ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΣΕΡΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ & ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ: ΕΛΕΓΧΟΣ ΕΝΟΣ BOILER ΑΤΜΟΥ ΜΕ MATLAB- SIMULINK-OPC Toolbox Σ ουδαστής : Κουκουβέλας Ιωάννης Ε ιβλέ ων καθηγητής: Βολογιαννίδης Σταύρος
ΓΙΑΤΙ ΜΑΣ ΕΝ ΙΑΦΕΡΕΙ Η ΜΕΛΕΤΗ ΤΟΥ Η µελέτη αυτή έχει ως σκο ό τον έλεγχο ενός boiler ατµού εφαρµόζοντας τεχνικές Ευφυούς Ελέγχου. Έχει εφαρµοστεί η τεχνική του ασαφούς ελεγκτή (fuzzy controller) µε το µοντέλο Mamdani για τον έλεγχο του boiler. Χρησιμοποιήθηκε το πακέτο OPC Toolboxτου Matlab ώστε να μπορεί να υπάρξει επικοινωνία αρχικά μεταξύ δύο Η/Υ Τέλος ένας τρίτος Η/Υ τρέχει ένα γραφικό SCADA περιβάλλον για την παρακολούθηση της κατάστασης της διεργασίας, το οποίο και σχεδιάστηκε με το DAQFactory. Εφαρµογές: Στην αραγωγή ενέργειας ό ου ένας υρηνικός αντιδραστήρας χρησιµο οιείται για να αράγει την θερµότητα ου α αιτείται για την ατµο οίηση του νερού και έ ειτα ο ατµός χρησιµο οιείται για την αραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας µέσω µιας τουρµ ίνας.
ΤΙ ΕΙΝΑΙ BOILER ΑΤΜΟΥ (STEAM BOILER) Είναι ένα κλειστό δοχείο, ό ου µε ίεση µεγαλύτερη α ό την ατµοσφαιρική αράγεται ατµός για ο οιαδή οτε χρήση. Η χηµική ενέργεια του καυσίµου µετατρέ εται κατά την καύση σε θερµική ενέργεια. Η αραγόµενη θερµική ισχύς µεταφέρεται στο εργαζόµενο µέσο νερό-ατµός µε στόχο την αραγωγή ατµού συγκεκριµένης ε ιθυµητής κατάστασης ( ίεσης και θερµοκρασίας). Ατµός αράγεται µε τώση της ίεσης ή µε αροχή θερµότητας.
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΜΟΝΤΕΛΟΥ BOILER Η θερµότητα Q, ου αρέχεται στις µετώ ες του boiler ροκαλεί βρασµό του υγρού ου βρίσκεται µέσα. Ο δια οτισµένος ατµός αναγκάζεται να ανυψωθεί, λόγω της βαρύτητας, ροκαλώντας µια κυκλοφορία στο βρόγχο. Στην ραγµατικότητα το σύστηµα είναι ερισσότερο ερί λοκο. Το σύστηµα έχει µια ερί λοκη γεωµετρία µε ολλούς σωλήνες και µετώ ες.
ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ BOILER Η µοντελο οίηση/σχεδίαση ενός βιοµηχανικού boiler είναι δύσκολη αλλά και ερί λοκη διαδικασία. Αυτό συµβαίνει καθώς είναι α αραίτητο να συνδυαστούν ολλοί αράγοντες ώστε να ε ιτευχθεί ένα ικανο οιητικό α οτέλεσµα. Προϋ οθέσεις σχεδίασης Γρήγορη αραγωγή ατµού Αυξηµένος βαθµός α όδοσης ενός βιοµηχανικού boiler Οι εκ οµ ές των καυσαερίων ρέ ει να είναι σύµφωνες µε τη νοµοθεσία. Ισχυρή θερµική µόνωση ώστε οι α ώλειες να είναι µηδενικές. Α αραίτητη η ε εκτασιµότητα του εξο λισµού ενός boiler Η λειτουργία του θα ρέ ει να είναι λήρως αυτοµατο οιηµένη. Η λειτουργία ενός βιοµηχανικού boiler ρέ ει να µ ορεί να γίνει µε όλους τους τύ ους των καυστήρων.
ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ BOILER Με τη µοντελο οίηση και σχεδίαση βιοµηχανικών boiler ασχολήθηκαν ολλές εταιρείες : Εταιρεία ΠΡΟΟ ΟΣ (Ελλάδα) Εταιρεία ΜΙURA (Ια ωνία) Εταιρεία SAZ (Ινδία) Εταιρεία P16-G16 (Σουηδία) Εταιρεία ERARING (Αυστραλία)
V wt ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΜΟΝΤΕΛΟΥ BOILER Βασιστήκαµε στο µοντέλο boiler ASTROM- BELL Ένα µεγάλο µέρος των µετρήσεων βασίστηκε στα ειράµατα ου έγιναν στις µονάδες P16-G16 της Σουηδίας και ERARING τηςαυστραλίαs. Το µοντέλο α οτελείται α ό 26 µεταβλητές, αλλά α αιτεί λίγες αραµέτρους για να λειτουργήσει. Το µοντέλο του boiler στο Simulink έχει σχεδιαστεί α ό τον Tony Lennon µε σκο ό την ανά τυξη ενός ροτύ ου ελεγκτή ου συνδέεται µε το boiler. Η σχεδίαση του boiler βασίστηκε σε ραγµατικές µετρήσεις και σε ιδανικές συνθήκες των εργαστηρίων. Οι ίνακες ατµού α οτελούν την καρδιά του συστήµατος boiler και µέσω αυτών υ ολογίζονται κά οιες α ό τις µεταβλητές του.
ΣΤΟΧΟΣ ΕΛΕΓΧΟΥ BOILER Το µοντέλο του boiler είναι ένα µη γραµµικό µοντέλο, και βασίζεται αρκετά σε ειραµατικά δεδοµένα. Ο τρό ος λειτουργίας ενός boiler είναι µια ολύ λοκη διαδικασία και οι κανόνες λειτουργίας του δεν είναι γνωστοί εκ των ροτέρων. Άρα ζητείτε ένας µηχανισµός ου µ ορεί να αίρνει α οφάσεις µε ελλι ή στοιχεία, κάτι ου η ασαφής λογική α οδεικνύεται ότι µ ορεί να κάνει. Στόχος του ελεγκτή µας είναι να µ ορεί να αράγει την ροή ατµού ου του ζητάµε ελέγχοντας την αροχή υγρού (feedwater) και την θερµότητα (heat) ου διοχετεύεται στο boiler. Ε ι λέον θα ρέ ει να α οφεύγονται καταστάσεις ό ως η ίεση του boiler να είναι άνω α ό ένα όριο κλ. Ο ελεγκτής θα ρέ ει ε ι ρόσθετα να αρουσιάζει καλή συµ εριφορά σε εξωτερικές διαταραχές και θόρυβο και όλα αυτά να ε ιτυγχάνονται σε συγκεκριµένα χρονικά διαστήµατα.
ΑΣΑΦΗΣ ΛΟΓΙΚΗ (FUZZY LOGIC) Στηρίζεται στη θεωρία των ασαφών συνόλων (θεµελιωτής L. A. Zadeh, 1965) Χρησιµο οιεί την έννοια του βαθµού συµµετοχής (degree of membership) Ανα αριστά ανακριβείς ή αβέβαιες γνώσεις (.χ. ο Γιώργος είναι ψηλός) Εφαρµόζεται στην αραγωγή φωτογραφικών µηχανών, βιντεοκαµερών, κλιµατιστικών, λυντηρίων boiler, κτλ.
ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ-ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΑΣΑΦΟΥΣ ΛΟΓΙΚΗΣ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Ανεκτικότητα σε ανακριβή γνώση Ευκολία στην ανα αράσταση της γνώσης µε τη χρήση λεκτικών όρων (.χ. κοντός, µέτριος, ψηλός) Ευκολία στην κατανόηση και στη χρήση καθώς βασίζεται στη φυσική γλώσσα ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ υσκολία στο σχεδιασµό ενός ασαφή ελεγκτή (fuzzy controller) εφόσον δεν υ άρχει κά οια συγκεκριµένη θεωρία Α αραίτητη η γνώση ενός εµ ειρογνώµονα
ΕΥΦΥΗΣ ΕΛΕΓΧΟΣ Στηρίζεται στην ανθρώ ινη γνώση και εµ ειρία Στον Ασαφή Έλεγχο, η γνώση ανα αρίσταται α ό λεκτικούς κανόνες (Linguist Rules) ου είναι της µορφής εάν (αίτια) τότε (συµ έρασµα) If x then y
ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ- ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΕΥΦΥΗ ΕΛΕΓΧΟΥ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Στηρίζεται στη µίµηση του ανθρώ ου και την ανα αραγωγή της ανθρώ ινης γνώσης Χρησιµο οιείται σε ολύ λοκα συστήµατα στα ο οία είναι δύσκολο ή και αδύνατο να βρεθεί το µαθηµατικό µοντέλο Οι ευφυείς ελεγκτές έχουν την ικανότητα να λειτουργούν κάτω α ό ένα εριβάλλον ασάφειας και αβεβαιότητας ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Οι ευφυείς ελεγκτές δεν κατέχουν την ικανότητα ροσαρµογής και µάθησης νέων κανόνων
ΑΣΑΦΕΣ ΜΟΝΤΕΛΟ ΤΥΠΟΥ MAMDANI Το ασαφές µοντέλο Mamdani ροτάθηκε σαν µία ρώτη ροσ άθεια ελέγχου ενός συστήµατος - µίας ατµοµηχανής και ενός λέβητα - α ό ένα σύνολο ασαφών κανόνων. Η διαδικασία του ασαφούς συµ ερασµού του µοντέλου Mamdani εκτελείται αρχικά µε την ασαφο οίηση των τιµών των εισόδων (fuzzyfication), την εκτίµηση των κανόνων (rule evaluation), την συνάθροιση (aggregation) των συµ ερασµάτων των εξόδων και τέλος την α όασαφο οίηση τους (defuzzification).
ΑΣΑΦΕΣ ΜΟΝΤΕΛΟ ΤΥΠΟΥ MAMDANI 1. Ασαφο οίηση (Fuzzification) Μετατρο ή των ραγµατικών εισόδων σε ασαφή σύνολα 2. Εκτίµηση κανόνων (Rule evaluation) 2.1 Εκτίµηση συνθηκών Υ ολογισµός του συνδυασµένου βαθµού συµµετοχής 2.2 Εκτίµηση συµ εράσµατος Εφαρµογή του συνδυασµένου βαθµού στη συνάρτηση συµµετοχής του συµ εράσµατος 3. Συνάθροιση εξόδων (Aggregation) Συνδυασµός των αραχθέντων συναρτήσεων συµµετοχής των εµ λεκόµενων κανόνων σ ένα ασαφές σύνολο 4. Α οασαφο οίηση (Defuzzification) Μετατρο ή του α οτελέσµατος της συνάθροισης σε ραγµατική τιµή
ΕΙΣΟ ΟΙ- ΕΞΟ ΟΙ BOILER Είσοδοι boiler : Θερµοκρασία (heat) Τροφοδοσία νερού(feedwater) Έξοδοι boiler : Ροή ατµού (steam flow) Πίεση δοχείων boiler (drum pressure) Όγκος ατµού (steam vol)
ΣΧΕ ΙΑΣΗ ΕΛΕΓΚΤΗ ΜΙΑΣ ΕΙΣΟ ΟΥ ΚΑΙ ΥΟ ΕΞΟ ΩΝ Είσοδος : σφάλµα ροής ατµού (διαφορά ε ιθυµητής α ό ραγµατική τιµή)(error-steam flow) Έξοδοι : ρυθµός µεταβολής θερµοκρασίας (heat) ρυθµός µεταβολής τροφοδοσίας νερού(feedwater)
ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ ΣΥΜΜΕΤΟΧΗΣ ΕΙΣΟ ΟΥ- ΕΞΟ ΩΝ ΤΟΥ ΕΛΕΓΚΤΗ Είσοδος : error steam flow [-5 5] καμπανοειδής χής συνάρτηση συμμετοχής Έξοδος heat [-5,5] Τρα εζοειδής συνάρτηση συµµετοχής Ασαφή σύνολα : ολύ µικρό, µικρό, µηδενικό, µεγάλο, ολύ µεγάλο Έξοδος feedwater [-5,5] Ασαφή σύνολα: close fast, close slow, τί οτα, open slow, open fast
ΚΑΝΟΝΕΣ ΕΛΕΓΚΤΗ ΜΙΑΣ ΕΙΣΟ ΟΥ ΚΑΙ ΥΟ ΕΞΟ ΩΝ ΑΝ (error-steam-flow) ΕΙΝΑΙ (poli mikro) ΤΟΤΕ (heat) ΕΙΝΑΙ (close-fast) ΚΑΙ (feedwater) ΕΙΝΑΙ (close fast). ΑΝ το σφάλµα της ε ιθυµητής ροής ατµού είναι ολύ µικρό (δηλαδή αν η ε ιθυµητή ροή ατµού είναι ολύ µικρότερη α ό την ραγµατική ) ΤΟΤΕ χαµήλωσε την θερµοκρασία ολύ γρήγορα και την τροφοδοσία του νερού ε ίσης ολύ γρήγορα. ΑΝ (error-steam-flow) ΕΙΝΑΙ (mikro) ΤΟΤΕ (heat) ΕΙΝΑΙ (close-slow) ΚΑΙ (feedwater) ΕΙΝΑΙ (close-slow). ΑΝ (error-steam-flow) ΕΙΝΑΙ (mideniko) ΤΟΤΕ (heat) ΕΙΝΑΙ (stop) ΚΑΙ (feedwater) ΕΙΝΑΙ (stop). ΑΝ (error-steam-flow) ΕΙΝΑΙ (megalo) ΤΟΤΕ (heat) ΕΙΝΑΙ (open-slow) ΚΑΙ (feedwater) ΕΙΝΑΙ (open-slow). ΑΝ (error-steam-flow) ΕΙΝΑΙ (poli megalo) ΤΟΤΕ (heat) ΕΙΝΑΙ (open-fast) ΚΑΙ (feedwater) ΕΙΝΑΙ (open fast).
ΜΟΝΤΕΛΟ BOILER ΣΤΟ SIMULINK Ε ιθυµητή ροή ατµού Α εικόνιση Drum pressure Steam flow Steam vol Ελεγκτής µιας εισόδου, δύο εξόδων Ρυθµός µεταβολής θερµοκρασίας και τροφοδοσίας νερού
ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΕΛΕΓΚΤΗ Σχετικά καλή συµ εριφορά του ελεγκτή, Ασταθής στις αυξοµειώσεις του ατµού. Στις µεγάλες τιµές του ατµού ε ικίνδυνη άνοδος της ίεσης των τοιχίων του boiler Ε ιθυµητή ροή ατµού Πραγµατική ροή ατµού
ΣΧΕ ΙΑΣΗ ΕΛΕΓΚΤΗ ΥΟ ΕΙΣΟ ΩΝ ΚΑΙ ΥΟ ΕΞΟ ΩΝ Είσοδοι : σφάλµα ροής ατµού (διαφορά ε ιθυµητής α ό ραγµατική τιµή) (error steam flow), Ταχύτητα µεταβολής σφάλµατος (derivative), Έξοδοι : ρυθµός µεταβολής θερµοκρασίας(heat) ρυθµός µεταβολής τροφοδοσίας νερού (feedwater)
ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ ΣΥΜΜΕΤΟΧΗΣ ΕΙΣΟ ΩΝ-ΕΞΟ ΩΝ ΤΟΥ ΕΛΕΓΚΤΗ Είσοδος : error steam flow [-200,200] Έξοδος heat [-2,2] Έξοδος feedwater [-2,2] Είσοδος : Ταχύτητα µεταβολής σφάλµατος [-0,0 0,05, 5,0,0 0,05]
ΚΑΝΟΝΕΣ ΕΛΕΓΚΤΗ 1 IF (error steam flow is poli megalo) AND (derivative is positive) THEN (feedwater is open fast). IF (error steam flow is poli megalo) AND (derivative is zero) THEN (feedwater is open slow) AND (heat is open slow). IF (error steam flow is poli megalo) AND (derivative is negative) THEN (feedwater is stop) AND (heat is stop). IF (error steam flow is megalo) AND (derivative is positive) THEN (feedwater is open slow) AND (heat is open slow). IF (error steam flow is megalo) AND (derivative is zero) THEN (feedwater is open slow) AND (heat is open slow). IF (error steam flow is megalo) AND (derivative is negative) THEN (feedwater is close slow) AND (heat is close slow). IF (error steam flow is mikro) AND (derivative is positive) THEN (feedwater is open slow) AND (heat is open slow).
ΚΑΝΟΝΕΣ ΕΛΕΓΚΤΗ 2 IF (error steam flow is mikro) AND (derivative is zero) THEN (feedwater is close slow) AND (heat is close slow). IF (error steam flow is mikro) AND (derivative is negative) THEN (feedwater is stop) AND (heat is stop). IF (error steam flow is poli mikro) AND (derivative is positive) THEN (feedwater is close slow). IF (error steam flow is poli mikro) AND (derivative is zero) THEN (feedwater is close slow) AND (heat is close slow). IF (error steam flow is mikro) AND (derivative is negative) THEN (feedwater is stop) AND (heat is stop). IF (error steam flow is mideniko) AND (derivative is zero) THEN (feedwater is stop) AND (heat is stop). IF (error steam flow is mideniko) AND (derivative is positive) THEN (feedwater is stop) AND (heat is stop). IF (error steam flow is mideniko) AND (derivative is negative) THEN (feedwater is stop) AND (heat is stop).
SURFACE VIEWER ΓΡΑΦΙΚΗ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ ΚΑΝΟΝΩΝ Μηχανισµός συµ ερασµού Mamdani A οασαφο οιητής κέντρου βάρους
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΛΕΓΚΤΗ Σαφώς καλύτερα α οτελέσµατα του ελεγκτή, σχετικά γρήγορος Παραµένει το ρόβληµα της υψηλής ίεσης του δοχείου µε κίνδυνο να υ άρξει έκρηξη
ΣΧΕ ΙΑΣΗ ΕΛΕΓΚΤΗ 3 ΕΙΣΟ ΩΝ ΚΑΙ 2 ΕΞΟ ΩΝ ιατήρηση όλων των δεδοµένων του δεύτερου ελεγκτή ως έχουν Εισαγωγή µιας ακόµη εισόδου στο δεύτερο ελεγκτή(drum pressure) Ασχολείται α οκλειστικά µε την ίεση των τοιχίων του boiler Μέγιστη ίεση τοιχίων boiler 4000N/m² Όριο ασφαλείας 3000N/m²
ΣΧΕ ΙΑΣΗ ΕΛΕΓΚΤΗ ΤΡΙΩΝ ΕΙΣΟ ΩΝ ΚΑΙ 2 ΕΞΟ ΩΝ Είσοδος Drum pressure (για τον έλεγχο της ίεσης µέσα στο δοχείο) [0,3000] (sigmf) Ορισµός ενός ασαφούς συνόλου ( ολύ µεγάλη Drum pressure)
ΚΑΝΟΝΕΣ ΕΛΕΓΚΤΗ 1 IF (error steam flow is poli megalo) AND (derivative is positive) AND (drum pressure is not poli megalo) THEN (feedwater is open fast). IF (error steam flow is poli megalo) AND (derivative is negative) AND (drum Pressure is not poli megalo) THEN (feedwater is stop) AND (heat is stop). IF (error steam flow is megalo) AND (derivative is positive) AND (drum Pressure is not poli megalo) THEN (feedwater is open slow) AND (heat is open slow). IF (error steam flow is megalo) AND (derivative is zero) AND (drum Pressure is not poli megalo) THEN (feedwater is open slow) AND (heat is open slow). IF (error steam flow is megalo) AND (derivative is negative) AND (drum Pressure is not poli megalo) THEN (feedwater is close slow) AND (heat is close slow). IF (error steam flow is mikro) AND (derivative is positive) AND (drum Pressure is not poli megalo) THEN (feedwater is open slow) AND (heat is open slow). IF (error steam flow is mikro) AND (derivative is zero) AND (drum Pressure is not poli megalo) THEN (feedwater is close slow) AND (heat is close slow).
ΚΑΝΟΝΕΣ ΕΛΕΓΚΤΗ 2 IF (error steam flow is mikro) AND (derivative is negative) AND (drum Pressure is not poli megalo) THEN (feedwater is stop) AND (heat is stop). IF (error steam flow is poli mikro) AND (derivative is positive) AND (drum Pressure is not poli megalo) THEN (feedwater is close slow). IF (error steam flow is poli mikro) AND (derivative is zero) AND (drum Pressure is not poli megalo) THEN (feedwater is close slow) AND (heat is close slow). IF (error steam flow is mikro) AND (derivative is negative) AND (drum Pressure is not poli megalo) THEN (feedwater is stop) AND (heat is stop). IF (error steam flow is mideniko) AND (derivative is zero) AND (drum Pressure is not poli megalo) THEN (feedwater is stop) AND (heat is stop). IF (error steam flow is mideniko) AND (derivative is negative) AND (drum Pressure is not poli megalo) THEN (feedwater is stop) AND (heat is stop). IF (drum pressure is poli - megalo) THEN (heat is close fast) AND (feedwater is close fast). IF (error steam flow is poli - mikro) AND (derivative is negative) AND (drum Pressure is poli megalo) THEN (feedwater is close-fast) AND (heat is close-fast).
Ελεγκτής τριών εισόδων, δύο εξόδων ΜΟΝΤΕΛΟ ΕΛΕΓΚΤΗ 3 ΣΤΟ SIMULINK
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΡΙΤΟΥ ΕΛΕΓΚΤΗ Καλή συµ εριφορά στις αυξοµειώσεις της ροής ατµού, σχετικά γρήγορα, Α οφυγή ανε ιθύµητων Καταστάσεων ό ως υψηλή ίεση στο δοχείο Του boiler Μειονέκτηµα: Λόγω εριορισµών αδυνατεί να ροσεγγίσει τις µέγιστες τιµές ροής ατµού
ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΘΟΡΥΒΟΥ ΣΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Θόρυβος ονοµάζεται µία τυχαία ενέργεια ου αρεµβάλλεται στο σήµα της ληροφορίας. Όσο µεγαλύτερος είναι ο θόρυβος ου αρεµβάλλεται στο σήµα, τόσο ερισσότερο η λήψη της ληροφορίας καθίσταται αναξιό ιστη. Ο θόρυβος χωρίζεται σε δύο κατηγορίες: α) στον εξωτερικό ου ροέρχεται α ό βιοµηχανικές, ατµοσφαιρικές ή διαστηµικές ηγές και β) στον εσωτερικό θόρυβο ου ροέρχεται α ό το ίδιο το σύστηµα. (θερµική διέγερση)
ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΘΟΡΥΒΟΥ ΣΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 2 Εισαγωγή θορύβου µε διασ ορά 1600 ι λασιασµός Θορύβου 3200
ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΘΟΡΥΒΟΥ ΣΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 3 Τρι λασιασµός θορύβου 4800 Ικανός να µεταβάλλει τα α οτελέσµατα
Έχοντας ολοκληρώσει τη σχεδίαση του ελεγκτή εξασφαλίζοντας την καλή συµ εριφορά του σε διάφορες συνθήκες καθώς και εντο ίσαµε τα ε ί εδα του θορύβου στα ο οία είναι ανεκτικός, ε όµενο βήµα είναι µε κά οιο τρό ο να συνδέσουµε σε δίκτυο δύο υ ολογιστές ό ου στο ρώτο θα τρέχει το µοντέλο του boiler στο MATLAB ενώ ο δεύτερος ηλεκτρονικός υ ολογιστής θα αίζει το ρόλο του σταθµού χειρισµών. Η ε ικοινωνία των δύο υ ολογιστών θα γίνεται µέσω του ρωτοκόλλου OPC (Ole for Process Control) ου υ οστηρίζεται α ό το MATLAB µέσω του OPC Toolbox.
OPC SERVER OPC (OLE for PROCESS CONTROL) Η ροδιαγραφή OPC στηρίζεται στις τεχνολογίες COM και DCOM της Microsoft και υ αγορεύει κατά κύριο λόγο το λαίσιο ροσ έλασης εφαρµογών σε δεδοµένα (data access) ου αφορούν σε µια βιοµηχανική διεργασία κατά τη φάση της εκτέλεσης της. Σήµερα οι ερισσότεροι α ό τους κατασκευαστές βιοµηχανικού λογισµικού υ οστηρίζουν την τεχνολογία OPC στα ροϊόντα τους. Τα δεδοµένα δηµιουργούνται σε ραγµατικό χρόνο α ό τη βιοµηχανική διεργασία.
OPC SERVER Η ε ο τεία κρίσιµων αραµέτρων είναι ε ιτακτική ανάγκη σε ένα σύστηµα βιοµηχανικής αυτοµατο οίησης Η ροδιαγραφή OPC δηµιουργεί ένα αράθυρο στην εξέλιξη της διεργασίας για την αρακολούθηση της, χωρίς βέβαια να αραβιάζεται η λειτουργία της. Oι τιµές των αραµέτρων της διεργασίας εξάγονται α ό την κλειστή νησίδα αυτοµατο οίησης και ροσφέρονται σε εφαρµογές αρακολούθησης, ελέγχου, ο τικο οίησης και α οθήκευσης. Η ροδιαγραφή OPC ροσφέρει ένα µοναδικό και τυ ο οιηµένο τρό ο για την εξαγωγή των αραµέτρων αρακάµ τοντας κλειστούς και ιδιοκτησιακούς τρό ους ε ικοινωνίας µεταξύ εφαρµογών και διεργασίας. Υ εύθυνος για την εξαγωγή των µετρήσεων µε τη µορφή αντικειµένων είναι ο OPC Server.
OPC Toolbox 2.1.1 ΤΟΥ MATLAB Μ ορεί να διαβάζει, να γράφει, και να συνδέεται µε τα OPC δεδοµένα α ό συσκευές ου συµµορφώνονται µε το OPC Data Access ρότυ ο, ό ως µ ορεί να διανέµει συστήµατα ελέγχου, ε ο τείας και ελέγχου των συστηµάτων α όκτησης δεδοµένων. Η εργαλειοθήκη του MATLAB και του Simulink αρέχει τη δυνατότητα να δοθούν ληροφορίες σε έναν OPC server Μηχανικοί σε διάφορους τοµείς µ ορούν να χρησιµο οιήσουν την εργαλειοθήκη για την εισαγωγή δεδοµένων στο MATLAB για την ανάλυση και την ο τικο οίηση της ροσοµοίωσης.
Τα βασικά χαρακτηριστικά του OPC Toolbox 2.1.1 Υ οστηρίζει το OPC Data Access ρότυ ο v2.05 a Το MATLAB µ ορεί να διαβάζει και να γράφει α ό τους OPC servers χρησιµο οιώντας σύγχρονες ή ασύγχρονες ράξεις Υ οστηρίζει την ταυτόχρονη καταγραφή των δεδοµένων και την αριθµητική ε εξεργασία Υ οστηρίζει ολλα λές και ταυτόχρονες συνδέσεις σε διακοµιστές OPC
Συνεργασία µε το OPC Toolbox Το OPC Toolbox αρέχει τρεις τρό ους για την εφαρµογή ενός OPC Data Access Client. Μ ορεί να: Εκτελεί όλες τις λειτουργίες α ευθείας α ό το command line του MATLAB ή να ενσωµατώνεται σε διάφορες εφαρµογές του MATLAB Χρησιµο οιώντας τη βιβλιοθήκη Simulink Blockset µ ορούµε να διαβάζουµε και να γράφουµε δεδοµένα α ό και ρος τον OPC server. Χρησιµο οιώντας το graphical user interface (GUI) για την ταχεία σύνδεση στους OPC Servers, µ ορούµε να ρυθµίσουµε τα OPC Toolbox αντικείµενα, έτσι ώστε να διαβάζουν και να γράφουν
Σύνδεση MATLAB, OPC TOOLBOX, OPC SERVER Το Matlab ροτείνει τον Matricon OPC Server for Simulation and Testing (δεν αρέχεται δωρεάν) ICONICS Simulator OPC Server Ο ICONICS Simulator OPC Server 3.13 διατίθεται δωρεάν, αλλά υ άρχουν κά οιοι εριορισµοί (.χ. εισαγωγή έως 4 µεταβλητών για την αρακολούθηση τους)
Βήµατα ου ακολουθούνται για τη σύνδεση ενός OPC Server Ανοίγουµε το OPC Tool (ενδιάµεσο γραφικό εριβάλλον µε το χρήστη) Ε ιλέγουµε τον OPC Server ου θα χρησιµο οιήσουµε ηµιουργούµε ένα αντικείµενο ελατών για την εισαγωγή στοιχείων στον OPC (OPC Data Access Client Object) Συνδέουµε τον OPC Server ηµιουργούµε ένα group (στην ερί τωση µας το ονοµάζουµε boiler) για την εισαγωγή δεδοµένων στον OPC µας. Προσθέτουµε τα δεδοµένα στο group (steam flow, drum pressure, heat, desired steam flow ) Παρακολουθούµε την εξέλιξη των µεταβλητών µας
Μοντέλο boiler στο Simulink για την α εικόνιση των δεδοµένων σε ραγµατικό χρόνο µέσω του OPC Server Χρησιµο οιώντας τη βιβλιοθήκη Simulink Blockset µ ορούµε να διαβάζουµε και να γράφουµε δεδοµένα α ό και ρος τον OPC server.
ΤΙ ΣΗΜΑΙΝΕΙ ΓΕΝΙΚΑ SCADA Το SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), σηµαίνει Ε ο τικός έλεγχος και α όκτηση στοιχείων. Ό ως το όνοµα δείχνει, δεν είναι ένα λήρες σύστηµα ελέγχου, αλλά εστιάζει στο ε ο τικό ε ί εδο, τον έλεγχο και τη συλλογή δεδοµένων. Υ ό αυτήν τη µορφή, είναι ένα καθαρό ακέτο λογισµικού ου µ ορεί να ε ικοινωνεί µε αισθητήρες, ρογραµµατιζόµενους λογικούς ελεγκτές (PLCs) κλ Τα συστήµατα SCADA χρησιµο οιούνται όχι µόνο στις βιοµηχανικές διαδικασίες:.χ. χαλυβουργική, ηλεκτρική αραγωγή (συµβατική και υρηνική) και στη διανοµή της, αλλά και σε µερικές ειραµατικές εγκαταστάσεις ό ως η υρηνική τήξη. Το µέγεθος τέτοιας σειράς εγκαταστάσεων εκτείνετε α ό 1000 µέχρι 10 χιλιάδες κανάλια εισόδου-εξόδου (I/O).
ΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ SCADA 1 Οι δυνατότητες ου διαθέτει το SCADA είναι ολλές και αραµετρο οιήσιµες α ό τον χρήστη, ώστε να εξυ ηρετεί τις ανάγκες µιας εγκατάστασης, ανεξαρτήτους µεγέθους. Τα βασικότερα χαρακτηριστικά είναι: ηµιουργία χειρισµού µε γραφικό εριβάλλον Έλεγχος καταστάσεως (on- off) ο οιασδή οτε συσκευής είναι συνδεδεµένης στο δίκτυο του καθώς και α εικόνιση ληροφοριών για αυτή υνατότητα συναγερµών µε κριτήρια και τιµές ου εµείς θέτουµε Ειδο οίηση για βλάβη µε ο τικό, ηχητικό τρό ο, α οστολή e- mail ειδο οίηση ακόµα και µέσω κινητού
ΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ SCADA 2 Παρακολούθηση και καταγραφή µετρήσεων Σενάρια ου εµείς ε ιλέγουµε να τρέξουν, όταν συµβεί ένα γεγονός Παρακολούθηση ωρών λειτουργίας µηχανηµάτων για ρογραµµατιζόµενη συντήρηση Μέσω ενός υ ολογιστή, έχουµε ρόσβαση σε όλη την εγκατάσταση, ελέγχοντας όσα έχουµε εράσει στο σύστηµα. ηµιουργία αυτόµατου ελέγχου,χειροκίνητη ή µε βάση χρονο ρογράµµατος για κάθε χειριστήριο. Σε ερί τωση σφάλµατος, υ άρχει η δυνατότητα alarm ο τικού ή ηχητικού.
DAQFACTORY
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Καταφέραµε λοι όν να δηµιουργήσουµε έναν ελεγκτή, ου δίνει τη δυνατότητα στο boiler να αράγει ατµό έως και 200 Kgr /sec. Τα όρια ασφαλείας του δοχείου του boiler καθορίστηκαν στα 4000Ν/m², µε αυστηρό όµως έλεγχο α ό τα 3000Ν/m². Ο ελεγκτής ο ο οίος σχεδιάστηκε είναι τρεις φορές ερισσότερο ανεκτικός στο θόρυβο α ό το ρότυ ο µοντέλο στο ο οίο βασιστήκαµε.
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στη συνέχεια το µοντέλο του boiler ου σχεδιάσαµε και ου εριείχε τον ελεγκτή µας, έτρεχε στο MATLAB και συγκεκριµένα στο Simulink και αράλληλα έγινε η σύνδεση του µε τον I CONICS Simulator 3.13 OPC SERVER, για να αρακολουθούµε σε ραγµατικό χρόνο την εξέλιξη των µεταβλητών µας. Τέλος µε τη βοήθεια του SCADA ρογράµµατος DAQFactory, σχεδιάσαµε κατάλληλο γραφικό εριβάλλον ό ου α εικονίζεται το µοντέλο του boiler και µέσα α ό την οθόνη του υ ολογιστή είναι εύκολο να το διαχειριζόµαστε και να αρακολουθούµε τις µεταβλητές µας α ό α όσταση.
ΕΥΧΑΡΙΣΤΩ ΠΟΛΥ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΡΟΣΟΧΗ ΣΑΣ