδο (±50mV,±1V για τισ ειςόδουσ και 0..10V για τισ εξόδουσ). Αφοφ κάνουμε λοιπόν τισ παραπάνω ενζργειεσ μζνει να κάνουμε download το project ςτο PLC μζςω τθσ αντίςτοιχθσ εντολισ. Ζπειτα μζςω τθσ εντολισ Monitor/Modify γίνεται ζνα δεφτερο download του project ςτο PLC και ζχουμε τθ δυνατότθτα να ελζγξουμε αν οι κάρτεσ ειςόδου-εξόδου λειτουργοφν κανονικά, κακϊσ και αν διαβάηουν ορκά τισ τιμζσ των τάςεων που δζχονται. Εικόνα 2.5 Κάρτα ειςόδων 34 Εικόνα 2.6 Κάρτα εξόδων

40 35 Κεφάλαιο 2

41 Κεφάλαιο 3 Κεφάλαιο 3 ΛΟΓΙΜΙΚΟ FUZZY CONTROL ++ V Ειςαγωγή Ραρόλο που θ ονομαςία Αςαφισ Λογικι δίνει τθν εντφπωςθ μιασ πολφπλοκθσ λογικισ, οι αρχζσ και οι κανόνεσ τθσ γίνονται γριγορα κατανοθτοί. Θ ζννοια τθσ αςάφειασ ωσ λογικι ειπϊκθκε αρχικά από τουσ Lukasiewicz και Black από το Θ δυαδικι κεωρία που ςτθρίηεται ςτισ δφο καταςτάςεισ (ναι/όχι, 1/0, αλικεια/ψζμα) ιταν και θ μόνθ πρακτικά εφαρμόςιμθ λογικι μζχρι τότε. Θ αδυναμία τθσ δυαδικισ κεωρίασ ςε πολλζσ περιπτϊςεισ, να περιγράψει όλεσ τισ καταςτάςεισ μιασ διεργαςίασ, ενόσ προβλιματοσ κ.λπ. οδιγθςε ςτθ γζννθςθ τθσ Αςαφοφσ Λογικισ (Σκεφτείτε τθν ερϊτθςθ: Ζνα αμάξι που κινείται με 60 χλμ/ϊρα είναι γριγορο ι αργό; - Ναι ι όχι;). To 1965 o Zadeh ειςιγαγε τθν αςαφι λογικι ςαν μια επζκταςθ τθσ κλαςςικισ δυαδικισ κεωρίασ και το 1973 ο Mamdani 35

42 Κεφάλαιο 3 χρθςιμοποίθςε τθν αςαφι λογικι ςε διαδικαςίεσ ελζγχου και οδθγικθκε τελικά ςτθν ανάπτυξθ του Αςαφοφσ Ελζγχου ωσ κλάδου τθσ Αςαφοφσ Θεωρίασ. Λίγα χρόνια αργότερα, το 1988, Ιάπωνεσ επιςτιμονεσ και μθχανικοί προχϊρθςαν ςε πρακτικι εφαρμογι τθσ αςαφοφσ λογικισ και προξζνθςαν το παγκόςμιο ενδιαφζρον. Από το 1991 και μετά θ αςαφισ λογικι χρθςιμοποιικθκε ςε ςθμαντικζσ εφαρμογζσ τόςο ςτισ Θ.Ρ.Α όςο και ςτθν Ευρϊπθ και είναι ςιμερα μια κακιερωμζνθ μζκοδοσ επίλυςθσ προβλθμάτων. Υπάρχουν πολλά πακζτα λογιςμικοφ τα οποία υποςτθρίηουν τθν ανάπτυξθ αςαφϊν ςυςτθμάτων και τα οποία είναι βαςιςμζνα κυρίωσ ςτο να απευκφνονται ςε γενικά ςυςτιματα. Σε μια ςυγκεκριμζνθ εφαρμογι όμωσ υπάρχουν πολλζσ δυςκολίεσ ςτθν προςαρμογι του λογιςμικοφ ςτο υπάρχον υλικό. Δεν είναι εξαιρετικά δφςκολο το να δθμιουργιςουμε ζνα αςαφζσ ςφςτθμα ςε γλϊςςα C θ άλλεσ γλϊςςεσ προγραμματιςμοφ. Το πρόβλθμα εμφανίηεται ςτθν βελτιςτοποίθςθ ι αναβάκμιςθ αυτοφ του ςυςτιματοσ π.χ. ςτθν ειςαγωγι νζων κανόνων, ειςόδων, εξόδων, ςυναρτιςεων ςυμμετοχισ κλπ. Γι αυτό και τα περιςςότερα πακζτα λογιςμικοφ όςον αφορά τα αςαφι ςυςτιματα, ζχουν φτάςει ςτο επίπεδο να δίνουν ςτο χριςτθ τθν δυνατότθτα να ςχεδιάςει ζνα αςαφι ελεγκτι με απλό τρόπο χωρίσ να περιπλζκεται με μακθματικά μοντζλα και δυςνόθτο προγραμματιςμό. Επίςθσ, του δίνουν τθ δυνατότθτα να επζμβει και να βελτιςτοποιιςει τον αςαφι ελεγκτι με εξίςου απλζσ διαδικαςίεσ. Ζνα τζτοιο πακζτο λογιςμικοφ είναι το FUZZY CONTOL ++ V6.0 (2008) τθσ SIEMENS που εμείσ χρθςιμοποιιςαμε για τθν ανάπτυξθαναβάκμιςθ του αςαφοφσ ελεγκτι, το οποίο είναι απόγονοσ του PROFUZZY που χρθςιμοποιοφταν μζχρι τϊρα ςτο εργαςτιριο. 3.2 Βαςικέσ έννοιεσ Αςαφήσ Λογικήσ και Ελέγχου O Ευφυισ Ζλεγχοσ (Intelligent Control) αληηκεηωπίδεη ην πξόβιεκα ηνπ ειέγρνπ δηαδηθαζηώλ κε ηξόπν πνπ δηαθέξεη ξηδηθά από ην ζπκβαηηθό έιεγρν. Ο Επθπήο Έιεγρνο βαζίδεηαη ζηε γνϊςθ θαη ηελ εμπειρία ηνπ αλζξώπνπ-ρεηξηζηή θαη δελ απαηηεί εμεηδηθεπκέλε γλώζε ηεο ειεγρόκελεο δηαδηθαζίαο. Μπνξνύκε, ζπλεπώο, λα 36

43 Κεφάλαιο 3 ζεωξήζνπκε ηνλ Επθπή Έιεγρν ωο κηα από ηηο πξώηεο ηερληθέο ειέγρνπ ρωξίο πξόηππν. Τα Ευφυι Συςτικατα κατατάςςονται ανάλογα κε τθν ικανότθτά τουσ να ςυκπεραίνουν τθ δράςθ ελζγχου από εκπειρικζσ υποδείξεισ και χωρίσ αναφορά ςε κικροςκοπικά πρότυπα τθσ ελεγχόκενθσ διαδικαςίασ. Αυτι είναι και θ βαςικι διαφορά τουσ από τα ςυκβατικά ςυςτικατα. Οι ευφυείσ ελεγκτζσ χαρακτθρίηονται από τισ εξισ ιδιότθτεσ: ελζγχουν τον ίδιο χϊρο κατάςταςθσ, βαςίηονται ςε παράλλθλα κατανεκθκζνουσ ςυνειρκικοφσ επεξεργαςτζσ, εξαςφαλίηουν γενίκευςθ και κωδικοποιοφν και επεξεργάηονται αςαφι δεδοκζνα. Είναι χριςικο εδϊ να ςθκειϊςουκε τα χαρακτθριςτικά που κα πρζπει να υποςτθρίηει κάκε αρχιτεκτονικι Ευφυοφσ Συςτικατοσ και ςτα οποία ςυκπεριλακβάνονται τα εξισ: Η νξζόηεηα (correctness) είναι θ ικανότθτα εκτζλεςθσ των λειτουργικϊν απαιτιςεων του ςυςτικατοσ κε απόλυτθ αςφάλεια. Θ ςκεναρότθτα ι ευρωςτία (robustness) είναι θ ικανότθτα του ςυςτικατοσ να παρακζνει λειτουργικό κάτω από απρόβλεπτεσ και αντίξοεσ ςυνκικεσ είτε αυτζσ είναι ενδογενείσ ι εξωγενείσ. Σε κάκε επίπεδο τθσ ιεραρχίασ κα πρζπει να υπάρχει το απαραίτθτο περικϊριο για τθν αντικετϊπιςθ προςωρινϊν αναγκϊν. Θ επεκταςικότθτα (extendibility) είναι θ ικανότθτα τθσ αρχιτεκτονικισ να επιτρζπει επζκταςθ τόςο του υλικοφ όςο και του λογιςκικοφ χωρίσ επαναςχεδιαςκό του ςυςτικατοσ. Θ επαναχρθςικότθτα (reusability) είναι θ ικανότθτα τθσ αρχιτεκτονικισ να χρθςικοποιεί τα ίδια υπολογιςτικά υποςυςτικατα (ειδικά το λογιςκικό) ςε διαφορετικζσ αλλά παρόκοιεσ εφαρκογζσ. Για να επιτφχουκε αυτά τα χαρακτθριςτικά, θ αρχιτεκτονικι του ςυςτικατοσ κα πρζπει να είναι ανοικτι. Τα ευφυι ςυςτιματα χρθςιμοποιοφν κατά κανόνα μια ςυλλογι από εμπειρικά και μθ, γεγονότα κοινισ λογικισ κακϊσ και άλλων μορφϊν γνϊςθσ, ςε ςυνδυαςμό με μεκόδουσ ςυλλογιςμοφ για να ςυνάγουν ςυμπεράςματα ςχετικά με τισ απαιτοφμενεσ δράςεισ ελζγχου ςτθν ελεγχόμενθ διαδικαςία. Βαςικό 37

44 Κεφάλαιο 3 χαρακτθριςτικό των ςυςτθμάτων αυτϊν είναι ότι είναι ικανά να ςυνάγουν αποφάςεισ από ελλιπι, ανακριβι και αβζβαια δεδομζνα και ζχουν εφαρμογι: για το ςχεδιαςμό ςυςτθμάτων εκηόρ-γπαμμήρ και τον ζλεγχο και διαχείριςθ βιομθχανικϊν διαδικαςιϊν και τθ διάγνωςθ βλαβϊν εξοπλιςμοφ ενηόρ-γπαμμήρ Θ ανάπτυξθ ενόσ Αςαφοφσ Ελεγκτι, που ανικει ςτα Ευφυι Συςτιματα, βαςίηεται ςε μεκόδουσ αναπαράςταςθσ τθσ γνϊςθσ και μθχανιςμοφσ ανεφρεςθσ αποφάςεων Αςαφοφσ Λογικισ. Οι κανόνεσ, που είναι κατάλλθλα κωδικοποιθμζνοι, καταχωροφνται ςε μια βάζη γνώζης και τα δεδομζνα τθσ διαδικαςίασ (μετριςεισ των μεταβλθτϊν, παράμετροι, ςυντελεςτζσ αιςκθτιρων και ενεργοποιθτϊν τθσ ελεγχόμενθσ διαδικαςίασ) ςε μια Βάζη Γεδομένφν Πραγμαηικού Χρόνοσ (Real Time Data Base). «Ο πυρινασ ενόσ Αςαφοφσ Ελεγκτι είναι ο μησανιζμόρ ζςμπεπαζμού, ικανόσ να ςυμπεραίνει και να υποςτθρίηει τισ αποφάςεισ που εξάγει.» Εικόνα 3.1 Σχεδιάγραμμα Λειτουργίασ Αςαφοφσ Ελεγκτι Σε αυτό το ςθμείο κρίνεται απαραίτθτο να κάνουμε μια περιλθπτικι αναφορά ςτισ βαςικζσ ζννοιεσ τθσ αςαφοφσ λογικισ και τθ ςφνδεςθ τθσ με τον ζλεγχο. Ριο αναλυτικά: 38

45 Κεφάλαιο 3 Αςαφι Σφνολα και Συνάρτθςθ Συμμετοχισ Στθν κλαςςικι κεωρία ςυνόλων, κάκε ςτοιχείο μπορεί να ανικει ι να μθν ανικει ςε ζνα ςφνολο. Θ ςυμμετοχι, λοιπόν, ενόσ ςτοιχείο είναι περιοριςμζνθ ςε δφο καταςτάςεισ-τιμζσ (ναι/όχι, 1/0, αλικεια/ψζμα). Σφνολα που περιζχουν ςτοιχεία με δυαδικζσ ςυναρτιςεισ ςυμμετοχισ τουσ ονομάηονται μθ-αςαφι ςφνολα. Τα αςαφι ςφνολα, από τθν άλλθ, επιτρζπουν ςτισ ςυναρτιςεισ ςυμμετοχισ να πάρουν και ενδιάμεςεσ τιμζσ και γι αυτό κεωρείται ότι εξομοιϊνουν τθν ανκρϊπινθ ςχζψθ. Θ αςαφισ λογικι (fuzzy logic) είναι ζνα υπερςφνολο τθσ κλαςςικισ λογικισ, θ οποία ζχει επεκτακεί ζτςι ϊςτε να μπορεί να χειριςτεί τιμζσ αλθκείασ μεταξφ του «απολφτωσ αλθκοφσ» και του «απολφτωσ ψεφδουσ». Οι άνκρωποι χρθςιμοποιοφν τθν λογικι τθσ ςταδιακισ μετάβαςθσ μεταξφ δφο καταςτάςεων και όχι τόςο τθσ δυαδικισ. Ζνα αντικείμενο, λοιπόν, μπορεί να ανικει μερικώσ ςε ζνα αςαφζσ ςφνολο. Ο βακμόσ ςυμμετοχισ ςτο ςφνολο ονομάηεται ςυνάρτθςθ ςυμμετοχισ (membership function f(x)) και ζχουμε τισ εξισ περιπτϊςεισ: f(x)=0 το αντικείμενο δεν ανικει ςτο ςφνολο f(x)=1 είναι ςίγουρα μζλοσ του ςυνόλου Οι υπόλοιπεσ τιμζσ για τθν f(x) δείχνουν το βακμό ςυμμετοχισ Θ αςάφεια μπορεί να ειςαχκεί ςτθ κεωρία των ςυνόλων, αν γενικευτεί θ χαρακτθριςτικι ςυνάρτθςθ για να λαμβάνει άπειρο αρικμό τιμϊν ςτο διάςτθμα [0,1]. Σχιμα 3.1 Ραραδείγματα τριγωνικοφ και τραπεηοειδών αςαφών ςυνόλων 39

46 Κεφάλαιο 3 Αςαφζσ Σφνολο (fuzzy set) A είναι ζνα ςφνολο διατεταγμζνων ηευγϊν (x, μ Α (x)) όπου x ανικει ςτο Χ και μ Α (x) ανικει ςτο [0,1]. Το ςφνολο Χ αποτελεί ζνα ευρφτερο ςφνολο αναφοράσ που περιλαμβάνει όλα τα αντικείμενα ςτα οποία μπορεί να γίνει αναφορά. Θ τιμι μ Α (x) λζγεται βακμόσ αλθκείασ (degree of truth), ςυμβολίηει το βακμό τθσ ςυγγζνειασ του x ςτο Α και παίρνει τιμζσ ςτο διάςτθμα *0,1+. Θ ςυνάρτθςθ μ Α (x) ονομάηεται ςυνάρτθςθ ςυμμετοχισ ι ςυγγζνειασ (membership function) και ςτθν πράξθ μπορεί να προζρχεται από: a. Υποκειμενικζσ εκτιμιςεισ b. Ρροκακοριςμζνεσ και απλοποιθμζνεσ μορφζσ c. Συχνότθτεσ εμφανίςεων και πικανότθτεσ d. Φυςικζσ μετριςεισ e. Διαδικαςίεσ μάκθςθσ και προςαρμογισ (ςυνικωσ με νευρωνικά δίκτυα) Θ αςαφισ κεωρία ςυνόλων μεταπίπτει ςτθν αντίςτοιχθ κλαςςικι, όταν οι δυνατζσ τιμζσ τθσ ςυνάρτθςθσ ςυμμετοχισ είναι μόνο 0 ι 1. Το ζύνολο ζηήπιξηρ (support set) ενόσ αςαφοφσ ςυνόλου Α είναι το ςφνολο των ςτοιχείων του υπερςυνόλου αναφοράσ Φ για το οποίο μ Α (x) >0. Ζνα αςαφζσ ςφνολο ουςιαςτικά είναι θ απεικόνιςθ του ςυνόλου ςτιριξθσ ςτο κλειςτό διάςτθμα *0,1+. Ωσ παράδειγμα, θ ςυνάρτθςθ ςυμμετοχισ του αςαφοφσ ςυνόλου Α={σαμηλή} ςτο υπερςφνολο αναφοράσ των κετικϊν ακζραιων αρικμϊν από *0,100+ που αναφζρεται ςε κερμοκραςία μπορεί, εναλλακτικά να ζχει διακριτζσ τιμζσ, όπωσ: μ Α (0)= μ Α (5)= μ Α (10)= μ Α (15)= μ Α (20)=1,0 μ Α (25)=0,9 μ Α (30)=0,8 μ Α (35)=0,6 μ Α (40)=0,3 μ Α (45)=0,1 μ Α (50)= μ Α (55)=... μ Α (100)=0. Επίςθσ μπορεί εναλλακτικά να εκφραςτεί ωσ το διακριτό αςαφζσ ςφνολο: μ Α (x)= { / ,9/25 + 0, , , }. Λεκτικζσ Μεταβλθτζσ Οι τιμζσ μιασ αςαφοφσ μεταβλθτισ (fuzzy variable) μποροφν να κεωρθκοφν ετικζτεσ (labels) αςαφϊν ςυνόλων. Eτςι, για παράδειγμα, θ ΘΕΜΟΚΑΣΙΑ ςε 40

47 Κεφάλαιο 3 κάποιο ςθμείο μιασ διαδικαςίασ μπορεί να κεωρθκεί ωσ αςαφισ μεταβλθτι που μπορεί να πάρει λεκτικζσ τιμζσ Κανονικι, Χαμθλι, Μζςθ, Υψθλι και πολφ_υψθλι. Οι λεκτικζσ τιμζσ αυτζσ μποροφν εφκολα να περιγραφοφν και να υπολογιςτοφν με αςαφι ςφνολα όπωσ κα φανεί ςτθ ςυνζχεια. Τα αςαφι ςφνολα και οι λεκτικζσ μεταβλθτζσ χρθςιμοποιοφνται για να εξθγιςουν ποςοτικά ζννοιεσ τθσ φυςικισ γλϊςςασ, τα οποία μποροφμε ςτθ ςυνζχεια να χειριςτοφμε. Οι λεκτικζσ μεταβλθτζσ χρθςιμοποιοφνται ςτουσ εμπειρικοφσ κανόνεσ. Γενικότερα, οι τιμζσ μιασ αςαφοφσ μεταβλθτισ μπορεί να είναι προτάςεισ ςε κάποια προδιαγεγραμμζνθ γλϊςςα με ςυνδυαςμό αςαφϊν μεταβλθτϊν, λεκηικών πεπιγπαμμάηυν (linguistic descriptors) και ςπεκθςγών (hedges). Οι τιμζσ τθσ μεταβλθτισ ΘΕΜΟΚΑΣΙΑ του παραδείγματοσ μποροφν ζτςι να εκφραςτοφν ωσ Υυηλή, ότι_υυηλή, ζτεηικά_υυηλή, ότι_πολύ_υυηλή, πάρα_πολύ_υυηλή, αρκεηά_υυηλή κ.ά. δθλαδι με προτάςεισ αποτελοφμενεσ από τθν ετικζτα Υτηλή, τθν άρνθςθ όσι, τα ςυνδετικά και άλλα κακϊσ και τα περιγράμματα πολύ, ζσεηικά, απκεηά κ.ά. Κατά τον τρόπο αυτό θ μεταβλθτι ΘΕΜΟΚΑΣΙΑ είναι μια λεκηική μεηαβληηή. Σχιμα 3.2 Σχεδιάγραμμα Λεκτικισ Μεταβλθτισ-Θερμοκραςία Συνοψίηουμε λοιπόν με τα παρακάτω παραδείγματα: Ζνα αςαφζσ ςφνολο παριςτάνει μια αζαθή ή λεκηική ηιμή (fuzzy or linguistic value). Ρ.χ. low (χαμθλι). Μεταβλθτζσ που παίρνουν αςαφείσ τιμζσ λζγονται αςαφείσ ι λεκτικζσ μεταβλθτζσ (fuzzy or linguistic variables). Ρ.χ. Speed is low (θ ταχφτθτα είναι χαμθλι). 41

48 Κεφάλαιο 3 Θ περιοχι των δυνατϊν τιμϊν μιασ λεκτικισ μεταβλθτισ αποτελεί το ζύνολο αναθοπάρ των λεκτικϊν τιμϊν τθσ μεταβλθτισ. Ρ.χ. U speed=(0,220) (km/h). Οι τιμζσ μιασ λεκτικισ μεταβλθτισ είναι αςαφι υποςφνολα του ςυνόλου αναφοράσ. Ρ.χ. low, medium, high είναι αςαφι υποςφνολα του U speed. Οι αςαφείσ τιμζσ/ςφνολα μποροφν να παραςτακοφν με δφο τρόπουσ: με αναλυτικι ζκφραςθ/απεικόνιςθ και με ςφνολο ηευγϊν. Ραράδειγμα: Λεκτικι μεταβλθτι: height (φψοσ) Σφνολο αναφοράσ: m Αςαφείσ τιμζσ: short, average, tall Μθχανιςμόσ Συμπεραςμοφ και Λεκτικοί Κανόνεσ Kάκε αςαφισ ελεγκτισ αποτελείται από το μητανιζμό ζσμπεραζμού ή ζσμπεραζμάηφν (inference engine) με τον οποίο υπολογίηονται οι ζξοδοι του ελεγκτι. Ο μθχανιςμόσ ςυμπεραςμοφ ουςιαςτικά μασ παρζχει τθν ικανότθτα ςυλλογιςμοφ. Αντίκετα με τα ςυμβατικά ζμπειρα ςυςτιματα, ςτο μθχανιςμό ςυμπεραςμοφ ενόσ αςαφοφσ ελεγκτι διεξάγεται εξονυχιςτικι ανίχνευςθ όλυν των κανόνων ςτθ βάςθ γνϊςθσ με ςκοπό να υπολογιςτεί ο βαθμό ζςμμεηοσήρ ι εκπλήπυζηρ κάκε κανόνα. Ο ζλεγχοσ διαδικαςιϊν με αςαφείσ ελεγκτζσ προχποκζτει τθν φπαρξθ ενόσ ζςνόλος λεκηικών κανόνων που περιγράφει τισ πράξεισ ενόσ εμπειρογνϊμονα χειριςτι. Οι κανόνεσ αυτοί είναι όμοιοι με αυτοφσ που εκπαιδεφονται οι χειριςτζσ και ςτθ ςυνζχεια εφαρμόηουν ςτθν πράξθ. Το ςφνολο των λεκτικϊν κανόνων αποκθκεφεται ςτθ βάζη γνώζηρ (rule base) του ελεγκτι. Φυςικό είναι να μθν είναι γνωςτοί όλοι οι κανόνεσ που είναι απαραίτθτοι να αντιμετωπίςουν όλεσ τισ καταςτάςεισ τθσ ελεγχόμενθσ διαδικαςίασ. Ζτςι,θ γνϊςθ για τον ζλεγχο μιασ διαδικαςίασ ςυνικωσ κακορίηεται από ζνα ςφνολο κανόνων τθσ μορφισ ΑΝ (αίτιο) ΤΟΤΕ (ςυμπζραςμα) ι ΑΝ Α ΤΟΤΕ Β ο οποίοσ ορίηεται ωσ ο κλαςικόσ πποηαζιακόρ λογιζμόρ (propositional calculus) που μποροφμε να εκφράςουμε ςυμβολικά ωσ: Α Β 42

49 Κεφάλαιο 3 Θ ςυνθκζςτερθ μορφι είναι ΑΝ ΚΑΙ ΚΑΙ ΤΟΤΕ. δθλαδι για τθν εκπλιρωςθ του ΑΝ χρειάηονται περιςςότερα από ζνα αίτια. Ζτςι θ αςαφισ λογικι χρθςιμοποιείται ςε πολφπλοκεσ βιομθχανικζσ διαδικαςίεσ όπου οι χειριςτζσ του ςυςτιματοσ κάνουν ενζργειεσ ελζγχου με βάςθ τθν δικι τουσ εμπειρία και χρθςιμοποιϊντασ τουσ δικοφσ τουσ εμπειρικοφσ κανόνεσ ςε μορφι Αν/Τότε ( π.χ. Αν θ κερμοκραςία είναι ψιλθ και θ πίεςθ είναι μζτρια, Τότε πρζπει να ανοίξω τθν βαλβίδα ςτο μιςό). Στθν αςαφι λογικι υπάρχουν δφο κφριεσ κατθγορίεσ κανόνων ςυνεπαγωγισ. Θ πρϊτθ είναι θ κατθγορία Generalised Modus Ponens (ι GMP) που ςυςχετίηεται άμεςα με τουσ μθχανιςμοφσ ππόζθιαρ ζςνεπαγυγήρ με δεδομένα (forward datadriven inference), που βρίςκει εφαρμογι ςε όλουσ τουσ αςαφείσ ελεγκτζσ. Θ δεφτερθ είναι θ κατθγορία Generalised Modus Tollens (ι GMΤ) που ςχετίηεται ςτενά με τουσ μθχανιςμοφσ οπιζθόδπομος ζςμπεπαζμού με ζηόσο (backwards goaldriven) που ςυνθκίηεται ςτα ζμπειρα ςυςτιματα. Αντίκετα με τον κανόνα GMP, ο ςκοπόσ του μθχανιςμοφ ςυμπεραςμοφ εδϊ είναι θ ανεφρεςθ των αιτιϊν που ζχουν ζνα δεδομζνο αποτζλεςμα. Οι κυριότερεσ ςυνεπαγωγζσ είναι θ Boole, θ Lukasiewicz, θ Zadeh, θ Mamdani και θ Larsen, όπου οι δφο τελευταίεσ είναι οι επικρατζςτερεσ πλζον ςτα αςαφι ςυςτιματα και χρθςιμοποιοφνται για τον υπολογιςμό των εξόδων του αςαφοφσ ςυςτιματοσ. Ριο ςυγκεκριμζνα ζχουμε τουσ κανόνεσ: 1) μζγιςτου-ελάχιςτου (max-min) Mamdani και 2) μζγιςτου γινομζνου (max-product) Larsen οι οποίοι χρθςιμοποιοφν κάποιεσ απλζσ ςυναρτιςεισ εφρεςθσ μζγιςτου(max) και ελαχίςτου(min) μεταξφ δφο ι και περιςςότερων αρικμϊν. Οι δφο αυτοί κανόνεσ (τουσ οποίουσ χρθςιμοποιεί και το λογιςμικό μασ FUZZY CONTROL ++V6.0) κακϊσ και κάποιεσ απλζσ πράξεισ πινάκων ςυνκζτουν τθν λειτουργία του μθχανιςμοφ ςυμπεραςμοφ και τθν αςαφοποίθςθ των ειςόδων που περιλαμβάνει πράξεισ μεταξφ των τιμϊν των ςυναρτιςεων ςυμμετοχισ τουσ. Δεν κα αναλφςουμε περιςςότερο τθν διαδικαςία αυτι γιατί είναι μεν απλι ςτθν λογικι αλλά απαιτεί μεγάλο αρικμό αρικμθτικϊν υπολογιςμϊν και πράξεισ πινάκων, ωςτόςο αν κάποιοσ ενδιαφζρεται μπορεί να τθν βρει εφκολα ςτισ περιςςότερεσ βιβλιογραφίεσ που ςχετίηονται με τθν αςαφι λογικι. 43

50 Κεφάλαιο 3 Θα αναφερκοφμε ακόμα ςτθν από-αςαφοποίθςθ, δθλαδι ςτον υπολογιςμό τον εξόδων. Θ από-αςαφοποίθςθ λαμβάνει χϊρα αφοφ πρϊτα ζχει γίνει θ αςαφοποίθςθ των ειςόδων και ζχει λειτουργιςει ο μθχανιςμόσ ςυμπεραςμοφ, δθλαδι ζχει ενεργοποιθκεί ζνασ ι και περιςςότεροι κανόνεσ ΑΝ ΚΑΙ ΚΑΙ ΤΟΤΕ και ζχει πάρει μια απόφαςθ για κάποια ζξοδο, αφορά δθλαδι το κομμάτι ΤΟΤΕ.. του λεκτικοφ κανόνα και ςτον προςδιοριςμό τθσ ακριβοφσ τιμισ τθσ εξόδου. Υπάρχουν τζςςερισ διαδεδομζνεσ τεχνικζσ από-αςαφοποίθςθσ και είναι οι εξισ: α) αποαςαφοποίθςθ μζγιςτου (Maximum defuzzifier), β) αποαςαφοποίθςθ μζςου όρου των μζγιςτων (Mean of Maxima defuzzifier) - MOM, γ) αποαςαφοποίθςθ κζντρου περιοχισ (Centre of Area - defuzzifier) και δ) αποαςαφοποίθςθ κζντρου βάρουσ (Centre of Gravity - COG). Θα ςτακοφμε ςτθν τελευταία τεχνικι, απόαςαφοποίθςθ κζντρου βάρουσ κακϊσ αυτιν χρθςιμοποιεί το λογιςμικό μασ FUZZY CONTROL++ V6.0. Στθν τεχνικι αυτι υπολογίηεται το κζντρο βάρουσ όλυν των ςυναρτιςεων ςυμμετοχισ των I κανόνων που ζχουν ενεργοποιθκεί ςτακμιςμζνοι με τον βακμό εκπλιρωςθσ ζ i κάκε κανόνα και θ εξίςωςθ τθσ είναι: Συνοψίηοντασ τα απαραίτθτα δομικά ςτοιχεία ενόσ αςαφοφσ ελεγκτι είναι τα εξισ: θ βάζη δεδομένφν πραγμαηικού τρόνοσ (real-time data base) όπου μετά από εξομάλυνςθ καταχωροφνται οι τιμζσ των μεταβλθτϊν που ςυλλζγονται από τθ φυςικι διαδικαςία από τισ διάφορεσ τοπικζσ μονάδεσ ελζγχου (ΤΜΕ) κακϊσ και οι ζξοδοι του ελεγκτι (δθλαδι οι δράςεισ ελζγχου) θ βάζη γνώζης (knowledge base) ςτθν οποίαν είναι καταχωρθμζνθ θ κωδικοποιθμζνθ γνϊςθ (δθλαδι οι κανόνεσ ελζγχου) για τον ζλεγχο τθσ διαδικαςίασ, 44

51 Κεφάλαιο 3 τα αζαθή ζύνολα (fuzzy sets) που είναι καταχωρθμζνα είτε ςε αναλυτικι ι διακριτι μορφι ςε ειδικό αρχείο. το ζύζηημα ανάπηςξηρ (development system) με το οποίο ο μθχανικόσ γνϊςθσ επικοινωνεί με το περιβάλλον του ελεγκτι, ο αζαθοποιηηήρ (fuzzifier) όπου οι φυςικζσ μεταβλθτζσ τθσ διαδικαςίασ μετατρζπονται ςτθ γλϊςςα των αςαφϊν ςυνόλων, ο μησανιζμόρ ζςμπεπαζμού ι κεραληζκόο ζπκπεξαζκάηωλ (inference engine) όπου ςυνάγονται τα αςαφι ςφνολα των ςυμπεραςμάτων, ο απο-αζαθοποιηηήρ (defuzzifier) όπου τα αςαφι ςφνολα των ςυμπεραςμάτων μετατρζπονται ςε ζαθείο δράςεισ ελζγχου. Στισ ςφγχρονεσ βιομθχανίεσ διεργαςιϊν θ διαςφνδεςθ τθσ φυςικισ διαδικαςίασ με τον ευφυι ελεγκτι ςυνικωσ γίνεται διαμζςου Τοπικών Μονάδων Ελέγσος (ΤΜΕ) ςτο ιδθ υπάρχον Σφςτθμα Εποπτικοφ Ελζγχου και Συλλογισ Ρλθροφοριϊν. Οι ΤΜΕ περιλαμβάνουν υλικό για τθν αναλογικι προσ ψθφιακι (Α/Ψ) μετατροπι των διαφόρων ςθμάτων τθσ διαδικαςίασ με ςάρωςθ χιλιάδων ςθμάτων ανά δευτερόλεπτο, κακϊσ και λογιςμικό για τθν οδιγθςθ των ενεργοποιθτϊν. Οι ΤΜΕ επίςθσ κατζχουν οδηγό (driver) για τθ μετάδοςθ των ςθμάτων προσ και από τον εξςπηπεηηηή (server) μζςω τοπικοφ δικτφου, ενςφρματθσ ι αςφρματθσ επικοινωνίασ. Εικόνα 3.2 Αρχιτεκτονικι Αςαφοφσ Ελεγκτι. Θ πιο ςυνικθσ μορφι των ΤΜΕ είναι οι ευρζωσ διαδεδομζνοι προγραμματιηόμενοι ελεγκτζσ (PLC), που εκτόσ από τισ διαδικαςίεσ εκκίνθςθσ, μανδάλωςθσ και 45

52 Κεφάλαιο 3 προςταςίασ του εξοπλιςμοφ, ζχουν τθν ικανότθτα ςυλλογισ, μετάδοςθσ αναλογικϊν και ψθφιακϊν ςθμάτων κακϊσ και υπολογιςμϊν μεγάλου πλικουσ αλγορίκμων ελζγχου. 3.2 Λογιςμικό FUZZY CONTROL++ V6.0 Αφοφ περιγράψαμε τισ βαςικζσ αρχζσ τθσ αςαφοφσ λογικισ και των αςαφϊν ελεγκτϊν μποροφμε να προχωριςουμε ςτθν ανάλυςθ του λογιςμικοφ που χρθςιμοποιιςαμε ςτο εργαςτιριο για τθν ανάπτυξθ του ελεγκτι βιολογικοφ κακαριςμοφ. Εγκατάςταςθ Αρχικά πρζπει να αναφζρουμε τον απαραίτθτο εξοπλιςμό. Ο προςωπικόσ υπολογιςτισ PC που εγκακίςταται αυτό το λογιςμικό πρζπει απαραιτιτωσ να είναι ςειράσ Pentium με επεξεργαςτι ςτα 1 Ghz και πάνω, 512ΜΒ μνιμθ RAM και τουλάχιςτον 100ΜΒ ελεφκερο χϊρο ςτον ςκλθρό δίςκο. Επίςθσ το PLC με το οποίο ςυνδζεται και αναπτφςςεται ο ελεγκτισ πρζπει να είναι ςειράσ S7-300 και ςυγκεκριμζνα από 314 και πάνω ι S7-400 και με δυνατότθτα MPI ςφνδεςθσ με το PC. Το περιβάλλον του PC πρζπει απαραιτιτωσ να είναι Windows 2000 ι XP αλλιϊσ αν χρθςιμοποιθκεί παλιότερθ ζκδοςθ των Windows εμφανίηονται προβλιματα ςυμβατότθτασ. Εμείσ αρχικά εγκαταςτιςαμε το λογιςμικό FUZZY CONTROL++ V4.0 που είναι μια παλιότερθ ζκδοςθ τθσ SIEMENS και υπιρχε ςτο εργαςτιριο όμωσ, όπωσ ζχουμε αναφζρει, το PC που χρθςιμοποιιςαμε λειτουργεί με Windows XP. Αρχικά δεν φαινόταν να υπάρχει πρόβλθμα και προχωριςαμε ςτθν ςχεδίαςθ του ελεγκτι με αυτό το λογιςμικό, όταν όμωσ προςπακιςαμε να επικοινωνιςουμε με το PLC και τθν STEP-7 τότε παρουςιάςτθκαν προβλιματα ςυμβατότθτασ και δεν επιτεφχκθκε θ επικοινωνία. Το λάκοσ ιταν πωσ το λογιςμικό FUZZY CONTROL++ V4.0 είναι ςυμβατό με Windows 95 και όχι με τα Windows XP που εμείσ χρθςιμοποιοφμε. Ρρζπει ωςτόςο να αναφζρουμε πωσ τα μθνφματα λάκουσ που παρουςίαηε το FUZZY CONTROL ++ V4.0 δεν είχαν καμία ςχζςθ με το πραγματικό 46

53 Κεφάλαιο 3 πρόβλθμα που ιταν θ ςυμβατότθτα του λογιςμικοφ με τα Windows. Αφοφ εξαντλιςαμε κάκε δυνατι προςπάκεια με το παλιό λογιςμικό αναγκαςτικαμε να προμθκευτοφμε το FUZZY CONTROL++ V6.0 για να ξεπεράςουμε τα ςυγκεκριμζνα προβλιματα. Ζνα επιπλζον απαραίτθτο λογιςμικό που εγκαταςτιςαμε είναι το SIMATIC NET 2008 το οποίο είναι υπεφκυνο για τθν επικοινωνία του FUZZY CONTROL++V6.0 και τθσ STEP-7. Δθμιουργία αςαφοφσ ςυςτιματοσ Ο ςχεδιαςμόσ αρχικά του αςαφοφσ ελεγκτι περιλαμβάνει τον προςδιοριςμό του ςυςτιματοσ που πρόκειται να υλοποιιςει τον ελεγκτι (target system) και τον αρικμό των ειςόδων και εξόδων του αςαφοφσ ςυςτιματοσ, τα οποία όμωσ επιδζχονται αλλαγζσ ςε κάποια άλλθ χρονικι ςτιγμι (π.χ. μποροφμε να προςκζςουμε μια είςοδο ακόμα κι αν δεν τθν είχαμε δθλϊςει αρχικά). Αφοφ λοιπόν τρζξουμε το FUZZY CONTROL++V6 ανοίγει το κφριο παράκυρο του λογιςμικοφ όπωσ φαίνεται ςτθν εικόνα 3.3 και από εδϊ ξεκινάει ο ςχεδιαςμόσ του ελεγκτι. Από το toolbar επιλζγοντασ File και ζπειτα New εμφανίηεται το παράκυρο που φαίνεται ςτθν εικόνα 3.4 και αφορά ςτον αρχικό προςδιοριςμό των ειςόδων, εξόδων και του target system, δθλαδι πρόκειται για μια αρχικι διλωςθ τθσ δομισ-αρχιτεκτονικισ του αςαφοφσ ελεγκτι θ οποία όμωσ επιδζχεται αλλαγζσ αργότερα. Εικόνα 3.3 Κφριο παράκυρο 47

54 Κεφάλαιο 3 Εικόνα 3.4 Αρχικόσ ςχεδιαςμόσ ελεγκτι Τα target systems που μποροφμε να επιλζξουμε είναι πζντε και είναι τα εξισ: S7-4K, S7-20K για PLC 300 και 400 αντίςτοιχα, PCS7, OCX και OPC. Κάκε target system ζχει και το δικό του λογιςμικό προγραμματιςμοφ, όπωσ το S7-4K ζχει τθν STEP-7. Ο χαρακτθριςμόσ 4Κ ζχει να κάνει με τθν μνιμθ του PLC που πρζπει να χρθςιμοποιθκεί. Ο μζγιςτοσ αρικμόσ ειςόδων που μπορεί να υποςτθρίξει το λογιςμικό είναι οκτϊ και αντίςτοιχα μποροφμε να ζχουμε μζχρι και τζςςερισ εξόδουσ, όπωσ φαίνεται ςτθν εικόνα 3.5 από τθν οποία βλζπουμε και τον μζγιςτο αρικμό κανόνων για το κάκε ςφςτθμα. Μζςω του Driver Info μποροφμε να δοφμε τα χαρακτθριςτικά του target system (μνιμθ, δυνατότθτα ςφνδεςθσ κ.α.), αλλά ςε αυτό το ςθμείο δεν κρίνεται απαραίτθτο, κα αναφερκοφμε ςε αυτιν τθν επιλογι αργότερα. Εικόνα 3.5 Πρια ςχεδιαςμοφ για τα αντίςτοιχα target systems Ρατϊντασ ΟΚ όπωσ φαίνεται ςτθν εικόνα 3.4, ο αρχικόσ ςχεδιαςμόσ ζχει πραγματοποιθκεί και θ ονομαςία του project γίνεται New1 αυτόματα. Τo κφριο παράκυρο λαμβάνει τθν μορφι τθσ εικόνασ 3.6 θ οποία ακολουκεί τισ δθλϊςεισ που ζγιναν ςτο προθγοφμενο παράκυρο, όςον αφορά τισ ειςόδουσ και τισ εξόδουσ, κακϊσ και εμφανίηεται ζνα επιπλζον μπλοκ με τθν ονομαςία if then ςτο οποίο γίνεται ο προςδιοριςμόσ των κανόνων. Μποροφμε να επιλζξουμε όποιο μπλοκ 48

55 Κεφάλαιο 3 Εικόνα 3.6 Κφριο παράκυρο ςχεδιαςμοφ κζλουμε και να ξεκινιςουμε τον ςχεδιαςμό του αςαφοφσ ελεγκτι όπωσ κα φανεί ςτθν ςυνζχεια. Επίςθσ, βλζπουμε πωσ ςτθ γραμμι εργαλείων ζχουν εμφανιςτεί κάποιεσ νζεσ επιλογζσ τισ οποίεσ κα εξετάςουμε αργότερα. Σχεδιαςμόσ Ειςόδων και Εξόδων Μποροφμε να προςκζςουμε ι να αφαιρζςουμε ειςόδουσ/εξόδουσ από τθν γραμμι εργαλείων επιλζγοντασ Edit όπου εμφανίηονται τα παρακάτω παράκυρα: Εικόνα 3.7 Ειςαγωγι και αφαίρεςθ ειςόδων/εξόδων 49

56 Κεφάλαιο 3 Επιλζγοντασ το μπλοκ μιασ ειςόδου π.χ. τθσ Input 01, όπωσ φαίνεται ςτθν εικόνα 3.6, μποροφμε να ειςάγουμε όλα τα απαραίτθτα ςτοιχεία τθσ. Εμφανίηεται λοιπόν το παράκυρο Input Properties τθσ εικόνασ 3.8 όπου μποροφμε να αλλάξουμε το όνομα Input 01 και να δϊςουμε ςτθν είςοδο ονομαςία που να παραπζμπει ςτθν φυςικι λεκτικι μεταβλθτι που επικυμοφμε π.χ. Light (φωσ).δεν πρζπει να χρθςιμοποιοφμε άλλουσ χαρακτιρεσ εκτόσ από κεφαλαία και μικρά γράμματα, π.χ. αν αλλάξουμε τθν ονομαςία Input01 ςε Ρίεςθ_Βαλβίδασ ο χαρακτιρασ _ δθμιοφργει πρόβλθμα. Δεν μασ εμφανίηει κάποιο μινυμα λάκουσ το λογιςμικό ςε Εικόνα 3.8 Σχεδιαςμόσ ειςόδου αυτιν τθν φάςθ, αλλά αν αποκθκεφςουμε το project και προςπακιςουμε να το τρζξουμε πάλι εμφανίηεται το μινυμα λάκουσ Problem in line 6, το λογιςμικό δεν τρζχει και χρειάηεται δθμιουργία ολόκλθρου του project από τθν αρχι, γι αυτό χρειάηεται μεγάλθ προςοχι ςτθν ονομαςία των ειςόδων και των εξόδων. Στα πεδία Minimum και Maximum βάηουμε τθν ελάχιςτθ και τθν μζγιςτθ τιμι τθσ λεκτικισ μεταβλθτισ και τα οποία διαμορφϊνουν το πεδίο τιμϊν του γραφιματοσ όπωσ φαίνεται και ςτθν εικόνα. Επιλζγοντασ insert ορίηουμε τον αρικμό των ςυναρτιςεων ςυμμετοχισ, όπου μποροφν να είναι μζχρι επτά, ενϊ με το delete μποροφμε να διαγράψουμε όποια επικυμοφμε. Στο πεδίο που εμφανίηεται κάτω 50

57 Κεφάλαιο 3 από τα insert και delete γράφουμε τα ονόματα των ςυναρτιςεων ςυμμετοχισ δθλαδι τισ τιμζσ τθσ λεκτικισ μεταβλθτισ (π.χ. ςτθν εικόνα 3.8 θ λεκτικι μεταβλθτι είναι Light (φωσ) και μια γλωςςικι τιμι τθσ-ςυνάρτθςθ ςυμμετοχισ είναι θ dark (ςκοτεινά) ). Τα corner points είναι τα ςθμεία τα οποία κακορίηουν τα όρια κάκε ςυνάρτθςθσ ςυμμετοχισ ξεχωριςτά κακϊσ και τθν μορφι που αυτζσ κα ζχουν (π.χ. τριγωνικι ι τραπεηοειδισ κλπ.). Στθν εικόνα 3.8, όπου ζχουν επιλεγεί τρείσ ςυναρτιςεισ ςυμμετοχισ, φαίνεται θ ςυνάρτθςθ ςυμμετοχισ dark με το κόκκινο χρϊμα θ οποία ζχει τραπεηοειδι μορφι. Δεξιά φαίνονται τα αντίςτοιχα corner points που τθσ δίνουν τθν μορφι αυτι και οι άλλεσ δφο γραφικζσ με το μπλε χρϊμα είναι οι άλλεσ δφο ςυναρτιςεισ ςυμμετοχισ. Στο άςπρο πλαίςιο που εμφανίηεται ςτο κάτω μζροσ του παρακφρου μποροφμε να γράψουμε ςχόλια για τθν κάκε είςοδο. Ρατϊντασ ΟΚ επιβεβαιϊνουμε τισ αλλαγζσ και εμφανίηεται πάλι το κφριο παράκυρο (εικόνα 3.6) όπου το μπλοκ Input01 ζχει τϊρα τθν ονομαςία Light και ζχει μζςα όλεσ τισ αλλαγζσ που πραγματοποιιςαμε. Ο ςχεδιαςμόσ των εξόδων είναι παρόμοιοσ με αυτόν των ειςόδων. Επιλζγουμε το μπλοκ μιασ εξόδου, π.χ. τθσ Output01 και εμφανίηεται το παράκυρο Output Properties τθσ εικόνασ 3.9. Εδϊ, όπωσ και ςτισ ειςόδουσ, μποροφμε να αλλάξουμε Εικόνα 3.9 Σχεδιαςμόσ εξόδου 51

58 Κεφάλαιο 3 τθν ονομαςία τθσ εξόδου, π.χ. από Output 01 ςε Awning και δεν πρζπει να ξεχνάμε τον περιοριςμό για τουσ χαρακτιρεσ που αναφζραμε παραπάνω. Το πεδίο τιμϊν του γραφιματοσ και οι ονομαςίεσ των ςυναρτιςεων ςυμμετοχισ κακορίηονται όπωσ και πριν. Θ διαφορά είναι πωσ οι ςυναρτιςεισ ςυμμετοχισ είναι ευκείεσ και δεν μποροφν να ζχουν τραπεηοειδι ι τριγωνικι μορφι γι αυτό και κάκε μια χρειάηεται μόνο ζνα ςθμείο (corner point) για να παραςτακεί. Υπάρχει ζνα επιπλζον πεδίο, το Output Behavior οποφ μποροφμε να ορίςουμε τθ ςυμπεριφορά τθσ εξόδου, δθλαδι τθν τιμι τθσ, αν δεν ενεργοποιθκεί κάποιοσ κανόνασ και επιλογζσ είναι είτε να πάρει μθδενικι τιμι είτε να κρατιςει τθν τελευταία τιμι που είχε. Τζλοσ, πατϊντασ OK επιςτρζφουμε ςτο κφριο παράκυρο όπου το μπλοκ Output01 ζχει τθν ονομαςία που του δϊςαμε, π.χ. Awning και περιζχει όλεσ τισ αλλαγζσ που κάναμε. Οι εικόνεσ 3.8, 3.9 και 3.10, 3.11 που ακολουκοφν είναι από παράδειγμα του εγχειριδίου του λογιςμικοφ, όπου ςχεδιάηεται ζνασ αςαφισ ελεγκτισ θλιοπροςταςίασ με ειςόδουσ Light (φωσ τθσ θμζρασ) και Time (ϊρα τθσ θμζρασ) και εξόδουσ Awning (άνοιγμα τθσ θλιοπροςταςίασ-τζντασ) και Setting (κλίςθ-μοίρεσ τθσ θλιοπροςταςίασ-τζντασ). Για τθν είςοδο Light ζχουμε τισ ςυναρτιςεισ ςυμμετοχισ: dark (ςκοτεινά), ideal (ιδανικά) και bright (φωτεινά) και για τθν είςοδο Time ζχουμε τισ ςυναρτιςεισ ςυμμετοχισ: morning (πρωί), midday (μεςθμζρι) και afternoon (απόγευμα). Για τθν ζξοδο Awning αντίςτοιχα ζχουμε τισ ςυναρτιςεισ ςυμμετοχισ: retracted (κλειςτι), half extended (ανοιγμζνθ ςτο μιςό) και extended (ανοιχτι) και για τθν ζξοδο Setting ζχουμε τισ: straight (χωρίσ κλίςθ-ίςια) και inclined (με κλίςθ). Βάςθ Κανόνων Ζχοντασ κακορίςει τισ ειςόδουσ και τισ εξόδουσ του ελεγκτι, το επόμενο βιμα είναι θ δθμιουργία τθσ βάςθσ γνϊςθσ δθλαδι θ ειςαγωγι των ζμπειρων-λεκτικϊν κανόνων. Υπάρχουν δφο τρόποι με τουσ οποίουσ μποροφμε να γράψουμε τουσ κανόνεσ ΑΝ ΚΑΙ ΚΑΙ ΤΟΤΕ και είναι το τραπζηι κανόνων (rule table) και ο πίνακασ κανόνων (rule matrix). Στθν ουςία δεν γράφουμε παρά επιλζγουμε ςυνδυαςμοφσ τιμϊν των λεκτικϊν μεταβλθτϊν-ειςόδων και τθν τιμι τθσ εξόδου που εμείσ επικυμοφμε να ζχει ο κακζνασ ςυνδυαςμόσ-κανόνασ. Στθν εικόνα

59 Κεφάλαιο 3 Εικόνα 3.10 Τραπζηι Κανόνων παρουςιάηεται το τραπζηι κανόνων για το παράδειγμα τθσ θλιοπροςταςίασ. Οι αρικμοί από ζνα ζωσ εννιά είναι αρικμοί των αντίςτοιχων κανόνων. Στο πάνω μζροσ του ςκουρόχρωμου πλαιςίου είναι οι είςοδοι Light και Time του ελεγκτι και ςτο κάτω μζροσ είναι οι ζξοδοι Awning και Setting. Δίπλα από τα ονόματα των μεταβλθτϊν είναι οι κανόνεσ χωριςμζνοι ςε ςτιλεσ. Ζτςι, επιλζγοντασ με το ποντίκι τα πεδία των λεκτικϊν μεταβλθτϊν εμφανίηονται, όπωσ φαίνεται ςτθν εικόνα 3.10 ςτον κανόνα ζνα, οι λεκτικζσ τιμζσ τουσ δθλαδι τα ονόματα των ςυναρτιςεων ςυμμετοχισ που από πριν ζχουμε κακορίςει. Ζτςι, επιλζγοντασ μια λεκτικι τιμι για κάκε μεταβλθτι δθμιουργοφμε τουσ κανόνεσ οι οποίοι αντιςτοιχοφν ςτθ μορφι ΑΝ..ΚΑΙ ΚΑΙ ΤΟΤΕ, π.χ. θ ςτιλθ τρία τθσ εικόνασ 3.10 είναι ο τρίτοσ εμπειρικόσ κανόνασ και ςθμαίνει: ΑΝ Light(φωσ)=dark(ςκοτεινά) και Time(χρόνοσ τθσ θμζρασ)=midday(μεςθμζρι) ΤΟΤΕ Awning(άνοιγμα τθσ τζντασ)=retracted(κλειςτι) και Setting(κλίςθ)=inclined(με κλίςθ). Επιλογζσ: add=προςκικθ νζασ ςτιλθσ-κανόνα delete=διαγραφι κανόνα cut=αποκοπι και αντιγραφι κανόνα ςτο Windows clipboard copy=επικόλλθςθ κανόνα από το Windows clipboard compress=αφαίρεςθ άδειων πεδίων από το τραπζηι κανόνων matrix=μετατροπι του τραπεηιοφ κανόνων ςε πίνακα 53

60 Κεφάλαιο 3 Εικόνα 3.11 Ρίνακασ Κανόνων Αν αλλάξουμε το όνομα μιασ ιδθ κακοριςμζνθσ ςυνάρτθςθσ ςυμμετοχισ τότε κα αλλάξει αυτόματα και θ ονομαςία τθσ ςτο τραπζηι κανόνων και επίςθσ αν προςκζςουμε μια ςυνάρτθςθ μεταφοράσ ςε μια ιδθ κακοριςμζνθ λεκτικι μεταβλθτι τότε θ ονομαςία αυτισ κα εμφανιςκεί αυτόματα ςτο τραπζηι κανόνων και κα μποροφμε να τθν επιλζξουμε ςαν τιμι τθσ λεκτικισ μεταβλθτισ. Γενικά μασ επιτρζπεται οποιαδιποτε αλλαγι όςον αφορά τισ ειςόδουσ, τισ εξόδουσ και τουσ κανόνεσ, μζςα ςτα πλαίςια που ορίηει το λογιςμικό, χωρίσ επαναςχεδιαςμό του project. Αν επιλζξουμε τθν εντολι matrix τότε μετατρζπεται το τραπζηι ςε πίνακα και παίρνει τθν μορφι τθσ εικόνασ Εδϊ βλζπουμε ότι οι τιμζσ των λεκτικϊν μεταβλθτϊν εμφανίηονται αριςτερά του πίνακα για τθν πρϊτθ μεταβλθτι και ςτο πάνω μζροσ για τθν άλλθ ενϊ επιλζγουμε μόνο τισ λεκτικζσ τιμζσ των εξόδων για κάκε μια ζξοδο ξεχωριςτά. Ράντα μποροφμε να μετατρζψουμε τον πίνακα κανόνων ςε τραπζηι αλλά το ανάποδο δεν είναι πάντα δυνατό αν ζχουμε πολλζσ ειςόδουσ και εξόδουσ, ωςτόςο αυτό δεν επθρεάηει ςε καμία περίπτωςθ τθ λειτουργία του λογιςμικοφ. Ρατϊντασ ΟΚ επιβεβαιϊνουμε τθν ειςαγωγι των κανόνων και επιςτρζφουμε ςτο κφριο παράκυρο. 54

61 Κεφάλαιο 3 Εικόνα 3.12 Targetsystem Manager Target Systems-Σφνδεςθ με PLC Αφοφ ζχουμε ςχεδιάςει τον αςαφι ελεγκτι το επόμενο βιμα είναι θ ςφνδεςθ του λογιςμικοφ FUZZY CONTROL++ V6.0 με τθ μονάδα θ οποία κα υλοποιιςειεκτελζςει τον ελεγκτι δθλαδι με το target system.υπάρχουν αρκετά ςυςτιματα που υποςτθρίηει το λογιςμικό, ωςτόςο εμείσ κα αςχολθκοφμε μόνο με το S7-4K. Χρθςιμοποιϊντασ παραμετροποιθμζνουσ αςαφείσ αλγόρικμουσ τα ςυςτιματα αυτά μποροφν και υπολογίηουν online τισ τιμζσ των εξόδων με βάςθ τισ τιμζσ των ειςόδων. Αν το target system είναι το SIMATIC S7(S7-4K/20K), το project του αςαφοφσ ελεγκτι που ζχουμε δθμιουργιςει μεταφζρεται ςτο target system με τθν εγγραφι του ςε ζνα μπλοκ δεδομζνωνdata block (DB). Αλλιϊσ το project που δθμιουργιςαμε με το FUZZY CONTROL μεταφζρεται ωσ *.fpl (fuzzy programming language) αρχείο ςτο target system. Από το menu του κφριου παρακφρου επιλζγοντασ Target system εμφανίηονται οι επιλογζσ Targetsystem Manager και Targetsystem Selection. Με τθν πρϊτθ επιλογι μποροφμε να δοφμε ποια ςυςτιματα είναι εγκατεςτθμζνα και ποιο ζχουμε διαλζξει εμείσ. Με το Driver Info ανοίγει ζνα παράκυρο το οποίο μασ δίνει ακόμα περιςςότερεσ πλθροφορίεσ όπωσ, αν είναι δυνατι θ ςφνδεςθ με το ςυγκεκριμζνο ςφςτθμα, αν είναι δυνατι θ μεταφορά δεδομζνων από και προσ αυτό κακϊσ και πλθροφορίεσ που αφοροφν τισ ειςόδουσ/εξόδουσ και τθν απαιτοφμενθ μνιμθ του ςυςτιματοσ ςτο οποίο κα φορτωκεί το project του αςαφοφσ ελεγκτι. Με το Targetsystem Selection (εικόνα 3.13) επιλζγουμε κάποιο ςφςτθμα π.χ. S7-4K και πατϊντασ ΟΚ εμφανίηεται το παράκυρο τθσ εικόνασ 3.14 όπου φαίνεται ςαν να προςπακεί να φορτϊςει το project ςτο ςφςτθμα, ωςτόςο δεν χρειάηεται να 55

62 Κεφάλαιο 3 περιμζνουμε και κλείνουμε το παράκυρο επιλζγοντασ x ςτο δεξί πάνω μζροσ του παρακφρου. Ζπειτα, από το αρχικό menu του targetsystem, επιλζγουμε connect Εικόνα 3.13 Targetsystem Selection Εικόνα 3.14 Targetsystem Info και εμφανίηεται λάκουσ «Error loading DLL», επιλζγουμε ΟΚ και εμφανίηεται το παράκυρο τθσ εικόνασ Εδϊ χρειάηεται ιδιαίτερθ προςοχι όςον αφορά τισ επιλογζσ που κα κάνουμε γιατί είναι ςτθν ουςία το ςθμείο που γίνεται θ ςφνδεςθ με το λογιςμικό του PLC τθν STEP-7. Εικόνα 3.15 Σφνδεςθ με targetsystem-plc Ππωσ ζχουμε αναφζρει για τθν επικοινωνία τθσ STEP-7 και του FUZZY CONTROL++ εγκαταςτιςαμε το SIMATIC NET 2008 (SOFTNET S7 PROFIBUS) το οποίο και υποςτθρίηει τθν MPI ςφνδεςθ, που εμείσ χρθςιμοποιιςαμε, και τθν ςφνδεςθ 56

63 Κεφάλαιο 3 Profibus. Για ςυνδζςεισ IE/TCP/IP χρθςιμοποιοφνται άλλα λογιςμικά. Βλζπουμε ότι ςτο πάνω μζροσ του παρακφρου υπάρχει θ επιλογι Browse.. με τθν οποία ψάχνουμε να βροφμε που βρίςκεται εγκατεςτθμζνο το αρχείο s732.dll το οποίο είναι απαραίτθτο για τθν επικοινωνία. Βρίςκεται ςτα αρχεία του SIMATIC NET και ςυγκεκριμζνα ςτον SimNetCom, το πλιρεσ path φαίνεται ςτθν εικόνα. Αν θ ζκδοςθ του SIMATIC NET είναι παλιά το αρχείο s732.dll κα υπάρχει αλλά δε κα είναι ςυμβατό με τα λογιςμικά FUZZY CONTROL++ V6.0 και τισ νεότερεσ εκδόςεισ τθσ STEP-7 (π.χ. 5.3 ι 5.4) με αποτζλεςμα να μθν επιτυγχάνεται θ επικοινωνία και να εμφανίηονται μθνφματα λάκουσ όπωσ «s732.dll has errors». Στο πεδίο του Connection Information δεν χρειάηεται καμία αλλαγι εφόςον χρθςιμοποιοφμε το ςφςτθμα S7-4K με ςφνδεςθ MPI και ςτο πεδίο Connection Parameters είναι επιλεγμζνθ από το λογιςμικό θ MPI ςφνδεςθ. Στο πεδίο target address ειςάγουμε τθν MPI διεφκυνςθ του PLC όπωσ αυτι είναι οριςμζνθ από το Hardware Configuration τθσ STEP-7 και το ίδιο κάνουμε για τα πεδία Rack και Slot. Στο πεδίο Number of the DB ειςάγουμε τον αρικμό του αςαφοφσ μπλοκ δεδομζνων το οποίο πρζπει να ορίςουμε ςτθν STEP-7 και με το οποίο κα ςυνδεκεί το FUZZY CONTROL. Σε αυτό το ςθμείο κα κάνουμε μια παρζνκεςθ για τισ απαραίτθτεσ ενζργειεσ που χρειάηεται να κάνουμε ςτθν STEP-7 ϊςτε να επιτευχκεί θ επικοινωνία. STEP-7 Ππωσ είπαμε το προςχζδιο που ζχουμε δθμιουργιςει κα φορτωκεί ςτο PLC και ςυγκεκριμζνα ςε ζνα μπλοκ δεδομζνων-data block (DB). Οι αλγόρικμοι υπολογιςμοφ μιασ αςαφοφσ διαδικαςίασ βρίςκονται ςε ζνα μπλοκ ςυναρτιςεων- function block (FB) το οποίο «ςυνεργάηεται» με το DB. Στθ STEP-7 μποροφμε να δθμιουργιςουμε μπλοκ δεδομζνων και ςυναρτιςεων, όμωσ τα μπλοκ που εμείσ κα χρθςιμοποιιςουμε και τα οποία ονομάηονται αςαφι βρίςκονται ςε βιβλιοκικθ ςτον FUZZY CONTROL++V6.0/S7 κατάλογο. Τθ βιβλιοκικθ (FuzzyS7_Library) πρζπει να τθν εγκαταςτιςουμε-περάςουμε από το FUZZY CONTROL ςτθ STEP-7 ϊςτε να μπορζςουμε να χρθςιμοποιιςουμε τα ζτοιμα μπλοκ δεδομζνων και ςυναρτιςεων. Ρρϊτα κοιτάμε αν ζχει γίνει αυτόματα θ εγκατάςταςθ ςτο SIEMENS/ Step7/S7libs 57

64 Κεφάλαιο 3 Εικόνα 3.16 Εγκατάςταςθ FuzzyS7_Library και αν δεν υπάρχει τθν εγκακιςτοφμε μζςω τθσ εντολισ Retrieve όπωσ φαίνεται ςτθν εικόνα Θ βιβλιοκικθ περιζχει τα: FB30 (μπλοκ ςυναρτιςεων για S7-300/400 με 1206 bytes), DB30 (μπλοκ δεδομζνων για το FB30 με 4132 bytes) και τα FB31, DB31 για τα ςυςτιματα S7-400 όπου απαιτείται μεγαλφτερθ μνιμθ (περιςςότεροι από 200 κανόνεσ κλπ.). Το FB30 πιο ςυγκεκριμζνα περιζχει τουσ αλγορίκμουσ που πραγματοποιοφν τθν αςαφοποίθςθ των ειςόδων, το μθχανιςμό ςυμπεραςμοφ (ποιοι κανόνεσ ενεργοποιοφνται, υπολογιςμόσ του βακμοφ ςυμμετοχισ τουσ κλπ.) και τθν από-αςαφοποίθςθ και υπολογιςμό των τιμϊν των εξόδων. Το DB30 είναι ζνα ςτακερό μπλοκ δεδομζνων με ςτακερι χωρθτικότθτα (4236 bytes) και παίηει το ρόλο του διαφλου μεταξφ των λογιςμικϊν. Το προςχζδιο που δθμιουργιςαμε μεταφζρεται ςε αυτό με εντολζσ που κα εξθγιςουμε παρακάτω και περιζχει όλα τα απαραίτθτα ςτοιχεία για τθ λειτουργία του FB30 (τον αρικμό και τα πεδία τιμϊν των ειςόδων/εξόδων, τισ ςυναρτιςεισ ςυμμετοχισ και τουσ κανόνεσ). Αφοφ λοιπόν ζχουμε δθμιουργιςει ζνα project (π.χ. proj-1) ςτθν STEP-7 και ζχουμε κάνει τισ απαραίτθτεσ ενζργειεσ για τον εξοπλιςμό (κεφάλαιο 2) ανοίγουμε το μπλοκ OB1 και καλοφμε ςε STL γλϊςςα το FB30 με τθν εντολι call FB30,DB30. Θα μασ εμφανιςκεί ζνασ κϊδικασ (εικόνα 3.17) ςτον οποίο κα πρζπει να ειςάγουμε τισ διευκφνςεισ των ειςόδων ςτα ςθμεία INPUT 1 8 και των εξόδων ςτα ςθμεία OUTPUT 1 4 όπωσ αυτζσ ορίηονται ςτο DB30. Διακρίνουμε επίςθσ ςτθν εικόνα τθ βιβλιοκικθ που περιζχει τα αςαφι μπλοκ. Ρροσ το παρϊν, δεν γράφουμε τίποτα ςτα ςθμεία των ειςόδων και εξόδων και γυρίηουμε ςτο FUZZY CONTROL++ αφοφ ενεργοποιιςαμε το DB30 το οποίο κα «ψάξει» να βρει το λογιςμικό ςτθ STEP-7. Στο παράκυρο ( connect ) τθσ εικόνασ 3.15 ειςάγουμε τον αρικμό 30 (ςυνικωσ υπάρχει εξαρχισ) για το DB και 58

65 Κεφάλαιο 3 Εικόνα 3.17 Κώδικασ STEP-7 ςε STL επιλζγουμε ΟΚ. Τότε αν όλα ζχουν γίνει ςωςτά πρζπει να επιτευχκεί θ ςφνδεςθ με το μπλοκ δεδομζνων DB30 και να εμφανιςκεί το μινυμα: Αν υπάρχει κάποιο πρόβλθμα εμφανίηονται αντίςτοιχα μθνφματα λάκουσ. Τϊρα λοιπόν ζχει επιτευχκεί θ επικοινωνία, ωςτόςο, δεν ζχει μεταφερκεί το project του αςαφοφσ ελεγκτι από το FUZZY CONTROL++ ςτο DB30. Αυτό επιτυγχάνεται με τθν εντολι Write του FUZZY CONTROL++ ςτισ επιλογζσ του Targetsystem. Επίςθσ υπάρχει θ εντολι Read με τθν οποία μποροφμε να διαβάςουμε ζνα project που ιδθ ζχει μεταφερκεί ςτο DB30. Αυτι θ εντολι είναι πολφ ςθμαντικι γιατί αν για κάποιο λόγο χακεί το αρχείο του project που ζχουμε δθμιουργιςει ςτο FUZZY CONTROL++ μποροφμε να το επανακτιςουμε χωρίσ να το ςχεδιάςουμε από τθν αρχι. 59

66 Κεφάλαιο 3 Εικόνα 3.18 data block 30 (DB30) Επίςθσ, υπάρχει θ επιλογι Disconnect με τθν οποία αποςυνδεόμαςτε από το DB30 (εικόνα 3.18) και τθν STEP-7. Θ λειτουργία όλθσ τθσ διαδικαςίασ φαίνεται παρακάτω ςτο ςχιμα 3.2. Σχιμα 3.2 Σχεδιάγραμμα επικοινωνίασ FUZZY CONTROL++V6 και STEP-7 Είςοδοι/ζξοδοι και STEP-7 Ππωσ ζχουμε αναφζρει, οι είςοδοι και οι ζξοδοι ςε ζνα αςαφζσ ςφςτθμα είναι αναλογικζσ και προζρχονται ςυνικωσ από αιςκθτιρεσ (π.χ. κερμοκραςίασ, πίεςθσ κλπ.), είναι δθλαδι αναλογικά ςιματα τάςεωσ ι ρεφματοσ, όπωσ αναλφκθκε ςτο κεφάλαιο 2, και οδθγοφνται ςτο PLC μζςω αναλογικισ κάρτασ. Θυμθκείτε ότι ςτο ςχεδιαςμό του αςαφοφσ ελεγκτι ειςάγουμε ζνα υπερςφνολο αναφοράσ-πεδίο τιμϊν για κάκε μια λεκτικι μεταβλθτι, π.χ. για τθν μεταβλθτι Light τθσ εικόνασ

67 Κεφάλαιο 3 είναι το Ζνασ ανάλογοσ αιςκθτιρασ μζτρθςθσ φωτόσ κα ζχει ωσ ζξοδο θλεκτρικό ςιμα, όπωσ ζχουμε αναφζρει. Για τθν ανάγνωςθ και αναγωγι των ςθμάτων που ζρχονται ςτισ αναλογικζσ κάρτεσ ειςόδου καλοφμε τθν ςυνάρτθςθ FC30. Θ ςυνάρτθςθ αυτι διαβάηει το θλεκτρικό ςιμα από τθν αναλογικι κάρτα ειςόδων, το ανάγει ςτο υπερςφνολο αναφοράσ που εμείσ ζχουμε ορίςει από πριν ςτο FUZZY CONTROL++ και τοποκετεί αυτιν τθν τιμι ςτο μπλοκ δεδομζνων DB30 ϊςτε να τθ χρθςιμοποιιςει το μπλοκ ςυναρτιςεων FB30. Γράφοντασ λοιπόν ςε STL ςτθ STEP-7 call FC30 εμφανίηεται ο παρακάτω κϊδικασ: CALL "Fuzzy_Analogeingang" AI_ADR :=256 BIPOLAR :=TRUE FUZZY_DB:=DB30 INPUT_NR:=1 INFO :=MB40 Ππου ςτο AI_ADR γράφουμε τθ διεφκυνςθ τθσ ειςόδου (π.χ. για τθν PIW256 γράφουμε 256), ςτο BIPOLAR γράφουμε TRUE ι FALSE ανάλογα με τθν πολικότθτα (± ι 0..+) τθσ ειςόδου, ςτο FUZZY_DB γράφουμε το DB που κα μεταφερκεί, ςτο INPUT_NR τον αρικμό τθσ ειςόδου με τθ ςειρά που τισ ζχουμε ςχεδιάςει ςτο FUZZY CONTROL++ και ςτο INFO μια κζςθ μνιμθσ του PLC (χρθςιμοποιείται για τθν παρακολοφκθςθ τθσ ορκισ λειτουργίασ τθσ ςυνάρτθςθσ). Οι είςοδοι λοιπόν εγγράφονται ςτο DB30 και ςε ςυγκεκριμζνεσ διευκφνςεισ που καταλαμβάνουν μνιμθ μιασ διπλισ λζξθσ (DW). Συγκεκριμζνα, θ πρϊτθ είςοδοσ π.χ. που τθ διαβάηουμε από τθ διεφκυνςθ PIW256 κα εγγραφεί ςτθν διεφκυνςθ 0.0 του DB30 (εικόνα 3.18). Θ ςωςτι ςειρά γραφισ του κϊδικα ςε STL είναι, πρϊτα να καλζςουμε τθν FC30 για κάκε μια είςοδο που κα χρθςιμοποιιςουμε και μετά να καλζςουμε το μπλοκ ςυναρτιςεων FB30 με τθν εντολι call FB30,DB30. Στα πεδία των INPUT 1 8 ςτον κϊδικα του FB30 γράφουμε τθν διεφκυνςθ τθσ λζξθσ που ζχει καταχωρθκεί θ κάκε είςοδοσ, δθλαδι για τθν πρϊτθ γράφουμε INPUT1 :=DB30.DW0, για τθν δεφτερθ DB30.DW4 κλπ. Τϊρα λοιπόν ενεργοποιοφνται οι αλγόρικμοι του FB30 και κάνουν τουσ υπολογιςμοφσ των εξόδων τισ τιμζσ των οποίων εγγράφει ςτο DB30. Για να οδθγιςουμε τισ τιμζσ των εξόδων ςτθν κάρτα αναλογικϊν εξόδων και από εκεί ςτουσ ενεργοποιθτζσ χρθςιμοποιοφμε πάλι μια ςυνάρτθςθ, τθν FC31. Θ 61

68 Κεφάλαιο 3 ςυνάρτθςθ ανάγει τθν τιμι τθσ εξόδου, που είναι ςτθν μορφι του υπερςυνόλου αναφοράσ, ςε τιμι τάςθσ ι ρεφματοσ. Ο κϊδικάσ είναι αντίςτοιχοσ με αυτόν του FC30 όπωσ φαίνεται παρακάτω: CALL "Fuzzy_Analogausgang" AO_ADR :=276 BIPOLAR :=FALSE FUZZY_DB :=DB30 OUTPUT_NR:=3 INFO :=MB40 Ππωσ φαίνεται από τον κϊδικα θ τιμι τθσ τρίτθσ εξόδου κα μεταφερκεί ςτθν διεφκυνςθ PQW276 τθσ κάρτασ εξόδου από το DB30. Τζλοσ, όλα τα παραπάνω μπλοκ και ςυναρτιςεισ που χρθςιμοποιοφμε ςτον κϊδικα πρζπει να τισ φορτϊςουμε ςτο PLC ξεχωριςτά με τθν εντολι download τθσ STEP-7 αλλιϊσ δεν κα είναι εκτελζςιμοσ ο κϊδικασ από αυτό και κα εμφανίηεται system fault. Εφόςον ζχουμε φορτϊςει όλα τα μπλοκ και τισ ςυναρτιςεισ, φορτϊνουμε ζπειτα και τον κϊδικα με τθν ίδια εντολι, κζτουμε το PLC ςε κατάςταςθ RUN και ο αςαφισ ελεγκτισ είναι γεγονόσ. Το FUZZY CONTROL++ ζχει δφο ακόμα ςθμαντικζσ επιλογζσ που είναι χριςιμεσ ςτθν λειτουργία εντόσ γραμμισ και είναι θ curve plotter και θ rule activity του menu Test. Θ πρϊτθ είναι αναπαριςτά τισ ειςόδουσ και τισ εξόδουσ ςε μορφι γραφικισ παράςταςθσ και θ δεφτερθ αναπαριςτά τουσ κανόνεσ που ενεργοποιοφνται. Θ επιλογι rule activity ενεργοποιείται μόνο μετά τθν ενεργοποίθςθ του curve plotter. Εικόνεσ αυτϊν των διαγραμμάτων υπάρχουν ςτο κεφάλαιο 4 όπου παρουςιάηεται θ ανάπτυξθ του αςαφοφσ ελεγκτι βιολογικοφ αντιδραςτιρα που λειτουργεί ςτο εργαςτιριο. 62

69 Κεφάλαιο 4 Κεφάλαιο 4 ΕΜΠΕΙΡΟ-ΑΑΥΗ ΕΛΕΓΚΣΗ ΑΕΡΟΒΙΟΤ ΒΙΟΛΟΓΙΚΟΤ ΑΝΣΙΔΡΑΣΗΡΑ ΕΠΕΞΕΡΓΑΙΑ ΑΣΙΚΩΝ ΛΤΜΑΣΩΝ 4.1 Ειςαγωγή Το ενδιαφζρον μασ εςτιάηεται ςτον ζλεγχο ενόσ αερόβιου βιολογικοφ αντιδραςτιρα με παρατεταμζνο αεριςμό. Στο κεφάλαιο 1 παρουςιάςτθκε αυτό το ςφςτθμα από τθν πλευρά τθσ χθμικισ-βιοχθμικισ ανάλυςθσ όπου προςπακιςαμε να περιγράψουμε τισ βαςικζσ διεργαςίεσ που λαμβάνουν χϊρα μζςα ςε ζνα αντιδραςτιρα. Στο κεφάλαιο αυτό παρουςιάηουμε τα βιματα που ακολουκιςαμε για τθν ανάπτυξθ του αςαφοφσ ελεγκτι για το ςυγκεκριμζνο ςφςτθμα με το λογιςμικό FUZZY CONTROL++ V6.0 που παρουςιάςτθκε ςτο προθγοφμενο κεφάλαιο. Τα βιματα αυτά είναι: Κακοριςμόσ του υπό ζλεγχο ςυςτιματοσ (κακοριςμόσ των ειςόδων-εξόδων του ςυςτιματοσ) Αςαφοποίθςθ των δεδομζνων του ςυςτιματοσ (κακοριςμόσ των ςυναρτιςεων ςυμμετοχισ των ειςόδων και εξόδων) Ειςαγωγι Ζμπειρων κανόνων ελζγχου Κϊδικασ STEP-7 και εντόσ γραμμισ λειτουργία 63

70 Κεφάλαιο Καθοριςμόσ του υπό έλεγχο ςυςτήματοσ Ρρϊτο βιμα ςτθν ανάπτυξθ του αςαφοφσ ελεγκτι ιταν ο κακοριςμόσ του υπό ζλεγχο ςυςτιματοσ. Ππωσ αναφζραμε ςτο κεφάλαιο 1 οι διεργαςίεσ οι οποίεσ λαμβάνουν χϊρα ςτον αντιδραςτιρα είναι θ ςτακεροποίθςθ του οργανικοφ φορτίου, θ νιτροποίθςθ και θ απονιτροποίθςθ. Κατά τθν ςτακεροποίθςθ ςκοπόσ είναι θ αντιμετϊπιςθ του οργανικοφ φορτίου. Το οργανικό φορτίο κακορίηεται με τθν μζτρθςθ του BOD. Ζτςι, μια μζτρθςθ του BOD τόςο ςτθν είςοδο του ςυςτιματοσ όςο και ςτθν ζξοδο (δεξαμενι κακίηθςθσ) κα μποροφςε να μασ πλθροφοριςει ικανοποιθτικά για τον βακμό απόδοςθσ τθσ ςτακεροποίθςθσ. Ζπειτα κατά τθν νιτροποίθςθ, όπου ζχουμε απομάκρυνςθ του αηϊτου, ζχουμε μια διάςπαςθ τθσ αμμωνίασ ςε νιτρικά. Συνεπϊσ. Θ κφρια μεταβλθτι είναι θ ςυγκζντρωςθ αμμωνίασ (Ν-ΝΘ 3 ) και θ μζτρθςθ τθσ κρίνεται απαραίτθτθ. Τζλοσ ςτθν διαδικαςία τθσ απονιτροποίθςθσ ζχουμε μια αναγωγι του αηϊτου από τα νιτρικά. Συνεπϊσ, θ κφρια μεταβλθτι είναι θ ςυγκζντρωςθ νιτρικϊν (Ν-ΝΟ 3 ). Οι μεταβλθτζσ που επθρεάηουν και κακορίηουν ςθμαντικά αυτζσ τισ διαδικαςίεσ είναι θ κερμοκραςία μζςα ςτθν τάφρο, θ ςυγκζντρωςθ του διαλυμζνου οξυγόνου μζςα ςτθν αερόβια ηϊνθ και ιδιαίτερα θ ςυγκζντρωςθ των αιωροφμενων ςτερεϊν ςτο ανάμικτο υγρό τθσ τάφρου (MLSS). Συνεπϊσ, θ ςυνεχισ εντόσ γραμμισ μζτρθςθ όλων των παραπάνω μεταβλθτϊν είναι αρκετι για να κακορίςουμε τισ διάφορεσ καταςτάςεισ που εμφανίηονται και παρατθροφνται μζςα ςτο ςφςτθμα κακϊσ και για να προςδιορίςουμε τισ διάφορεσ ενζργειεσ ελζγχου. Αυτζσ οι μεταβλθτζσ ορίςτθκαν ωσ είςοδοι του αςαφοφσ μασ ςυςτιματοσ και ο κακοριςμόσ και θ ταξινόμθςι τουσ ζγινε ςφμφωνα με τον παρακάτω πίνακα: ΤΑΞΗ ΕΙΣΟΔΟΥ ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΕΙΓΑΦΗ 1) 1 θ D(BOD) 2 θ MLSS Αντιμετώπιςθ οργανικοφ φορτίου(bod ΕΙΣΟΔΟΥ BOD ΕΞΟΔΟΥ ) Συγκζντρωςθ των αιωροφμενων ςτερεών ςτο ανάμεικτο υγρό ΜΟΝΑΔΑ ΜΕΤΗΣΗΣ mg/l mg/l 64

71 Κεφάλαιο 4 3 θ TEMP 4 θ DO 5 θ N-NH 3 6 θ N-NO 3 Ρίνακασ 4.1 Είςοδοι Αςαφοφσ Συςτιματοσ Θερμοκραςία ςτο εςωτερικό τθσ τάφρου Συγκζντρωςθ του διαλυμζνου οξυγόνου ςτθν αερόβια ηώνθ Συγκζντρωςθ τθσ αμμωνίασ ςτθν ζξοδο τθσ αερόβιασ ηώνθσ Συγκζντρωςθ των νιτρικών ςτθν ζξοδο τθσ αερόβιασ ηώνθσ 0 C mg/l mg/l mg/l Ζχοντασ τϊρα κακορίςει τισ ειςόδουσ του ςυςτιματοσ πρζπει να προςδιορίςουμε τισ μεταβλθτζσ που κζλουμε να ελζγξουμε ζτςι ϊςτε το ςφςτθμα να ςυμπεριφζρεται ανάλογα ςτισ διάφορεσ καταςτάςεισ που ανιχνεφονται. Ππωσ αναφζραμε ςτο κεφάλαιο 1, θ διαδικαςία τθσ ςτακεροποίθςθσ μπορεί να επθρεαςτεί από δυο μεταβλθτζσ α) τθν παροχι οξυγόνου ςτθν αερόβια ηϊνθ και β) το ρυκμό τθσ ανακυκλοφορίασ τθσ ιλφοσ από τθν ζξοδο του πυκμζνα τθσ δεξαμενισ κακίηθςθσ. Επίςθσ, θ διαδικαςία τθσ απονιτροποίθςθσ εξαρτάται άμεςα από τθν παροχι οξυγόνου και ζμμεςα από τθν ανακυκλοφορία τθσ ιλφοσ. Και τζλοσ, θ διαδικαςία τθσ απονιτροποίθςθσ εξαρτάται άμεςα από τθν ανακυκλοφορία του ανάμεικτου υγροφ από τθν αερόβια ηϊνθ ςτθν ανοξικι και ζμμεςα από τθν ανακυκλοφορία τθσ ιλφοσ. Επίςθσ, θ ανακυκλοφορία του υγροφ επθρεάηει ζμμεςα τισ διαδικαςίεσ ςτακεροποίθςθσ και νιτροποίθςθσ. Συνεπϊσ οι μεταβλθτζσ που χρειάηονται ζλεγχο είναι θ παροχι οξυγόνου, θ ανακυκλοφορία ιλφοσ και θ ανακυκλοφορία ανάμεικτου υγροφ από τθν αερόβια ςτθν ανοξικι ηϊνθ. Αυτζσ οι τρείσ μεταβλθτζσ ορίςτθκαν ωσ οι ζξοδοι του αςαφοφσ ςυςτιματοσ και παρουςιάηονται ςτον παρακάτω πίνακα: ΤΑΞΗ ΕΞΟΔΟΥ ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΟΣ ΡΕΙΓΑΦΗ 1 θ PROoxygen Ραρεχόμενο οξυγόνο ςτθν αερόβια ηώνθ 65

72 Κεφάλαιο 4 2 θ Rsludge 3 θ Rml Ανακυκλοφορία ίλυσ Ανακυκλοφορία ανάμεικτου υγροφ Ρίνακασ 4.2 Ζξοδοι Αςαφοφσ ςυςτιματοσ Ρρόκειται λοιπόν, όπωσ ζχουμε ξαναπεί, για ζνα αςαφζσ ςφςτθμα που αποτελείται από ζξι μεταβλθτζσ ειςόδου και τρείσ μεταβλθτζσ εξόδου. Ζχοντασ κακορίςει τισ μεταβλθτζσ τθσ διαδικαςίασ μποροφμε να προχωριςουμε ςτθν δθμιουργία του αςαφοφσ ελεγκτι με το λογιςμικό FUZZY CONTROL++V6.0 με τον τρόπο που αναλφςαμε ςτο προθγοφμενο κεφάλαιο. 4.3 Αςαφοποίηςη των δεδομένων του ςυςτήματοσ Το δεφτερο βιμα ςτθν ανάπτυξθ ενόσ αςαφοφσ ςυςτιματοσ, ζχοντασ κακορίςει τισ μεταβλθτζσ ειςόδου και εξόδου, είναι θ αςαφοποίθςθ αυτϊν των δεδομζνων δθλαδι των μεταβλθτϊν ειςόδου και εξόδου. Για τθν αςαφοποίθςθ αυτϊν των μεταβλθτϊν πρζπει να προςδιορίςουμε τα εξισ ςτοιχεία: α) το υπερςφνολο αναφοράσ τουσ που προςδιορίηεται από μια ελάχιςτθ και μζγιςτθ τιμι β) τα απαραίτθτα ςτοιχεία των ςυναρτιςεων ςυμμετοχισ τουσ όπωσ περιγράφθκε ςτο προθγοφμενο κεφάλαιο. Ασ δοφμε αυτά τα χαρακτθριςτικά για κάκε μια μεταβλθτι ξεκινϊντασ από τισ ειςόδουσ: Είςοδοσ D(BOD) Το υπερςφνολο αναφοράσ αυτισ τθσ μεταβλθτισ προςδιορίςτθκε από μια ελάχιςτθ τιμι αυτισ τθσ μεταβλθτισ που είναι το μθδζν (D(BOD) min =0) και μια μζγιςτθ τιμι που είναι τα 50 mg/l (D(BOD) max =50 mg/l). Ζπειτα οι γλωςςικζσ τιμζσ που χρθςιμοποιοφν οι τεχνικοί για να περιγράψουν αυτιν τθν μεταβλθτι είναι είτε 66

73 Κεφάλαιο 4 ότι θ μεταβολι του οργανικοφ φορτίου είναι υψθλι είτε ικανοποιθτικι είτε χαμθλι. Συνεπϊσ τα ονόματα των ςυναρτιςεων ςυμμετοχισ δθλαδι οι τιμζσ τθσ γλωςςικισ μεταβλθτισ D(BOD) είναι: χαμθλι (L), ικανοποιθτικι (OK) και υψθλι Εικόνα 4.1 Είςοδοσ D(B0D) (H). Τα ςφνολα ςτιριξθσ αυτϊν των τριϊν γλωςςικϊν τιμϊν-ςυναρτιςεων ςυμμετοχισ κακορίηονται ομοιόμορφα και ςυμμετρικά ςτο υπερςφνολο αναφοράσ τθσ D(BOD) και ζχουν τραπεηοειδι μορφι όπωσ φαίνεται αναλυτικά ςτθν εικόνα 4.1. Πμοια κα πράξουμε και για τισ υπόλοιπεσ ειςόδουσ με ςυμμετρικζσ ςυναρτιςεισ μεταφοράσ γιϋ αυτό και δεν παρουςιάηουμε τα αντίςτοιχα διαγράμματα. Είςοδοσ MLSS Το υπερςφνολο αναφοράσ αυτισ τθσ μεταβλθτισ προςδιορίςτθκε από μια ελάχιςτθ τιμι των 1500 mg/l και μια μζγιςτθ των 5500 mg/l. Ζτςι το πεδίο οριςμοφ αυτισ τθσ μεταβλθτισ κυμαίνεται ςε μια περιοχι mg/l. Οι γλωςςικζσ εκφράςεισ που χρθςιμοποιοφν οι τεχνικοί για τθν περιγραφι αυτισ τθσ μεταβλθτισ είναι πάλι χαμθλι (L), ικανοποιθτικι (ΟΚ) και υψθλι (Θ). Συνεπϊσ, προςδιορίςαμε τρεισ ςυναρτιςεισ ςυμμετοχισ, οι οποίεσ κατανζμονται ομοιόμορφα και ςυμμετρικά ςτο όλο υπερςφνολο αναφοράσ και για τον ςχεδιαςμό τουσ χρθςιμοποιιςαμε τραπεηοειδισ ςυναρτιςεισ. Είςοδοσ TEMP Για τθν κερμοκραςία προςδιορίςαμε μια ελάχιςτθ και μια μζγιςτθ τιμι των 10 ο C και μια μζγιςτθ των 30 ο C. Ζτςι το υπερςφνολο αναφοράσ κυμαίνεται από 10 ο C- 30 o C. Για τθν περιγραφι τθσ κερμοκραςίασ χρθςιμοποιοφνται και πάλι οι γλωςςικζσ 67

74 Κεφάλαιο 4 εκφράςεισ χαμθλι (L), ιδανικι(οκ) και υψθλι (Θ). Ζτςι και πάλι προςδιορίςαμε τρείσ ςυναρτιςεισ ςυμμετοχισ ςυμμετρικά ςτο υπερςφνολο αναφοράσ. Είςοδοσ DO Για το διαλυμζνο οξυγόνο προςδιορίςαμε μια ελάχιςτθ τιμι των 0.5 mg/l και μια μζγιςτθ τιμι των 30 mg/l. Συνεπϊσ, το υπερςφνολο αναφοράσ αυτισ τθσ μεταβλθτισ είναι mg/l. Για τθν περιγραφι αυτισ τθσ μεταβλθτισ οι τεχνικοί χρθςιμοποιοφν τισ εκφράςεισ χαμθλό (L), ικανοποιθτικό (ΟΚ) και υψθλό (Θ). Ζτςι, προςδιορίςαμε τρείσ ςυναρτιςεισ ςυμμετοχισ για τθν περιγραφι αυτισ τθσ μεταβλθτισ οι οποίεσ κατανζμονται ομοιόμορφα και ςυμμετρικά ςτο υπερςφνολο αναφοράσ. Είςοδοσ Ν-ΝΘ 3 Θ ελάχιςτθ τιμι αυτισ προςδιορίςτθκε ςτα 0 mg/l και θ μζγιςτθ ςτα 500 mg /l. Το υπερςφνολο αναφοράσ κυμαίνεται από mg/l και οι γλωςςικζσ τιμζσ είναι πάλι χαμθλι (L), ικανοποιθτικι (ΟΚ) και υψθλι (Θ) ενϊ οι τρείσ ςυναρτιςεισ κατανζμονται ςυμμετρικά ςε όλο το υπερςφνολο αναφοράσ. Είςοδοσ N-NO 3 Το υπερςφνολο αναφοράσ των νιτρικϊν κυμαίνεται από mg/l. Ενϊ οι ςυναρτιςεισ μεταφοράσ κατανζμονται ςυμμετρικά και ομοιόμορφα ςε όλο το υπερςφνολο αναφοράσ με τισ εκφράςεισ χαμθλά (L), ικανοποιθτικά (ΟΚ) και υψθλά (Θ). Ρζρα όμωσ από τον κακοριςμό των υπερςυνόλων αναφοράσ και των ςυναρτιςεων ςυμμετοχισ των ειςόδων πρζπει να κακορίςουμε τα ίδια ςτοιχεία και για τισ εξόδουσ δθλαδι τισ μεταβλθτζσ που κζλουμε να ελζγξουμε. Ζτςι για τισ εξόδουσ ζχουμε αναλυτικά: Ζξοδοσ PROoxygen Για τθν παροχι οξυγόνου μζςα ςτθν αερόβια ηϊνθ χρθςιμοποιοφνται δφο βαςικζσ μζκοδοι αεριςμοφ: α) παροχι οξυγόνου με πορϊδεισ διαχυτζσ και ακροφφςια και β) μθχανικι αναδιατάραξθ των λυμάτων για διευκόλυνςθ πρόςλθψθσ οξυγόνου από τθν ατμόςφαιρα με μθχανιςμοφσ που είναι γνωςτοί ωσ μθχανικοί αεριςτζσ. Και τα δφο ςυςτιματα αεριςμοφ καταςκευάηονται με μια μζγιςτθ παροχι οξυγόνου ςτα λφματα θ οποία εξαρτάται από το ποςό ενζργειασ 68

75 Κεφάλαιο 4 Εικόνα 4.2 Ζξοδοσ PRO-oxygen που καταναλϊνουν. Θ ποςότθτα οξυγόνου που παρζχεται μπορεί να μεταβλθκεί αν ςτο πρϊτο ςφςτθμα βυκίςουμε τουσ διαχυτζσ περιςςότερο ι λιγότερο ςτα λφματα όςο και ςτο δεφτερο αν αυξιςουμε τον ρυκμό ςτροφϊν του κινθτιρα που προκαλεί τθν ανάμιξθ ςτα λφματα. Συνεπϊσ, κατά αυτό τον τρόπο ανάλογα με τθ βφκιςθ των διαχυτϊν και τθν αφξθςθ ι μείωςθ των ςτροφϊν του αναμείκτθ, θ οξειδωτικι δράςθ μπορεί να διακυμανκεί από το 0% τθσ μζγιςτθσ οξειδωτικισ ικανότθτασ (δθλαδι διαχυτζσ πλιρωσ ανυψωμζνοι και αρικμόσ ςτροφϊν πολφ χαμθλόσ) ζωσ το 100% τθσ μζγιςτθσ οξειδωτικισ ικανότθτασ (δθλαδι οι διαχυτζσ πλιρωσ βυκιςμζνοι μζςα ςτθν ίλθ ι μζγιςτοσ αρικμόσ ςτροφϊν του αναμεικτιρα). Ζτςι, προςδιορίςαμε το υπερςφνολο αναφοράσ τθσ μεταβλθτισ αυτισ ωσ μια περιοχι από 0% ζωσ 100% τθσ μζγιςτθσ οξειδωτικισ ικανότθτασ για τθν οποία είναι καταςκευαςμζνο το ςφςτθμα αεριςμοφ. Για τθν περιγραφι αυτισ τθσ μεταβλθτισ χρθςιμοποιιςαμε πζντε γλωςςικζσ μεταβλθτζσ που είναι οι εξισ: πολφ χαμθλι (VL), χαμθλι (L), κανονικι (Ν), υψθλι (Θ) και πολφ υψθλι (VH) παροχι οξυγόνου. Ζτςι, προςδιορίςαμε πζντε ςυναρτιςεισ ςυμμετοχισ των οποίων τα ςφνολα ςτιριξθσ κατανζμονται ομοιόμορφα και ςυμμετρικά ςτο υπερςφνολο αναφοράσ τθσ μεταβλθτισ. Για τον ςχεδιαςμό τουσ όμωσ χρθςιμοποιιςαμε μονοςφνολεσ ςυναρτιςεισ ι ςυναρτιςεισ γραμμισ όπωσ προςδιορίηονται από το FUZZY CONTROL++V6.0 (αυτζσ είναι και οι μόνεσ που υλοποιεί το λογιςμικό) και παρουςιάηονται ςτθν εικόνα 4.2. Πμοια κα πράξουμε και για τισ υπόλοιπεσ εξόδουσ 69

76 Κεφάλαιο 4 με ςυμμετρικζσ ςυναρτιςεισ μεταφοράσ γιϋ αυτό και δεν παρουςιάηουμε τα αντίςτοιχα διαγράμματα. Ζξοδοσ R-sludge Θ ανακυκλοφορία ιλφοσ κακορίηεται ωσ το ποςοςτό τθσ παροχισ τθσ λάςπθσ που ζχουμε από τθν ζξοδο του πυκμζνα τθσ δευτεροβάκμιασ κακίηθςθσ θ οποία οδθγείται ςτθν είςοδο τθσ δεξαμενισ ενϊ το υπόλοιπο ποςοςτό που ονομάηεται περιςςεφουςα λάςπθ οδθγείται προσ τθν δεξαμενι χωνεφςεωσ. Ζτςι, μια ελάχιςτθ τιμι για αυτιν τθν μεταβλθτι είναι 0% ανακυκλοφορία δθλαδι όλθ θ λάςπθ προσ τθ δεξαμενι χωνεφςεωσ και μια μζγιςτθ τιμι 100% ανακυκλοφορία όπου όλθ θ λάςπθ επιςτρζφει ςτθν είςοδο του αντιδραςτιρα. Ζτςι ζχουμε ζνα υπερςφνολο αναφοράσ από % ανακυκλο-φορία. Οι γλωςςικζσ τιμζσ-ςυναρτιςεισ ςυμμετοχισ ζχουν τισ εξισ εκφράςεισ: πολφ μικρι (VS), μικρι (S), κανονικι (Ν), μεγάλθ (Β), και πολφ μεγάλθ (VB) ανακυκλοφορία ιλφοσ, οι οποίεσ είναι ςυμμετρικζσ ςε όλο το υπερςφνολο αναφοράσ. Ζξοδοσ R-ml Θ ανακυκλοφορία ανάμεικτου υγροφ υφίςταται και αυτι μεταξφ τθσ εξόδου τθσ αερόβιασ δεξαμενισ και τθσ ειςόδου του αντιδραςτιρα και προςδιορίςτθκε ωσ το ποςοςτό τθσ παροχισ που ζχουμε ςτθν ζξοδο το οποίο ανακυκλοφορείται. Ζτςι, το υπερςφνολο αναφοράσ κυμαίνεται από 0 % ζωσ 100 % ανακυκλοφορία, όπου όλο το υγρό οδθγείται ςτθν δεξαμενι δευτεροβάκμιασ κακίηθςθσ. Ράλι ζχουμε πζντε ςυναρτιςεισ ςυμμετοχισ οι οποίεσ κατανζμονται ςυμμετρικά ςε όλο το υπερςφνολο αναφοράσ και οι ονομαςίεσ τουσ είναι ίδιεσ με πριν. 4.4 Ειςαγωγή έμπειρων κανόνων Το επόμενο βιμα ςτον ςχεδιαςμό του ελεγκτι είναι θ ειςαγωγι των ζμπειρων κανόνων που γίνεται ςτο μπλοκ if then τθσ εικόνασ 4.3. Διατθριςαμε τουσ κανόνεσ που ιδθ υπιρχαν ενϊ αφαιρζςαμε ζναν και ςτο ςφνολο τουσ είναι 49. Ρρζπει να ποφμε ότι οι κανόνεσ αυτοί είναι προϊόν εκτενϊν ςυηθτιςεων με ειδικοφσ αλλά και 70

77 Κεφάλαιο 4 Εικόνα 4.3 Σχεδιαςμόσ Αςαφοφσ Ελεγκτι μελζτθσ ςχετικισ βιβλιογραφίασ από τον Διμο Σαπίδθ ο οποίοσ είχε κάνει και τθν διπλωματικι εργαςία του ζμπειρου και αςαφοφσ ελεγκτι που λειτουργοφςε μζχρι τϊρα ςτο εργαςτιριο. Ωςτόςο, το FUZZY CONTROL++ V6.0 υποςτθρίηει 200 κανόνεσ για τα S7-4K ςυςτιματα και 2000 κανόνεσ για τα S7-20K και ζχει να κάνει με τισ δυνατότθτεσ των PLC που χρθςιμοποιοφνται ςτο κακζνα (μεγαλφτερο ρόλο παίηει θ μνιμθ αλλά και ο επεξεργαςτισ). Ραρόλο λοιπόν που το ςφςτθμα μασ μπορεί να υποςτθρίξει περιςςότερουσ κανόνεσ δεν κρίκθκε αναγκαία θ ειςαγωγι περιςςότερων από τουσ ιδθ υπάρχοντεσ, κακϊσ αυτοί περιγράφουν πλιρωσ το μεγαλφτερο ποςοςτό των πραγματικϊν καταςτάςεων που μπορεί να ειςζλκει το ςφςτθμα του βιολογικοφ αντιδραςτιρα. Ππωσ αναφζραμε οι διαδικαςίεσ που πρζπει να ελεγχκοφν μζςα ςτον αντιδραςτιρα Εικόνα 4.4 Αςαφείσ κανόνεσ ελζγχου του βιολογικοφ αντιδραςτιρα είναι θ ςτακεροποίθςθ του οργανικοφ φορτίου, θ νιτροποίθςθ και θ απονιτροποίθςθ. Αυτζσ οι διαδικαςίεσ όμωσ είναι εξαρτϊμενεσ θ μία από τθν άλλθ. Για τον ζλεγχο κάκε μίασ διαδικαςίασ αναπτφχκθκε και ζνα ςφνολο κανόνων. Ζτςι ζχουμε 27 κανόνεσ για τθν ςτακεροποίθςθ που είναι και θ πιο κρίςιμθ διαδικαςία και ενεργοφν είτε ζχουν επιτευχκεί θ νιτροποίθςθ και θ απονιτροποίθςθ είτε όχι. 71

78 Κεφάλαιο 4 Ζχουμε άλλουσ 11 κανόνεσ για τον ζλεγχο τθσ νιτροποίθςθσ και τζλοσ 11 κανόνεσ για τθν διαδικαςία τθσ απονιτροποίθςθσ. Με τουσ 49 αυτοφσ κανόνεσ επιτυγχάνεται ο ζλεγχοσ και των τριϊν εξόδων του ςυςτιματοσ του βιολογικοφ κακαριςμοφ ςε όλεσ τισ πραγματικζσ καταςτάςεισ που μπορεί αυτό να ειςζλκει. Στθν εικόνα 4.4 παρουςιάηονται οι εννιά κανόνεσ από τθν διαδικαςία τθσ ςτακεροποίθςθσ. 4.5 Κώδικασ STEP-7 και εντόσ γραμμήσ λειτουργία Αφοφ δθμιουργιςαμε καινοφργιο project το proj-1 ςτθν STEP-7 και κάναμε όλα τα απαραίτθτα βιματα όςον αφορά τον εξοπλιςμό (κεφάλαιο 2) αλλά και όλα τα απαραίτθτα βιματα όςον αφορά το λογιςμικό που εξθγικθκαν αναλυτικά ςτο προθγοφμενο κεφάλαιο γράψαμε τον παρακάτω κϊδικα: //ΚΑΛΔΜΑ ΣΟΤ ΑΑΦΟΤ ΜΠΛΟΚ ΓΔΓΟΜΔΝΩΝ ΚΑΙ ΤΝΑΡΣΗΔΩΝ FB30,DB30// //Δ ΑΤΣΟ ΣΟ ΚΟΜΜΑΣΙ ΓΙΝΔΣΑΙ Η ΜΔΣΑΦΟΡΑ ΣΩΝ ΚΑΝΟΝΩΝ,ΣΩΝ ΔΙΟΓΩΝ ΚΑΙ // //Ο ΤΠΟΛΟΓΙΜΟ ΣΩΝ ΔΞΟΓΩΝ ΑΠΟ ΣΟΝ FUZZY CONTROL// CALL "Fuzzy_Control4K", DB30 INPUT1 :=DB30.DBW0 INPUT2 :=DB30.DBW4 INPUT3 :=DB30.DBW8 INPUT4 :=DB30.DBW12 INPUT5 :=DB30.DBW16 INPUT6 :=DB30.DBW20 INPUT7 := INPUT8 := OUTPUT1:=MD200 OUTPUT2:=MD204 OUTPUT3:=MD208 OUTPUT4:= INFO :=MB30 //ΚΑΛΔΜΑ ΣΗ ΤΝΑΡΣΗΗ FC30 ΓΙΑ ΚΑΘΔ ΜΙΑ ΔΙΟΓΟ ΞΔΥΩΡΙΣΑ// CALL "Fuzzy_Analogeingang" AI_ADR :=256 BIPOLAR :=TRUE FUZZY_DB:=DB30 INPUT_NR:=1 72

79 Κεφάλαιο 4 INFO :=MB40 CALL "Fuzzy_Analogeingang" AI_ADR :=258 BIPOLAR :=TRUE FUZZY_DB:=DB30 INPUT_NR:=2 INFO :=MB40 CALL "Fuzzy_Analogeingang" AI_ADR :=260 BIPOLAR :=TRUE FUZZY_DB:=DB30 INPUT_NR:=3 INFO :=MB40 CALL "Fuzzy_Analogeingang" AI_ADR :=262 BIPOLAR :=TRUE FUZZY_DB:=DB30 INPUT_NR:=4 INFO :=MB40 CALL "Fuzzy_Analogeingang" AI_ADR :=264 BIPOLAR :=TRUE FUZZY_DB:=DB30 INPUT_NR:=5 INFO :=MB40 //ΚΑΛΔΜΑ ΣΗ ΤΝΑΡΣΗΗ FC31 ΓΙΑ ΚΑΘΔ ΜΙΑ ΔΞΟΓΟ ΞΔΥΩΡΙΣΑ// CALL "Fuzzy_Analogeingang" AI_ADR :=266 BIPOLAR :=TRUE FUZZY_DB:=DB30 INPUT_NR:=6 INFO :=MB40 CALL "Fuzzy_Analogausgang" AO_ADR :=272 BIPOLAR :=FALSE FUZZY_DB :=DB30 OUTPUT_NR:=1 INFO :=MB40 73

80 Κεφάλαιο 4 CALL "Fuzzy_Analogausgang" AO_ADR :=274 BIPOLAR :=FALSE FUZZY_DB :=DB30 OUTPUT_NR:=2 INFO :=MB40 CALL "Fuzzy_Analogausgang" AO_ADR :=276 BIPOLAR :=FALSE FUZZY_DB :=DB30 OUTPUT_NR:=3 INFO :=MB40 //ΔΝΔΡΓΟΠΟΙΗΗ ΣΟΤ FUZZY CONTROL ΜΔΩ ΣΗ ΜΔΣΑΒΛΗΣΗ DB30.DBW 50// L 123 T DB30.DBW 50 BE Τϊρα κζτοντασ το PLC ςε κατάςταςθ RUN μποροφμε να ελζγξουμε τθν εντόσ γραμμισ λειτουργία μζςω των επιλογϊν curve plotter και rule activity. Ρρζπει να αναφζρουμε ότι αν και το λογιςμικό FUZZY CONTROL++ V6.0 είναι περί τα 13 χρόνια νεότερο από το PROFUZZY δεν διακζτει γεννιτρια κυματομορφϊν των ειςόδων για τθν εκτόσ γραμμισ παρακολοφκθςθ τθσ διαδικαςίασ ενϊ το PROFUZZY διζκετε. Ππωσ αναφζραμε οι ελεγχόμενεσ μεταβλθτζσ που κζλουμε να ρυκμίςουμε με τον αςαφι ελεγκτι είναι: το παρεχόμενο οξυγόνο, θ ανακυκλοφορία λάςπθσ και θ ανακυκλοφορία υγροφ. Επίςθσ, αναφζραμε ότι οι διαδικαςίεσ οι οποίεσ ελζγχονται με αυτζσ τισ τρείσ μεταβλθτζσ είναι θ ςτακεροποίθςθ, θ νιτροποίθςθ και θ απονιτροποίθςθ. Θ μόνιμθ ι επικυμθτι κατάςταςθ αυτοφ του ςυςτιματοσ εξαρτάται από τθν εκπλιρωςθ ςε οριςμζνο ποςοςτό τθσ ςτακεροποίθςθσ, τθσ νιτροποίθςθσ και τθσ απονιτροποίθςθσ. Ζτςι απαιτοφμε ζνα βακμό ςτακεροποίθςθσ 90 %, ζνα βακμό νιτροποίθςθσ 70 % και τζλοσ ζνα βακμό απονιτροποίθςθσ 60 %. Για τθν επίτευξθ όμωσ αυτϊν των ποςοςτϊν οι τιμζσ των ειςόδων είναι ςυγκεκριμζνεσ. Ζτςι, κζλουμε θ μεταβολι του οργανικοφ φορτίου BOD να ξεπερνά τθν τιμι των 25 mg/l, θ ςυγκζντρωςθ των ςτερεϊν MLSS να μθν ξεπερνά τισ 3500 mg/l, θ ςυγκζντρωςθ του διαλυμζνου οξυγόνου DO περίπου ςτα 1.75 mg/l και 74

81 Κεφάλαιο 4 Εικόνα 4.5 Curve plotter επικυμθτισ κατάςταςθσ τζλοσ θ κερμοκραςία να μθν ξεπερνά τουσ 20 ο C. Για να επιτευχκοφν αυτά τα χαρακτθριςτικά πρζπει να ζχουμε παροχι οξυγόνου 50 % και για νιτροποίθςθ 70 % και απονιτροποίθςθ 70 % θ ςυγκζντρωςθ τθσ αμμωνίασ N-NH 3 πρζπει να είναι ςτα 250 mg/l και θ ςυγκζντρωςθ των νιτρικϊν N-NO 3 να μθν ξεπερνάει τα 1.5 mg/l. Ζτςι λοιπόν προκφπτει ότι για να επιτευχκοφν τα παραπάνω ποςοςτά των διαδικαςιϊν πρζπει να ζχουμε τισ τιμζσ εξόδων PROoxygen=50 %, Rsludge=50 % και Rml=50%. Γυρίςαμε λοιπόν τουσ ροοςτάτεσ των ειςόδων ςτισ παραπάνω τιμζσ και είχαμε τα αναμενόμενα αποτελζςματα όπωσ φαίνεται ςτθν εικόνα 4.5 θ οποία παρουςιάηει το διάγραμμα τθσ επιλογι curve plotter του FUZZY CONTROL++. Ο ςυνδυαςμόσ αυτϊν των τιμϊν των ειςόδων ενεργοποιεί μόνο τον κανόνα 14 όπωσ φαίνεται ςτθν εικόνα 4.6, που παρουςιάηει τθν επιλογι rule activity του FUZZY CONTRO++. Θ επιλογι αυτι δείχνει ποιοι κανόνεσ ενεργοποιοφνται και πόςο (κάκετοσ άξονασ) για να μασ δϊςουν τθν τιμι (κίτρινο βελάκι) εξόδου του οριηόντιου άξονα. Με τθν επιλογι curve plotter μποροφμε να διαλζξουμε ποιεσ ειςόδουσ/εξόδουσ κζλουμε 75

82 Κεφάλαιο 4 Εικόνα 4.6 Rule activity επικυμθτισ κατάςταςθσ Εικόνα 4.7 Μεταβολι τθσ ειςόδου TEMP και παρακολοφκθςθ τθσ Rml 76

83 Κεφάλαιο 4 να παρακολουκιςουμε κακϊσ και να ορίςουμε το πεδίο τιμϊν του κάκετου άξονα ενϊ ο οριηόντιοσ είναι άξονασ χρόνου. Στθν εικόνα 4.7 φαίνεται ζνα τζτοιο διάγραμμα όπου μεταβάλαμε τθν είςοδο TEMP (κόκκινθ γραμμι) χειροκίνθτα με τον ροοςτάτθ ςε όλο το υπερςφνολο αναφοράσ τθσ, διατθρϊντασ τισ υπόλοιπεσ ειςόδουσ ςτισ τιμζσ που είπαμε πριν και παρακολουκιςαμε τθν μεταβολι τθσ εξόδου Rml (πορτοκαλί γραμμι). 77

84 Κεφάλαιο 5 Κεφάλαιο 5 ΛΟΓΙΜΙΚΟ NEYROSYSTEMS V Ειςαγωγή Ππωσ είπαμε, ζνα ςθμαντικό μζλοσ των ευφυϊν ςυςτθμάτων είναι τα «τεχνθτά νευρωνικά δίκτυα ΤΝΔ» τα οποία ζχουν αναπτυχκεί ςε μεγάλο βακμό και ςιμερα χρθςιμοποιοφνται ολοζνα και περιςςότερο ςε πολλζσ εφαρμογζσ. Μερικζσ από αυτζσ είναι τα ςυςτιματα αναγνϊριςθσ ταυτότθτασ, ςυςτιματα ταξινόμθςθσ προτφπων, επεξεργαςία εικόνασ και ομιλίασ, μθχανικι όραςθ, ρομποτικι, ιατρικι, οικονομία και ςε ςυςτιματα ελζγχου τα οποία και μασ αφοροφν. Εμείσ ςε αυτό το κεφάλαιο κα παρουςιάςουμε το λογιςμικό NEYROSYSTEMS V1.0 τθσ SIEMENS. Αν και είναι αρκετά παλιά ζκδοςθ και δεν χρθςιμοποιείται ςιμερα ςε πραγματικζσ εφαρμογζσ, κα μασ βοθκιςει ςτο να κατανοιςουμε τισ δυνατότθτεσ των ΤΝΔ με τθν ανάπτυξθ ενόσ νευρωνικοφ δικτφου ςτο κεφάλαιο 6. Σε αυτό το κεφάλαιο κάνουμε επίςθσ μια αναφορά ςτισ βαςικζσ ζννοιεσ των ΤΝΔ. 78

85 Κεφάλαιο Βαςικέσ έννοιεσ ΣΝΔ Ο άνκρωποσ δεν είναι γριγοροσ οφτε ακριβισ ςτουσ υπολογιςμοφσ του, όπωσ ζνασ ςφγχρονοσ υπολογιςτισ. Σε πολλοφσ τομείσ όμωσ, θ ανκρϊπινθ ικανότθτα υπερτερεί κατά πολφ των ικανοτιτων ενόσ υπολογιςτι (για παράδειγμα, ο άνκρωποσ αναγνωρίηει πολφ εφκολα αντικείμενα και κατανοεί τισ ςχζςεισ μεταξφ τουσ μζςα ςτο φυςικό περιβάλλον ζςτω και αν αυτά είναι παραμορφωμζνα ι δεν είναι εξ ολοκλιρου ορατά ). Θ ικανότθτα μάκθςθσ από εμπειρία είναι από τα κφρια χαρακτθριςτικά τθσ ανκρϊπινθσ ευφυΐασ. Θ ανκρϊπινθ μνιμθ ζχει τθν ικανότθτα να αποκθκεφει μεγάλθ ποςότθτα και ποικιλία γνϊςθσ και να ςυςχετίηει πλθροφορίεσ πολφ γριγορα και χωρίσ ιδιαίτερθ προςπάκεια. Σε αντίκεςθ, ο υπολογιςτισ ζχει τθν ικανότθτα να απομνθμονεφει τεράςτιεσ ποςότθτεσ πλθροφοριϊν αλλά δυςκολεφεται να τισ εκμεταλλευτεί. Μια εξιγθςθ για τθν ανωτερότθτα τθσ ανκρϊπινθσ ικανότθτασ ςε ςχζςθ με αυτιν ενόσ υπολογιςτικοφ ςυςτιματοσ πικανολογείται ότι είναι θ ζλλειψθ κατάλλθλου λογιςμικοφ, γεγονόσ που εμποδίηει τθν αναπαραγωγι τθσ ανκρϊπινθσ ικανότθτασ με μθχανιςτικζσ μεκόδουσ. Μια δεφτερθ εξιγθςθ είναι το γεγονόσ ότι ο ανκρϊπινοσ εγκζφαλοσ και οι υπολογιςτζσ λειτουργοφν εντελϊσ διαφορετικά. Ο άνκρωποσ είναι πολφ πιο ζξυπνοσ από τον υπολογιςτι επειδι ο εγκζφαλοσ ςνάψειρ ώμα Γενδπίτερ Άξοναρ Εικόνα 5.1 Νευρώνασ 79

86 Κεφάλαιο 5 χρθςιμοποιεί μια αρχιτεκτονικι που είναι πολφ πιο κατάλλθλθ να αντιμετωπίςει τθ φυςικι επεξεργαςία πλθροφοριϊν. Ο εγκζφαλοσ είναι ζνασ ιςχυρότατοσ υπολογιςτισ, που αποτελείται από ζναν τεράςτιο αρικμό (10 10 ) ςτοιχείων ι νευρϊνων (εικόνα 5.1), κακζνασ από τουσ οποίουσ επικοινωνεί με χιλιάδεσ άλλουσ. Από κάκε νευρϊνα ξεκινοφν χιλιάδεσ ίνεσ, οι οποίεσ ςυναντοφν ίνεσ από άλλουσ νευρϊνεσ ςε ςθμεία που αποκαλοφνται ςυνάψεισ. Ο ανκρϊπινοσ εγκζφαλοσ χρθςιμοποιεί δομι μαηικοφ παραλλθλιςμοφ (massively parallel) ι παράλλθλθσ κατανεμθμζνθσ επεξεργαςίασ (parallel distributed). Το τεχνθτό νευρωνικό δίκτυο από τθν άλλθ είναι ζνασ μαηικά παράλλθλα κατανεμθμζνοσ επεξεργαςτισ, ο οποίοσ αποτελείται από απλζσ υπολογιςτικζσ μονάδεσ (νευρϊνεσ) και ο οποίοσ ζχει μια εγγενι ικανότθτα για να αποκθκεφει πειραματικι γνϊςθ τθν οποία και είναι ςε κζςθ να χρθςιμοποιεί. Ρροςομοιάηει τον εγκζφαλο ςτο ότι θ γνϊςθ αποκτάται από το περιβάλλον μζςω μιασ διαδικαςίασ μάκθςθσ και αποκθκεφεται ςτα ςυναπτικά βάρθ που ενϊνουν τουσ νευρϊνεσ. Οι νευρϊνεσ, που χρθςιμοποιοφμε για τθν καταςκευι των ΤΝΔ, κεωροφνται πρωτόγονοι ςε ςχζςθ με αυτοφσ του εγκεφάλου και είναι διατεταγμζνοι κατά τρόπο ϊςτε πολλοί από αυτοφσ να επεξεργάηονται τισ πλθροφορίεσ ταυτόχρονα. Κάκε νευρϊνασ ςτζλνει ςιματα διζγερςθσ (activation) ι αποδιζγερςθσ (deactivation) ςε άλλουσ νευρϊνεσ θ δε κατάςταςθ ενεργοποίθςθσ του εξαρτάται από τα ςιματα που λαμβάνει από νευρϊνεσ με τουσ οποίουσ ςυνδζεται. Άλλοσ όροσ για τισ ςυνδζςεισ είναι ο βιολογικόσ όροσ ςυνάψεισ, όπωσ δθλαδι και του ανκρϊπινου εγκζφαλου. Ο ςυνδυαςμόσ πολλϊν τεχνθτϊν νευρϊνων δίνει ζνα πολφ ιςχυρό επακόλουκο με Εικόνα 5.2 Νευρωνικό μοντζλο MP 80

87 Κεφάλαιο 5 μεγάλεσ δυνατότθτεσ μάκθςθσ και ςυμπεραςμοφ. Τα ΤΝΔ χωρίηονται ςε ςτατικά, που δεν περιζχουν ςτοιχεία με μνιμθ αλλά μποροφν να ζχουν ωσ ειςόδουσ προθγοφμενεσ τιμζσ των ειςόδων και δυναμικά, με ςτοιχεία μνιμθσ που είναι κατάλλθλα για τθν προτυποποίθςθ μθ-γραμμικϊν δυναμικϊν ςυςτθμάτων. Αποτελοφνται από κυκλϊματα που περιζχουν κόμβουσ και ςυνδζονται με διάφορεσ αρχιτεκτονικζσ. Οι ςυντελεςτζσ διαςφνδεςθσ ι ςυναπτικά βάρθ (W ι1, W i2.w in ) του δικτφου (εικόνα 5.2), είναι αρχικά άγνωςτα και ςτόχοσ τθσ μάκθςθσ είναι θ ςυςτθματικι εφρεςι τουσ ελαχιςτοποιϊντασ κάποιο μζτρο του ςφάλματοσ μεταξφ τθσ επικυμθτισ και τθσ πραγματικισ εξόδου του δικτφου (supervised learning). Ζνασ ςτατικόσ νευρϊνασ χωρίσ μνιμθ, όπωσ ο MP τθσ εικόνασ 5.2, αποτελείται από ζναν ςτακμιςμζνο ακροιςτι, θ ζξοδοσ του οποίου είναι το ςτακμιςμζνο άκροιςμα των ειςόδων του, δθλαδι: n n 1 y w x w x x 1, w i i i i n 1 n 1 i 1 i 1 όπου w και x είναι τα ςυναπτικά βάρθ και οι είςοδοι του νευρϊνα αντίςτοιχα και β είναι θ ςτακερά τθσ πόλωςθσ (bias). Θετικι τιμι κάποιου βάρουσ ςθμαίνει διζγερςθ τθσ ειςόδου ενϊ αντίκετα, μια αρνθτικι τιμι ςθμαίνει αποδιζγερςθ. Συνεπϊσ, θ απόλυτθ τιμι του βάρουσ κακορίηει τθν ιςχφ τθσ ςφνδεςθσ. Το ςτακμιςμζνο άκροιςμα ς ενεργοποιεί ζνα ςτοιχείο ςυμπίεςθσ ι παραμόρφωςθσ f(.) (compression element) που ζχει μθ-γραμμικι ςχζςθ μεταφοράσ. Μια πρωτόγονθ μορφι του ςτοιχείου αυτοφ ζχει χαρακτιρα λογικισ μονάδασ κατωφλιοφ (threshold logic unit ι TLU) ςτθν οποία θ ζξοδοσ του νευρϊνα απότομα αλλάηει κατάςταςθ όταν το ςιμα ς περάςει κάποιο κατϊφλι που ορίηεται από τθν τιμι τθσ πόλωςθσ β. Οι πιο διαδεδομζνεσ ςυναρτιςεισ μεταφοράσ των ςτοιχείων ςυμπίεςθσ είναι θ βθματικι, θ εκκετικι, θ υπερβολικι και θ γραμμικι ςυνάρτθςθ. Υπάρχουν πολλζσ αρχιτεκτονικζσ διαςφνδεςθσ των νευρϊνων εκ των οποίων εμείσ κα αναφζρουμε τισ τρείσ που χρθςιμοποιεί το λογιςμικό που κα αναλφςουμε ςτθν ςυνζχεια. Ρικανϊσ θ ποιο γνωςτι αρχιτεκτονικι είναι θ πολυςτρωματικι τοπολογία (multilayer perception-mpl network) και ανάλογα με το πϊσ είναι δομθμζνο το δίκτυο χωρίηονται ςε δίκτυα τφπου Hopfield, δίκτυα πρόςκιασ τροφοδότθςθσ, δίκτυα με 81

88 Κεφάλαιο 5 Εικόνα 5.3 Αρχιτεκτονικι MPL ανατροφοδότθςθ και ςυμμετρικά αυτό-ςυςχετιςτικά δίκτυα. Στα MPL δίκτυα λοιπόν οι νευρϊνεσ κατατάςςονται ςε ςτρϊματα. Στθν εικόνα 5.3 φαίνεται θ δομι ενόσ τζτοιου δικτφου. Τα δφο ςτρϊματα που ςυνδζουν ολόκλθρθ τθν δομι με το εξωτερικό περιβάλλον ονομάηονται ςτρϊματα ειςόδου και εξόδου αντίςτοιχα. Τα ςτρϊματα ανάμεςα ςε αυτά τα δφο ονομάηονται κρυφά. Θ επόμενθ αρχιτεκτονικι Εικόνα 5.4 Αρχιτεκτονικι RBF 82

89 Κεφάλαιο 5 ονομάηεται RFB (radial basis function networks) και ζχει μικρι διαφορά από τα MPL κακϊσ και αυτι κατατάςςει τουσ νευρϊνεσ ςε ςτρϊματα. Θ κφρια διαφορά τουσ είναι ότι το RBF ζχει πάντα τρία ςτρϊματα ζνα ειςόδου, ζνα εξόδου και το μεςαίο ςτο οποίο οι νευρϊνεσ ζχουν γκαουςιανι χαρακτθριςτικι μεταφοράσ (εικόνα 5.4). Τζλοσ, ζχουμε τα νευροαςαφι NFN (neurofuzzy networks) δίκτυα ςτα οποία το δίκτυο είναι χωριςμζνο ςε τρία μικρότερα. Το πρϊτο αφορά τθν αςαφοποίθςθ (fuzzification), το δεφτερο τθν κωδικοποίθςθ των κανόνων και το τρίτο τθν απόαςαφοποίθςθ (εικόνα 5.5). Το νευροαςαφζσ δίκτυο χρθςιμοποιείται για τθν μετατροπι ενόσ αςαφοφσ ςυςτιματοσ ςε νευρωνικό δίκτυο και αντίςτροφα, π.χ. αν ζχουμε ζναν αςαφι ελεγκτι ο οποίοσ δεν ελζγχει ςωςτά μια διαδικαςία, λόγο κακοφ ςχεδιαςμοφ ι ζλλειψθ γνϊςθσ όλων των καταςτάςεων, μποροφμε να τον μετατρζψουμε ςε νευρωνικό δίκτυο να το εκπαιδεφςουμε και να το μετατρζψουμε πάλι ςε ζναν αςαφι ελεγκτι με βελτιωμζνθ ςυμπεριφορά. Τελικά οποιοδιποτε νευρωνικό δίκτυο μπορεί να ειςζλκει ςε δφο γενικζσ καταςτάςεισ αφοφ ςχεδιαςκεί. Θ πρϊτθ είναι θ κατάςταςθ τθσ μάκθςθσ όπου δζχεται δεδομζνα ποςοτικά ι ποιοτικά, π.χ. μποροφμε να ειςάγουμε ηευγάρια τιμϊν ειςόδων-εξόδων. Ζτςι, το νευρωνικό δίκτυο δθμιουργεί-υπολογίηει τα ςυναπτικά βάρθ τα οποία κακορίηουν και τθν μετζπειτα ςυμπεριφορά του. Αφοφ ειςάγουμε ζναν ικανοποιθτικό όγκο δεδομζνων τότε μποροφμε να περάςουμε ςτθν Εικόνα 5.5 Νευροαςαφισ αρχιτεκτονικι 83

90 Κεφάλαιο 5 ανάκλθςθ όπου πλζον είναι ικανό το νευρωνικό να δϊςει ζξοδο ςε οποιοδιποτε ςυνδυαςμό ειςόδων και ςε αυτιν τθν κατάςταςθ είναι που μπορεί να λειτουργιςει ωσ νευρωνικόσ ελεγκτισ. Βζβαια θ τιμι τθσ εξόδου κα ζχει ζνα ποςοςτό ςφάλματοσ το οποίο εξαρτάται από τθν ποιότθτα των δεδομζνων αλλά και τον χρόνο επεξεργαςίασ τουσ από το νευρωνικό δίκτυο. 5.3 Λογιςμικό NEYROSYSTEMS V1.0 Εγκατάςταςθ Ππωσ αναφζραμε το λογιςμικό NEUROSYSTEMS V1.0 τθσ SIEMENS είναι μια παλιά ζκδοςθ του Σιμερα ζχει αναπτυχκεί το λογιςμικό NEUROSYSTEMS V4.0 το οποίο δεν διαφζρει ςθμαντικά από το παλιό όςον αναφορά τον ςχεδιαςμό των νευρωνικϊν δικτφων. Τα λογιςμικά αυτά λειτουργοφν ςε ςυνεργαςία με PLC και εγκακίςτανται ςε προςωπικό υπολογιςτι PC, όπωσ και τα λογιςμικά PROFUZZY και FUZZY CONTROL++ που αναλφςαμε πριν. Οι απαιτιςεισ ςε εξοπλιςμό του NEUROSYSTEMS V1.0 είναι ζνα PC με επεξεργαςτι ι καλφτερο, 16 Mbytes RAM και 5 Mbytes ελεφκερο χϊρο ςτον ςκλθρό δίςκο. Επίςθσ, επικοινωνεί με τα ςυςτιματα S7 300/400 με ςφνδεςθ MPI. Είναι ςυμβατό με περιβάλλον Windows 95 ι NT 4.0, ωςτόςο μπορεί να εγκαταςτακεί και ςε PC με περιβάλλον Windows ΧP. Επίςθσ για τθν επικοινωνία του λογιςμικοφ με τθν STEP-7 χρειάηεται το SOFTNET S7/Windows95,NT 4.0 PROFIBUS. Το πρόβλθμα ςτθν εγκατάςταςθ του λογιςμικοφ NEYROSYSTEMS V1.0 ςε PC με Windows XP εμφανίηεται όταν κελιςουμε να επιτφχουμε ςφνδεςθ με το PLC κακϊσ το SOFTNET S7 το οποίο είναι υπεφκυνο για τθν επικοινωνία δεν είναι ςυμβατό με τα XP και δεν μπορεί να επιτευχκεί επικοινωνία. Αυτό όμωσ δεν μασ εμποδίηει ςτο να ςχεδιάςουμε, να εκπαιδεφςουμε και να παρακολουκιςουμε ςε λειτουργία εκτόσ γραμμισ ζνα νευρωνικό δίκτυο με το λογιςμικό αυτό όπωσ κα δοφμε ςτθ ςυνζχεια. Θα επικεντρωκοφμε λοιπόν μόνο ςτα ςθμεία που αφοροφν το ςχεδιαςμό ενόσ νευρωνικοφ δικτφου και όχι ςτα ςθμεία επικοινωνίασ του λογιςμικοφ με PLC και τθν εντόσ γραμμισ λειτουργία. 84

91 Κεφάλαιο 5 Σχεδιαςμόσ Νευρωνικοφ δικτφου Ο ςχεδιαςμόσ ενόσ νευρωνικοφ δικτυοφ με αυτό το λογιςμικό περιλαμβάνει τον προςδιοριςμό των ειςόδων και εξόδων του δικτφου κακϊσ και τον προςδιοριςμό του ςυςτιματοσ ( targetsystem ) με το οποίο μπορεί να ςυνδεκεί, ωςτόςο όπωσ είπαμε δεν κα αςχολθκοφμε με το τελευταίο κομμάτι εκτενϊσ. Αρχικά, αφοφ τρζξουμε το λογιςμικό και επιλζξουμε File και ζπειτα New ειςάγουμε τθν γενικι δομι του ςχεδιαςμοφ θ οποία επιδζχεται αλλαγζσ αργότερα (π.χ. πρόςκεςθ μιασ ι και περιςςότερων ειςόδων/εξόδων Εικόνα 5.5 Γενικι δομι δικτφου κλπ). Αφοφ λοιπόν ορίςουμε τον αρικμό των ειςόδων και εξόδων του ςυςτιματοσ κακϊσ και το ςφςτθμα με το οποίο πρόκειται να ςυνδεκεί (εικόνα 5.5), επιλζγοντασ OK το όνομα του project ορίηεται αυτόματα ωσ New 1 και εμφανίηεται το κφριο παράκυρο ςχεδιαςμοφ τθσ εικόνασ 5.6. Εικόνα 5.6 Κφριο παράκυρο ςχεδιαςμοφ Ραρατθριςτε ότι το περιβάλλον είναι όμοιο με το περιβάλλον του FUZZY CONTROL++ V6.0 και ότι ζχει ςχεδόν τα ίδια menu επιλογϊν, όπωσ, το menu Edit όπου προςκαφαιροφμε ειςόδουσ/ εξόδουσ, το menu Targetsystem για τισ 85

92 Κεφάλαιο 5 απαραίτθτεσ ενζργειεσ επικοινωνίασ με ζνα ςφςτθμα π.χ. PLC και τθν επιλογι και το menu Test που περιζχει τθν επιλογι curve plotter που ςυναντιςαμε και ςτο FUZZY CONTROL++ αλλά και κάποιεσ νζεσ ςτισ οποίεσ κα αναφερκοφμε αργότερα. Στο παράκυρο με τθν ονομαςία New1 υπάρχουν τα μπλοκ ειςόδων/εξόδων και ζνα μπλοκ ςτο οποίο ορίηουμε τθν αρχιτεκτονικι του νευρωνικοφ δικτφου. Επιλζγοντασ το μπλοκ Input00 εμφανίηεται το παράκυρο τθσ εικόνασ 5.7 όπου ορίηουμε το όνομα τθσ πρϊτθσ ειςόδου, τθν μζγιςτθ (Maximum) και ελάχιςτθ (Minimum) είτε ειςάγοντασ τισ τιμζσ μόνοι μασ είτε χρθςιμοποιϊντασ τθν εντολι Use learning data με τθν οποία το λογιςμικό ψάχνει ςε βάςθ δεδομζνων τα όρια τθσ πρϊτθσ ειςόδου και τα ορίηει αυτόματα. Για τθν βάςθ δεδομζνων κα Εικόνα 5.8 Αρχιτεκτονικι δικτφου Εικόνα 5.7 Σχεδιαςμόσ ειςόδου μιλιςουμε πιο αναλυτικά αργότερα. Κδιο με το παράκυρο των ειςόδων είναι το παράκυρο των εξόδων οπότε το επόμενο μπλοκ που κα παρουςιάςουμε είναι τθσ αρχιτεκτονικισ του νευρωνικοφ δικτφου όπωσ φαίνεται ςτθν εικόνα 5.8. Οι τρείσ αυτζσ αρχιτεκτονικζσ παρουςιάςτθκαν ςτθν προθγοφμενθ ενότθτα και με τθν 86

93 Κεφάλαιο 5 Εικόνα 5.9 Νευροαςαφισ αρχιτεκτονικι επιλογι Structure ορίηουμε τα απαραίτθτα ςτοιχεία για αυτιν που πρόκειται να χρθςιμοποιιςουμε, ςτθν ουςία ορίηουμε τθν δομι που κζλουμε να ζχει το δίκτυο. Στθν εικόνα 5.9 παρουςιάηεται το παράκυρο τθσ νευροαςαφοφσ αρχιτεκτονικισ NFN που εμείσ χρθςιμοποιιςαμε όπου ορίηουμε τον αρικμό των ςυναρτιςεων ςυμμετοχισ που ζχουν οι είςοδοι και οι ζξοδοι μασ. Στισ άλλεσ δφο αρχιτεκτονικζσ διαμορφϊνουμε τθν δομι του δικτφου επιλζγοντασ τα ςτρϊματα αλλά και των αρικμό των νευρϊνων που εμείσ επικυμθκοφμε, βάςθ κάποιων ορίων του λογιςμικοφ. Στθν NFN αρχιτεκτονικι το λογιςμικό αυτόματα ορίηει τουσ νευρϊνεσ που χρειάηονται ανάλογα με τθν ποςότθτα των ςυναρτιςεων ςυμμετοχισ αλλά δεν υπάρχει επιλογι με τθν οποία να μποροφμε να δοφμε τθν δομι και των αρικμό των νευρϊνων. Με αυτιν τθν αρχιτεκτονικι οι αςαφείσ ςυναρτιςεισ ςυμμετοχισ των ειςόδων και των εξόδων που ορίηουμε υιοκετοφνται κατά τθν διαδικαςία τθσ εκμάκθςθσ και δθμιουργείται θ βάςθ κανόνων ςφμφωνα με τα δεδομζνα που ζχουμε. Το λογιςμικό κζτει ωσ όριο 7 ςυναρτιςεισ ςυμμετοχισ για κάκε είςοδο, 9 για κάκε ζξοδο και το γινόμενο όλων των ςυναρτιςεων ςυμμετοχισ των ειςόδων πρζπει να είναι μικρότερο ι ίςο από το Αν ζχουμε, π.χ. 4 ειςόδουσ με 5 ςυναρτιςεισ ςυμμετοχισ για τθν κάκε μια το γινόμενο είναι 5*5*5*5=625 και ζτςι είναι υλοποιιςιμοσ ο ςχεδιαςμόσ, αν ζχουμε 5 ειςόδουσ με 5 ςυναρτιςεισ ςυμμετοχισ για τθν κάκε μια ο ςχεδιαςμόσ δεν είναι υλοποιιςιμοσ γιατί 87

94 Κεφάλαιο 5 5*5*5*5*5=3125. Ρρζπει να αναφζρουμε τα πακζτα λογιςμικϊν NEYROSYSTEMS και FUZZY CONTROL++ τθσ SIEMENS ζχουν τθν δυνατότθτα επικοινωνίασ μεταξφ τουσ. Επικοινωνοφν με τθν ζννοια του ότι δθμιουργϊντασ με το NEUROSYSTEMS ζνα νευρωνικό δίκτυο ςε NFN αρχιτεκτονικι το οποίο ςτθν ουςία είναι ζνασ αςαφισ ελεγκτισ μποροφμε να το περάςουμε ςτο FUZZY CONTROL++ και να δοφμε τθν κανονικι δομι του αςαφοφσ ελεγκτι δθλαδι τισ ςυναρτιςεισ ςυμμετοχισ, τουσ κανόνεσ που ζχουν δθμιουργθκεί κλπ. ϋ Εκμάκθςθ νευρωνικοφ δικτφου Το κφριο χαρακτθριςτικό όπωσ είπαμε των νευρωνικϊν δικτφων είναι θ ικανότθτα τουσ να μακαίνουν. Με το λογιςμικό αυτό θ εκμάκθςθ γίνεται από ζνα Εικόνα 5.10 Βάςθ δεδομζνων αρχείο δεδομζνων το οποίο περιζχει ςυνδυαςμοφσ (data sets) τιμϊν των ειςόδων και των αντίςτοιχων τιμϊν των εξόδων τθσ διαδικαςίασ που μελετάμε. Το αρχείο αυτό γράφεται με το Notepad (ςθμειωματάριο) των Windows ι με το WordPad (εικόνα 5.10) όπου ςε κάκε γραμμι γράφουμε τισ τιμζσ των ειςόδων με τθ ςειρά και ζπειτα τισ τιμζσ των εξόδων χωριςμζνεσ μεταξφ τουσ με κενό. Το αρχείο τθσ εικόνασ είναι από εφαρμογι που ζχει το ίδιο το λογιςμικό ωσ παράδειγμα και ζχει 3 ειςόδουσ και μια ζξοδο. Ζτςι, θ πρϊτθ ςτιλθ αντιςτοιχεί ςτισ τιμζσ τθσ πρϊτθσ ειςόδου, θ δεφτερθ ςτιλθ τθσ δεφτερθσ ειςόδου, θ τρίτθ ςτιλθ τθσ τρίτθσ ειςόδου 88

95 Κεφάλαιο 5 και θ τελευταία ςτιλθ ςτισ τιμζσ που παίρνει θ ζξοδοσ για τουσ αντίςτοιχουσ ςυνδυαςμοφσ ειςόδων. Το αρχείο πρζπει να το αποκθκεφςουμε με τθν ακόλουκθ ονομαςία, όνομα αρχείου.dat. Ρρζπει να ποφμε ότι το εγχειρίδιο του λογιςμικοφ δεν αναφζρει πουκενά για τον ελάχιςτο αρικμό των μετριςεων-ςυνδυαςμϊν τιμϊν ειςόδων-εξόδων που είναι αναγκαίοι για τθν ςωςτι εκμάκθςθ. Αν δεν ζχουμε ικανό αρικμό data sets δθλαδι δεδομζνων τότε παρουςιάηονται ςφάλματα λάκουσ όπωσ Error.Not enough data sets. Θ βάςθ δεδομζνων τθσ εικόνασ 5.10 ζχει 500 data Εικόνα 5.11 Σφνδεςθ με βάςθ δεδομζνων sets και είναι όπωσ είπαμε για τρείσ ειςόδουσ και μία ζξοδο του παραδείγματοσ του λογιςμικοφ. Αν προςκζςουμε κι άλλθ μια ζξοδο τότε χρειάηονται από 1000 data sets και πάνω το οποίο το βρικαμε μετά από δικοφσ μασ πειραματιςμοφσ. Ζπειτα, από το menu Learn επιλζγουμε File selection και ορίηουμε με το Browse το path του αρχείου δεδομζνων που δθμιουργιςαμε όπωσ φαίνεται ςτθν εικόνα Ζπειτα, επιλζγουμε ΟΚ και γυρίηουμε ςτο menu Learn όπου ζχει Εικόνα 5.12 Ρροεπιλογζσ εκμάκθςθσ 89

96 Κεφάλαιο 5 εμφανιςκεί θ εντολι Start, τθν επιλζγουμε και εμφανίηεται το παράκυρο τθσ εικόνασ Στο πεδίο Validation data αφινουμε ςυνικωσ τθν προεπιλογι None κακϊσ ζχει να κάνει με ποια κομμάτια τθσ βάςθσ δεδομζνων κζλουμε να παίξουν ςθμαντικότερο ρόλο ςτθν καταςκευι του νευρωνικοφ και ποια όχι. Στο πεδίο Terminate the Learning Process ορίηουμε το ποςοςτό ςφάλματοσ που κα ζχει το νευρωνικό δίκτυο ςτθν ςυμπεριφορά του μετά τθν εκμάκθςθ και τθ διάρκεια εκμάκθςθσ, δθλαδι τθ διάρκεια επεξεργαςίασ των δεδομζνων από το λογιςμικό. Επιλζγοντασ ΟΚ και ζπειτα Start ξεκινάει θ διαδικαςία εκμάκθςθσ και τελειϊνει όταν περάςει το χρονικό διάςτθμα που ζχουμε ορίςει αλλά αν το ςφάλμα μειωκεί ςτο επικυμθτό ποςοςτό νωρίτερα θ εκμάκθςθ διακόπτεται αυτόματα. Υπάρχει δε θ περίπτωςθ το ςφάλμα να μθν φκάςει τθν επικυμθτι τιμι ακόμα κι αν περάςει το χρονικό διάςτθμα που ορίςαμε. Κατά τθ διάρκεια τθσ εκμάκθςθσ δθμιουργείται μια καμπφλθ ςφάλματοσ Error curve και θ οποία φαίνεται ςτθν οκόνθ του υπολογιςτι. Αφοφ τελειϊςει θ εκμάκθςθ εμφανίηεται το μινυμα τθσ εικόνασ 5.13 όπου καλοφμαςτε να αποδεχτοφμε ι να μθν αποδεχτοφμε το εκπαιδευμζνο δίκτυο. Αν είμαςτε ικανοποιθμζνοι Εικόνα 5.13 Μινυμα αποδοχισ από το ποςοςτό ςφάλματοσ που ζχει επιτευχκεί επιλζγουμε Ναι, αν δεν είμαςτε επιλζγουμε Πχι και διαγράφεται θ καμπφλθ ςφάλματοσ αλλά το δίκτυο παραμζνει ωσ ζχει. Για να προχωριςουμε ςε νζα εκμάκθςθ με νζο ποςοςτό ςφάλματοσ, ακολουκοφμε τθν ίδια διαδικαςία αλλάηοντασ τον χρόνο εκμάκθςθσ ι το ποςοςτό ι ακόμα και τα δεδομζνα (ειςαγωγι περιςςότερων data sets). Υπάρχει και θ επιλογι Fine Tuning θ οποία επιτρζπει τθν παραπζρα εκμάκθςθ του δικτφου και ςυνικωσ χρθςιμοποιείται για τθν βελτιςτοποίθςθ τθσ ςυμπεριφοράσ του δικτφου, δθλαδι μια μικρι μεταβολι ςτα ςυναπτικά βάρθ των νευρϊνων. 90

97 Κεφάλαιο 5 Εικόνα 5.14 Ραράδειγμα λογιςμικοφ Εικόνα 5.15 Signal Representation εξόδου c Αφοφ τελειϊςει θ διαδικαςία τθσ εκμάκθςθσ το νευρωνικό δίκτυο είναι ζτοιμο, δθλαδι ζχουν κακοριςτεί τα ςυναπτικά βάρθ και μπορεί να υπολογίςει εξόδουσ ςε οποιαδιποτε ςυνδυαςμό ειςόδων κι αν του εφαρμόςουμε, είναι δθλαδι ζτοιμο να ελζγξει μια διαδικαςία. Θ εικόνα 5.14 παρουςιάηει το παράδειγμα του λογιςμικοφ που αναφερκικαμε πριν με τρεισ ειςόδουσ, μια ζξοδο και MLP αρχιτεκτονικι και 91

98 Κεφάλαιο 5 αφορά μια βιομθχανικι διαδικαςία που χρειάηεται ζλεγχο, ςυγκεκριμζνα αφορά τον ζλεγχο ςε μονάδα παραγωγισ ροφχων. Στθν εικόνα φαίνεται το κφριο παράκυρο ςχεδιαςμοφ και δεξιά του (κόκκινο βελάκι) θ καμπφλθ ςφάλματοσ Error Curve που δθμιουργικθκε κατά τθν εκμάκθςθ του δικτφου. Από το menu Test μποροφμε επιλζγοντασ Error Diagram (κίτρινο βελάκι) μποροφμε να δοφμε το ποςοςτό ςφάλματοσ του κάκε data set τθσ βάςθσ δεδομζνων ςε μορφι γραφικοφ. Με τθν επιλογι Vector Representation (μωβ βελάκι) μποροφμε να δοφμε τισ τιμζσ του κάκε data set ειςόδων αλλά και των εξόδων ξεχωριςτά ςε μορφι γραφικοφ. Με τθν επιλογι Signal Representation μποροφμε να δοφμε τισ γραφικζσ παραςτάςεισ των ειςόδων και των εξόδων όπου ςτον κάκετο άξονα είναι το πεδίο τιμϊν τθσ μεταβλθτισ και ςτον οριηόντιο το αντίςτοιχο data set. Στθν εικόνα 5.15 παρουςιάηουμε ζνα τζτοιο διάγραμμα τθσ εξόδου c του παραδείγματοσ. Θ διαφορά των διαγραμμάτων των ειςόδων από των εξόδων είναι οι κόκκινεσ γραμμζσ που παρατθροφμε και οι οποίεσ είναι τιμζσ εξόδων που ειςάγει από μόνο του το νευρωνικό δίκτυο κατά τθν διαδικαςία τθσ εκμάκθςθσ. Θ κίτρινθ γραμμι δθλαδι είναι θ γραφικι τθσ βάςθσ δεδομζνων για τθν ζξοδο ενϊ θ κόκκινθ είναι θ γραφικι Εικόνα 5.16 Γεννιτρια κυματομορφών τθσ εξόδου μετά τθν εκμάκθςθ. Τζλοσ, υπάρχει θ επιλογι curve plotter με τθν οποία μποροφμε να παρατθριςουμε τθν ςυμπεριφορά του νευρωνικοφ δικτφου 92

99 Κεφάλαιο 5 εντόσ αλλά και εκτόσ γραμμισ. Θ παρακολοφκθςθ εκτόσ γραμμισ είναι εφικτι γιατί το λογιςμικό διακζτει γεννιτρια κυματομορφϊν για τισ ειςόδουσ τθσ οποίασ τα χαρακτθριςτικά ορίηονται όπωσ φαίνεται ςτθν εικόνα 5.16 με τθν επιλογι Curve parameters. Ζτςι, για το παράδειγμα τθσ παραγωγισ ροφχων κζςαμε τισ ειςόδουσ p και v να μεταβάλλονται ςε όλο το πεδίο τιμϊν τουσ τριγωνικά ενϊ τθν μεταβλθτι a τθν κρατιςαμε ςτακερι. Στθν εικόνα 5.17 φαίνεται το διάγραμμα τθσ εκτόσ γραμμισ παρακολοφκθςθσ όπου μποροφμε να δοφμε τθν τριγωνικι μεταβολι των δφο ειςόδων κακϊσ και τθν γραφικι παράςταςθ τθσ εξόδου c για αυτζσ τισ μεταβολζσ. Εικόνα 5.17 Εκτόσ Γραμμισ Ραρακολοφκθςθ 93

100 Κεφάλαιο 6 Κεφάλαιο 6 ΑΝΑΠΣΗΞΗ ΝΕΤΡΩΝΙΚΟΤ ΕΛΕΓΚΣΗ 6.1 Ειςαγωγι Ππωσ είπαμε, ςτα πλαίςια τθσ διπλωματικισ ιταν εκτόσ από τθν αναβάκμιςθ τθσ εργαςτθριακισ άςκθςθσ «Ζμπειροσ-αςαφισ ζλεγχοσ βιολογικοφ αντιδραςτιρα» και θ ανάπτυξθ ενόσ νευρωνικοφ δικτφου ςε εκτόσ γραμμισ λειτουργία. Συνδυάηοντασ λοιπόν τισ δφο εφαρμογζσ, χρθςιμοποιιςαμε το λογιςμικό NEUROSYSTEMS V1.0 που παρουςιάςτθκε προθγουμζνωσ και αναπτφξαμε ζναν νευρωνικό ελεγκτι με ςκοπό να ςυμπεριφζρεται όπωσ ακριβϊσ και ο αςαφισ ελεγκτισ που παρουςιάςαμε ςτο κεφάλαιο 4. Στθν ουςία είναι ζνα νευροαςαφζσ ςφςτθμα το οποίο όμωσ δεν μπορεί να λειτουργιςει εντόσ γραμμισ κακϊσ το λογιςμικό NEYROSYSTEMS V1.0, όπωσ είπαμε, είναι αρκετά παλιό. 6.2 Ανάπτυξθ Νευρωνικοφ ελεγκτι Ο αςαφισ ελεγκτισ που αναπτφξαμε ςτο κεφάλαιο 4 ζχει ζξι ειςόδουσ και τρείσ εξόδουσ. Αν και κζλαμε να δθμιουργιςουμε τθν ίδια δομι και ςτον νευρωνικό ελεγκτι αυτό δεν ιταν εφικτό, γιατί όπωσ είπαμε ςτθν νευροαςαφι NFN αρχιτεκτονικι, που χρθςιμοποιιςαμε, ςθμαντικό ρόλο παίηει ο αρικμόσ των ςυναρτιςεων ςυμμετοχισ. Ζτςι ςτθν προςπάκεια μασ να δθμιουργιςουμε εξαρχισ ζναν νευρωνικό ελεγκτι με ζξι ειςόδουσ με τρείσ ςυναρτιςεισ ςυμμετοχισ για κάκε μια και τρείσ εξόδουσ με πζντε ςυναρτιςεισ ςυμμετοχισ για κάκε μια, οδθγοφμαςταν ςε λάκθ. Ραρόλο που ο ςχεδιαςμόσ ιταν μζςα ςτα πλαίςια που ορίηει το εγχειρίδιο (κεφάλαιο 5) για το γινόμενο των ςυναρτιςεων ςυμμετοχισ των ειςόδων, δθλαδι 3*3*3*3*3*3=729 < Το πικανότερο είναι να υπάρχουν περιςςότεροι περιοριςμοί ςε ςχζςθ με το πλικοσ των ςυναρτιςεων ςυμμετοχισ και 94

101 Κεφάλαιο 6 το πλικοσ των αντίςτοιχων ειςόδων ι να παίηουν ρόλο και οι ςυναρτιςεισ ςυμμετοχισ των εξόδων, τίποτα από όλα αυτά πάντωσ δεν αναφζρεται ςτο εγχειρίδιο. Μετά από πειραματιςμοφσ με το λογιςμικό αναγκαςτικαμε να χωρίςουμε τον ελεγκτι ςε δφο μζρθ και να δθμιουργιςουμε ςτθν ουςία δφο νευρωνικοφσ ελεγκτζσ με τρείσ ειςόδουσ και δφο εξόδουσ για τον κακζνα. Το ςκεπτικό να χωρίςουμε τον νευρωνικό ελεγκτι και να μθν προμθκευτοφμε άλλο λογιςμικό προζκυψε λόγο τθσ δομισ που ζχει ο αςαφισ ελεγκτισ που αναπτφξαμε. Συγκεκριμζνα, ο αςαφισ ελεγκτισ ζχει 49 κανόνεσ εκ των οποίων οι πρϊτοι 27 ζχουν κοινό χαρακτθριςτικό, ότι για τθν ενεργοποίθςθ τουσ οι είςοδοι DO, N_NH 3 και Ν_ΝΟ 3 πρζπει να πάρουν τιμι ΟΚ (ςτθν εικόνα 4.4 φαίνονται οι πρϊτοι 9 κανόνεσ). Αυτό ςθμαίνει πωσ μεγαλφτερο ρόλο ςτον υπολογιςμό και τθν μεταβολι των εξόδων για τουσ 27 αυτοφσ κανόνεσ παίηουν οι άλλεσ τρείσ είςοδοι DBOD, MLSS και TEMP. Αντίκετα οι κανόνεσ 28 ζωσ 49 ζχουν ωσ κοινό χαρακτθριςτικό ότι οι είςοδοι DBOD, MLSS και TEMP πρζπει να ζχουν τιμι ΟΚ για να ενεργοποιθκοφν και πωσ μεγαλφτερο ρόλο ςτον υπολογιςμό και τθν μεταβολι των τιμϊν των εξόδων ζπαιηαν οι άλλεσ τρείσ είςοδοι DO, N_NH 3 και N_NO 3. Ζτςι, οδθγθκικαμε ςτο ςυμπζραςμα πωσ μποροφμε να αναπτφξουμε δφο νευρωνικοφσ ελεγκτζσ οι οποίοι κα παρουςιάηουν παρόμοια ςυμπεριφορά με αυτι του αςαφοφσ ελεγκτι για τουσ αντίςτοιχουσ κανόνεσ. Ριο ςυγκεκριμζνα λοιπόν, αναπτφξαμε ζναν νευρωνικό ελεγκτι που ζχει όμοια ςυμπεριφορά με αυτιν του αςαφοφσ όταν ενεργοποιοφνται ζνασ ι περιςςότεροι από τουσ πρϊτουσ 27 κανόνεσ, με ειςόδουσ τισ DBOD, MLSS και TEMP. Ζπειτα αναπτφξαμε τον δεφτερο ο οποίοσ ζχει τθν ίδια ςυμπεριφορά με αυτιν του αςαφοφσ όταν ενεργοποιοφνται ζνασ ι περιςςότεροι κανόνεσ από τουσ 28 ζωσ 48, με ειςόδουσ τισ DO,N_NH 3 και Ν_ΝΟ 3. Επειδι το λογιςμικό NEUROSYSTEMS δεν μασ επζτρεπε να ζχουμε τρείσ εξόδουσ και ςτα δφο project των νευρωνικϊν ελεγκτϊν, επιλζξαμε αυκαίρετα τισ δφο πρϊτεσ εξόδουσ του αςαφοφσ ελεγκτι PROoxygen και Rsludge. Αφοφ λοιπόν βρικαμε ποια κα είναι θ μορφι των ελεγκτϊν, πριν τθν ανάπτυξθ τουσ προχωριςαμε ςτθν δθμιουργία των δυο βάςεων δεδομζνων που κα χρθςιμοποιοφνταν για τθν εκμάκθςθ των ελεγκτϊν όπωσ φαίνεται ςτθν ςυνζχεια. 95

102 Κεφάλαιο 6 Δθμιουργία Βάςθσ δεδομζνων Για τθν εκμάκθςθ όπωσ αναφζραμε ςτο προθγοφμενο κεφάλαιο χρθςιμοποιοφμε δεδομζνα τα οποία γράφουμε ςτο Notepad (ςθμειωματάριο) και ςτθν ουςία δθμιουργοφμε ζναν πίνακα όπου κάκε γραμμι περιζχει τισ τιμζσ των ειςόδων ςτθν αρχι και ςτο τζλοσ τθσ, τισ τιμζσ των εξόδων χωριςμζνεσ με κενό. Για να δθμιουργιςουμε αυτιν τθ βάςθ δεδομζνων προφανϊσ χρειαηόταν να πάρουμε μετριςεισ από τον αςαφι ελεγκτι (ςε εντόσ γραμμισ λειτουργία) δθλαδι να καταγράφουμε τισ τιμζσ των εξόδων για κάκε ςυνδυαςμό ειςόδων που του εφαρμόηαμε. Για να καταγράψουμε ικανό αρικμό data sets ( ) χρθςιμοποιιςαμε τθν επιλογι του curve plotter του FUZZY CONTROL++ θ οποία καταγράφει τισ αρικμθτικζσ τιμζσ των ειςόδων και των εξόδων για όςο χρονικό διάςτθμα ζχουμε ενεργό το curve plotter με τθν επιλογι Start Recording. Θ καταγραφι τθσ κάκε μζτρθςθσ γίνεται ςε ςυγκεκριμζνο χρόνο που ορίηουμε εμείσ ςτο Archive settings π.χ. ανά 2 ι ανά 5 δευτερόλεπτα. Με αυτιν τθν επιλογι δθμιουργείται ζνα αρχείο τφπου ARV το οποίο μπορεί να ανοίξει με το λογιςμικό Microsoft Excel. Το αρχείο αυτό περιζχει μετριςεισ από όλεσ τισ ειςόδουσ και εξόδουσ του ελεγκτι ςε μορφι πίνακα κακϊσ και δφο ςτιλεσ που αναφζρουν τθν θμερομθνία και τθν ϊρα τθσ μζτρθςθσ, ςυνολικά δθλαδι ζχουμε 11 ςτιλεσ οπότε ζπρεπε να διαγράψουμε τισ ςτιλεσ που δεν μασ χρθςίμευαν και μασ ζμειναν 5 (3 είςοδοι/2 ζξοδοι). Ζπειτα, με τθν ενζργεια αντιγραφι/επικόλλθςθ μεταφζραμε τα data sets ςτο Notepad και με τθν εντολι Find/Replace να αντικαταςτιςαμε τα κόμματα που εμφανίηονταν ανάμεςα τουσ με κενό για να μθν εμφανιςκεί πρόβλθμα κατά τθν διαδικαςία τθσ εκμάκθςθσ. Θ διαδικαςία αυτι φαίνεται ςτο παρακάτω ςχιμα: αρχείο ARV από FUZZY CONTROL άνοιγμα του αρχείου από Microsoft Excel και διαγραφι ςτθλϊν 96

103 Κεφάλαιο 6 Αντιγραφι/επικόλλθςθ ςτο ςθμειωματάριο και αντικατάςταςθ του, με κενό αποκικευςθ του παραπάνω αρχείου από ςθμειωματάριο ωσ όνομα 97 αρχείου.dat

104 Κεφάλαιο 6 Για να δθμιουργιςουμε τθν πρϊτθ βάςθ δεδομζνων για τουσ 27 πρϊτουσ κανόνεσ, αφοφ κζςαμε τον αςαφι ελεγκτι ςε εντόσ γραμμισ λειτουργία με το PLC περιςτρζψαμε τουσ αντίςτοιχουσ ροοςτάτεσ και κρατιςαμε τισ ειςόδουσ DO=1.75 mg/l, Ν_ΝΘ 3 =250 mg/l και Ν_ΝΟ 3 =1.5 mg/l ςτακερζσ (αυτζσ οι τιμζσ ςυμπεριλαμβάνονται ςτθν ςυνάρτθςθ ςυμμετοχισ ΟΚ για τθν κάκε μια είςοδο) κακ όλθ τθν διάρκεια των μετριςεων. Ενεργοποιϊντασ μετά το curve plotter, ζχοντασ ορίςει ωσ χρόνο καταγραφισ μζτρθςθσ τα 5 δευτερόλεπτα ςτο Archive Settings, γυρνοφςαμε τουσ ροοςτάτεσ των άλλων τριϊν ειςόδων DBOD,MLSS και TEMP ςε όλο το πεδίο τιμϊν τουσ. Για τθν ακρίβεια γυρίηαμε τουσ ροοςτάτεσ (ανά 5 δευτερόλεπτα προφανϊσ) καταγράφοντασ για κάκε κανόνα 50 με 60 μετριςεισ ϊςτε να επιτφχουμε όςο το δυνατόν ποιοτικότερα δεδομζνα τα οποία παίηουν και τον ςθμαντικότερο ρόλο ςτθν εκμάκθςθ του νευρωνικοφ ελεγκτι. Συνολικά καταγράψαμε 1553 data sets για τον πρϊτο ελεγκτι και αφοφ τα επεξεργαςτικαμε με τον τρόπο που είπαμε παραπάνω τοποκετιςαμε το τελικό αρχείο τθσ πρϊτθσ βάςθσ δεδομζνων με ονομαςία 1.dat ςτο C:/Program Files/ SIEMENS/ Neurosystems/ Examples/ Neurosystems. Για να δθμιουργιςουμε τθν δεφτερθ βάςθ δεδομζνων που αφορά τουσ κανόνεσ 28 ζωσ 49 ακολουκιςαμε τθν ίδια διαδικαςία μεταβάλλοντασ τισ άλλεσ τισ τρείσ ειςόδουσ. Δθλαδι περιςτρζψαμε τουσ ροοςτάτεσ των ειςόδων DBOD=25mg/l, MLSS= 3500mg/l και TEMP=20 o C (αυτζσ οι τιμζσ ςυμπεριλαμβάνονται ςτθν ςυνάρτθςθ ςυμμετοχισ ΟΚ για κάκε μια) ςε αυτζσ τισ τιμζσ και τισ κρατιςαμε ςτακερζσ ςε όλθ τθν διάρκεια των μετριςεων. Ζτςι μεταβάλλοντασ τουσ ροοςτάτεσ των ειςόδων DO, N_NH 3 και Ν_ΝΟ 3 καταγράψαμε 1059 data sets και μετά τθν επεξεργαςία τουσ δθμιουργιςαμε τον φάκελο 2.dat και τον τοποκετιςαμε ςτον ίδιο φάκελο με πριν. Ζπειτα προχωριςαμε ςτθν ανάπτυξθ των νευρωνικϊν ελεγκτϊν όπωσ φαίνεται ςτθν ςυνζχεια. 98

105 Κεφάλαιο 6 1 οσ Νευρωνικόσ ελεγκτισ Στθν εικόνα 6.1 ο πρϊτοσ ελεγκτισ ζχει ειςόδουσ τισ DBOD,MLSS και TEMP και εξόδουσ τισ PROoxygen και Rsludge. Στθν ίδια εικόνα κάτω δεξιά διακρίνεται το παράκυρο Input Properties που ορίηουμε το όνομα και το πεδίο τιμϊν των ειςόδων. Το ςυγκεκριμζνο παράκυρο αφορά τθν είςοδο DBOD όπου θ μζγιςτθ τιμι τθσ είναι 50 και θ ελάχιςτθ 0. Το παράκυρο των εξόδων είναι ακριβϊσ το ίδιο με Εικόνα 6.1 Σχεδιαςμόσ πρώτου νευρωνικοφ ελεγκτι των ειςόδων. Ρρζπει να ποφμε ότι τα πεδία τιμϊν όλων (μζγιςτθ και ελάχιςτθ τιμι) των ειςόδων και εξόδων ορίςτθκαν ίδια με αυτά του αςαφοφσ ελεγκτι και για τουσ δφο νευρωνικοφσ ελεγκτζσ. Θ αρχιτεκτονικι που χρθςιμοποιιςαμε, όπωσ είπαμε πριν, είναι θ NFN νευροαςαφι και θ δομι φαίνεται ςτθν εικόνα 6.2 με τρείσ ςυναρτιςεισ ςυμμετοχισ για τθν κάκε είςοδο και πζντε για τθν κάκε ζξοδο. Ππωσ και ςτο FUZZY CONTROL++ ζτςι και εδϊ οι ςυναρτιςεισ ςυμμετοχισ των ειςόδων μποροφν να είναι τριγωνικζσ ι τραπεηοειδισ ενϊ των εξόδων μόνο ευκείεσ. Αφοφ λοιπόν ςχεδιάςαμε τον ελεγκτι προχωριςαμε ςτθν εκπαίδευςθ με τθν επιλογι Learn Start επιλζγοντασ ωσ βάςθ δεδομζνων το αρχείο 1.dat. 99

106 Κεφάλαιο 6 Εικόνα 6.2 Δομι του πρώτου ελεγκτι Θ διάρκεια τθσ εκμάκθςθσ ιταν 10 λεπτά και το επικυμθτό ςφάλμα 10%, όμωσ δεν ζπεςε κάτω από το 14.09% μετά το πζρασ των 10 λεπτϊν. Επαναλάβαμε τθν εκμάκθςθ για διάρκεια 60 και ζπειτα για 180 λεπτά αλλά το ςφάλμα δεν μειϊκθκε ςε ικανοποιθτικό βακμό, ζφταςε μζχρι το 13.06%, δθλαδι μόλισ 1.03% διαφορά. Αποδεχτικαμε λοιπόν το εκπαιδευμζνο νευρωνικό ςε ςχετικι ερϊτθςθ του λογιςμικοφ και προχωριςαμε ςε οριςμζνα tests για να ελζγξουμε τελικά αν ο νευρωνικόσ ελεγκτισ που αναπτφξαμε παρουςιάηει όμοια ςυμπεριφορά με αυτιν του αςαφοφσ. Για να παρατθριςουμε κάτι τζτοιο ζπρεπε να ελζγξουμε τισ τιμζσ των εξόδων που ζδιναν και οι δφο ελεγκτζσ ςε ίδιεσ ειςόδουσ. Πμωσ θ παρατιρθςθ κάποιων τυχαίων καταςτάςεων και για τουσ δφο ελεγκτζσ δεν κα μασ οδθγοφςαν ςτο ςυμπζραςμα για το αν είναι ι όχι όμοια θ ςυμπεριφορά τουσ. Ζτςι προχωριςαμε ςτθν παρατιρθςθ τθσ ςυμπεριφοράσ τουσ μζςω γραφικϊν παραςτάςεων. Με τθν επιλογι curve plotter που διακζτουν και το FUZZY CONTROL++ και το ΝΕΥROSYSTEMS παρατθριςαμε τθν ςυμπεριφορά και των δφο ελεγκτϊν. Ριο ςυγκεκριμζνα, ςτον αςαφι ελεγκτι διατθριςαμε τουσ ροοςτάτεσ των ειςόδων DO, N_NH 3 και Ν_ΝΟ 3 ςτισ κζςεισ που είχαν κατά τθν διάρκεια των μετριςεων για τθν πρϊτθ βάςθ δεδομζνων και μεταβάλλαμε τισ υπόλοιπεσ τρείσ ειςόδουσ. Ζτςι για τθν ενεργοποίθςθ των κανόνων 1-27 διατθριςαμε τισ DO, Ν_ΝΘ 3 και Ν_ΝΟ 3 ςτισ τιμζσ 1.75, 250 και 1.5 οι οποίεσ και ςυμπεριλαμβάνονται ςτο αςαφζσ ςφνολο ΟΚ 100

107 Κεφάλαιο 6 τθσ κάκε μεταβλθτισ. Θ μεταβολι των ειςόδων DBOD,MLSS και TEMP γινόταν πάλι χειροκίνθτα με τουσ ροοςτάτεσ όμωσ τισ μεταβάλλαμε μια μια κρατϊντασ τισ άλλεσ δφο ςτακερζσ. Για παράδειγμα μεταβάλλαμε τθν DBOB ςε όλο το πεδίο οριςμοφ τθσ 0-50 κρατϊντασ ςτακερζσ τισ MLSS και TEMP ςτισ τιμζσ 3500 και 20 αντίςτοιχα. Ζτςι με ενεργό το curve plotter του FUZZY CONTROL++ μπορζςαμε να παρατθριςουμε πωσ επθρεάηει τισ εξόδουσ PROoxygen και Rsludge θ μεταβολι τθσ ειςόδου DBOB ςε όλο το υπερςφνολο αναφοράσ τθσ για τον αςαφι ελεγκτι. Θ μεταβολι τθσ DBOD με το ροοςτάτθ γινόταν με τρόπο τζτοιο ϊςτε να φαίνεται ςτο διάγραμμα ςαν μια τριγωνικι κυματομορφι. Αυτό γιατί το NEYROSYSTEMS, όπωσ είπαμε, διακζτει γεννιτρια κυματομορφϊν. Ζτςι δθμιουργϊντασ και ςτο curve plotter του NEYROSYSTEMS μια τριγωνικι κυματομορφι για τθν είςοδο DBOB και διατθρϊντασ τισ άλλεσ δφο ειςόδουσ ςτακερζσ ςτισ τιμζσ MLSS=3500 και TEMP=20 μπορζςαμε να παρατθριςουμε πωσ επθρεάηει θ DBOD τισ εξόδουσ για τον νευρωνικό ελεγκτι. Κάνοντασ λοιπόν τθν ίδια διαδικαςία και για τισ τρείσ μεταβλθτζσ DBOD, MLSS και TEMP πιραμε τα διαγράμματα που ξεκινοφν από τθν επόμενθ ςελίδα: 101

108 Κεφάλαιο 6 θ Εικόνα 6.3.Διαγράμματα μεταβολισ ειςόδου DBOD και εξόδων PROoxygen και Rsludge Το πρϊτο διάγραμμα είναι του νευρωνικοφ ελεγκτι και το δεφτερο του αςαφοφσ όπου και δεν φαίνεται θ είςοδοσ DBOD αλλά μεταβάλλεται ςχεδόν τριγωνικά με τον τρόπο που είπαμε πριν. Θ άςπρθ γραμμι είναι θ ζξοδοσ PROoxygen και θ πορτοκαλί θ ζξοδοσ Rsludge. Ππωσ παρατθρείται θ ςυμπεριφορά των ελεγκτϊν είναι όμοια 102

109 Κεφάλαιο 6 κακϊσ οι γραφικζσ παραςτάςεισ των εξόδων είναι όμοιεσ για μεταβολι τθσ ειςόδου DBOD. Δεν κα μποροφςαν να είναι ίδιεσ για λόγουσ που κα εξθγιςουμε αργότερα. Εικόνα 6.4. Διαγράμματα μεταβολισ ειςόδου MLSS και εξόδων PROoxygen και Rsluge Τα διαγράμματα αυτά παρουςιάηουν τισ εξόδουσ PROoxygen (άςπρθ γραμμι) και Rsludge (πορτοκαλί) όταν μεταβάλλεται θ είςοδοσ MLSS ςε όλο το υπερςφνολο αναφοράσ τθσ με τισ ειςόδουσ DBOD και TEMP ςτακερζσ. Το πρϊτο είναι του 103

110 Κεφάλαιο 6 νευρωνικοφ ελεγκτι και το δεφτερο του αςαφοφσ. Θ ςυμπεριφορά των ελεγκτϊν και εδϊ είναι όμοια αλλά όχι ίδια όπωσ φαίνεται από τισ γραφικζσ των εξόδων. Εικόνα 6.5.Διαγράμματα μεταβολισ ειςόδου TEMP και εξόδων PROoxygen και Rsludge Εδϊ ζχουμε τα διαγράμματα τθσ ειςόδου TEMP, το πρϊτο του νευρωνικοφ ελεγκτι και το δεφτερο του αςαφοφσ. Οι ζξοδοι ζχουν τα ίδια χρϊματα με πριν και θ TEMP μεταβάλλεται ςε όλο το υπερςφνολο αναφοράσ τθσ. Θ ςυμπεριφορά των ελεγκτϊν 104

111 Κεφάλαιο 6 είναι όμοια και ςε αυτιν τθν περίπτωςθ όπωσ φαίνεται από τισ γραφικζσ των εξόδων. Στθν ςυνζχεια παρουςιάηουμε τον δεφτερο νευρωνικό ελεγκτι και μετά κα ςχολιάςουμε τθν ςυμπεριφορά των νευρωνικϊν ελεγκτϊν ςε ςχζςθ με τον αςαφι. 2 οσ Νευρωνικόσ ελεγκτισ Εικόνα 6.6 Δεφτεροσ Νευρωνικόσ ελεγκτισ Ο δεφτεροσ νευρωνικόσ ελεγκτισ παρουςιάηεται ςτθν εικόνα 6.6 με ειςόδουσ τισ DO, N_NH 3 και Ν_ΝΟ 3 και εξόδουσ τισ PROoxygen και Rsludge. Θ αρχιτεκτονικι είναι θ νευροαςαφι NFN (εικόνα 6.7) όπωσ και πριν. Τα βιματα ςχεδιαςμοφ είναι τα ίδια με του πρϊτου και θ εκμάκθςθ ζγινε από το αρχείο 2.dat που δθμιουργιςαμε πριν για τουσ κανόνεσ 28 ζωσ 48. Ο χρόνοσ εκμάκθςθσ ορίςτθκε ςτα δζκα λεπτά και το επικυμθτό ςφάλμα ςτο 10%. Ρρζπει να ποφμε ότι τελικά ζπεςε κάτω από 10% πριν τελειϊςει θ διάρκεια των 10 λεπτϊν, ζφταςε ςτο 9.5%. Αφοφ λοιπόν εκπαιδεφςαμε και τον δεφτερο νευρωνικό ελεγκτι προχωριςαμε ςτθν διαδικαςία τθσ παρακολοφκθςθσ τθσ ςυμπεριφοράσ του ςε ςχζςθ με τον αςαφι ελεγκτι. Θ διαδικαςία είναι ίδια με αυτιν που ακολουκιςαμε για τον πρϊτο, μόνο που τϊρα 105