بخشی از مقاله
چکیده:
تکنولوژي خان ه هاي هوشمند بیش از یک دهه به معرفی دستگاه شبکه وتجهیزات در خانه هاي هوشمند می پردازد. براین اساس بهترین تعریف براي خانه هاي هوشمند ادغامی از تکنولوژي وسرویس هاي شبکه هوشمند براي کیفیت بهتر زندگی می باشدخانه. ي هوشمند تکنولوژي نوینی است که متشکل از سیستم و ریزسیستمها در جهت هوشمند سازي و مشخصه سازي تاسیسات به کار رفته درساختمان فعالی ت میکند.
کلید واژه: خانه هاي هوشمند، HEMS، BMS، ZigBee، BBSA
1.مقدمه
در بخش داخلی، افزایش مصرف انرژي لوازم خانگی تبدیل به یک مسئله در حال رشداست. بنابراین، کاهش و برنامه ریزي استفاده از انرژي کلیدي براي مدیریت انرژي هر سیستم خانه - HEMS - است. برنامه هاي کاربرديخانه مجتمع هاي هوشمند شامل سه سطح کنترل: کنترل محلی، کنترل روی داد گسسته، و نظارت کنترل. کنترل محلی، در سطح پایین تر، دسته شرایط عملیاتی از متغیرهاي فیزیکی زمان پیوسته - به عنوان مثال دما، نور، سطح، و غیره - . کنترل رویداد گسسته توسط حوادث ناهمزمان و بر این اساس مسائل مربوط به اقدامات گسسته مربوطه، بر اساس تکامل خصوصیات است. کنترل نظارت، در سطح بالا، مراقبت از تخصیص منابع، فعالی تها ي هماهنگی، و اجتناب از بن بست است.در این مقاله دو روش اصلی براي کنترل استفاده از منابع به منظور صرفه جویی در مصرف انرژي ارائه میگردد.اولین روش برنامه بهینه براي کنترل زمان واقعیHome energy - HEMS - management systemبا استفاده ازی ک الگوریتم جدی د جستجو عقبگرد باینري - Binary backtracking search algorithm - - BBSA - براي مدیریت مصرف انرژي ارائه شده است.روش دوم استفاده از ابزار خالص مدل پتري ، شبیه سازي، تجزیه و تحلیل، و کنترل در سطح رویداد گسسته برنامه هاي کاربردي خانه هاي هوشمند ارائه شده است.
.2 روش اول
در سال هاي اخیر، بسیاري از وسایل حمایت تصمیم و تکنی کها ي بهینه سازي استفاده شده است، براي کمک به مشتریان داخلی در کاهش مصرف انرژي با ایجاد یک برنامه ریزي لوازم خانگی بهینه از مصرف انرژي بر اساس طرح هاي قیمت گذاري مختلف و تنظیمات راحتی کاربر است. براي رسیدن به این هدف، نیاز به پیاده سازي کنترل هوشمند در ساختمان داخلیوجود دارد. الگوریتم هاي کنترل توزیع شده براي برنامه لوازم خانگی بر اساس معماري شبکه هاي ارتباطیDR استفاده شده است. الگوریتم ژنتی کبا استفاده از شبکه عصبی مصنوعی - ANN - براي برنامه دستگاه هايخانگ ی و بهینه سازي مصرف انرژي در بخش خانگی با کاهشمصرف در دوره اوج تقاضا استفاده شده است. الگوریتم جستجوي رعد و برق ترکیب ی بر اساس شبکه هاي عصبی مصنوعی براي پیش بینی کنترل برنامهHEMS استفاده شده است.
در سیستم مدیریت طرف تقاضا مستقل بر اساس روکردی نظری ه بازي توسعه داده شده است براي بهینه سازي مصرف انرژي لوازمخانگی و مدیریت بارهاي مسکونی وکاهش هزینه برق و یا راحتی مشتر ي را انتخاب می کند. در لوازم الکتریکی برنامه ریزي براي کاهش هزنهی برق بر اساس قیمت گذاري پویا با استفاده از بهینه سازي قوي و تکنیک هاي تصادفی شده است. HEMS مبتنی بر سخت افزار ترکیب DR براي کنترل لوازم خانگی مشتریان با استفاده از یک روش مبتنی بر قانون توسعه داده شده است . نمونه اولیه HEMS هوشمند با استفاده از الگوریتم یادگیري ماشین با پاسخ قیمت پویا توسعه داده است. حاکمیت مبتنیبر HEMS براي کنترل و برنامه ریزي چهار لوازم خانگی که شامل آب گرم کن، تهویه هوا، خشک کن لباس و وسیله نقلیه الکتریکی بررسی درخواست پاسخ به تقاضا هاي مسکونی و قوانین توسعه داده است.
دریک پلاگ ینها ي هوشمند با سنسور ها ي ZigBee براياندازه گی ري و نظارت بر مصرف انرژي لوازم خانگی در HEMS توسعه داده شده است. یک مساله مهم که در برنامه ری زي و تغیی ر بارهاي کاربران مواجه است به حداقل رساندن مصرف برق در ساعات اوج مصرف بدون تاثیر راحتی از ساکنان است. با اینحال، بس یاري از محقان قبلی در کاهش صورتحساب برق و صرفه جویی در انرژ ي بدون در نظر گرفتن راحتی کاربر متمرکز شده است. بنابراین، برنامه ریزي و کنترل لوازم خانگی نیاز به حساب تمام چالش هاي ممکن است، مانند سطح راحتیحد،تقاضا و تعرفه وجود دارد. در یا ن مقالهی ک الگوریتم جستجو ي عقبگرد باینري جدید - BBSA - بر اساس زمان واقعی کنترل برنامه بهینه براي HEMS رسیدن به صرفه جویی انرژي و محدود کردن اوج تقاضا خانگی در خانه بر اساس عملیات برنامه ریزي شده از چندین کاربرد با توجه بهی ک زمان خاص، ساکن محدودیت هاي راحتی و اولوی ت است.
علاوه بر یا ن، سخت افزار سوکت هاي هوشمند و رابط کاربري گرافیک ی - GUI - از HEMS طراحی و ساخت با ماژول هاي ZigBee و سنسور هاي مختلف براي کنترل یک بار معین استفاده می شود. علاوه بر یا ن، در یا ن روش دو مورد پیشنهاد به برنامه لوازم خانگی امتحان شده است. مورد اول سیگنال DR مورد نظر از بین ساعات4 تا 11 بعد از ظهر در یک روز هفته و مورد دوم زمان هاي مختلف روز در آخر هفته است. متوسط خانواده هايتک اندازه اصلی فوت - 2300مربع با 5 نفر به عنوان یک مطالعه موردي در مالزي در نظر گرفته شده است . چهار لوازم، یعنی، تهویه هوا - AC - ، آب گرم کن - WH - ، یخچال و فریزر - REF - ، و ماشین لباسشویی - WM - ، براي کنترل در نظر گرفته شد.
.A سخت افزار سوکت هاي هوشمند براي لوازم الکتریکی
سوکت هاي هوشمند به عنوان نمونهی ک دستگاه مستقل شبیهبه ی ک پلاگین با ارتباط بی سیم هاي ZigBee براي اتصال بارهاي غیر هوشمند به HEMS است. سوکت هاي هوشمند اندازه گی ري مصرف برق با خواندن جریان و ولتاژ از لوازم الکتریکی متصل شده و کنترل آن را با رله الکترومکانیکی در سوکت بکار برده است. همچنین نظارت از راه دور خاموش /روشن در کنترل لوازم براي اجراي HEMS در خانه هاي هوشمند فراهم می کند. ماژول بی سیم هاي ZigBee یک ماژول شبکه فن آوري مستقل با هزینه هاي محبوب و کم است. آن فرکانس رادی ویی GHZ2,4 و کار در پروتکل IEEE 802.15.4 با انتقال داده ها بین گره تا Kbps250 استفاده می کند. این ZigBee در اندازه کوچک با مدل هاي مختلف طراحیشده است و مصرف برق بسیار کم در زمانی که نظارت و کنترل سیستم استفاده می شود. آن را انتقال و دریافت داده ها در شبکه هاي حسگر بیس یمم ی نامند. چند پژوهش در مصرف انرژي در خانه هاي هوشمند با استفاده از ماژول بی سیم هاي ZigBee با توجه به مزایاي فوق کار شده است.
.B راه اندازي آزمایشی
سیستم پیشنهادي متشکل از PC به عنوان یک مرکز کنترل با نرم افزار MATLABو هماهنگ کننده هاي ZigBee است . ZigBee به کامپیوتر که به عنوان یک هماهنگ کننده عمل می کند براي دریافت و ارسال داده ها به چهار لوازم خانگی و سیگنال به سوئیچ روشن / خاموش بارهاي کنترل متصل می شود. سوکت هاي هوشمند که به هر لوازم خانگی متصل شده و داده ها را به مرکز کنترل با ارتباط هاي ZigBee با ارسال سیگنالهاي ارسال به روشن / خاموش لوازم خانگی است. هر دستگاه در چند نقطه اي، از جمله اولویت بار، مصرف برق، و اولویت هاي مشتري، توسط تنظیمات در دما ي اتاق AC و درجه حرارت آب از WH مقایسه شده است. در اولویت اول ACکه در آن درجه حرارت اتاق باید در محدوده 23 -26 C نگهداري می شود.
اولویت دوم WH با درجه حرارت آب گرم نگهداري در محدوده قابل قبول از 60 -40 C◦ است. در ابتدا، داده ها را از تمام لوازم ذکر شده است میگیریم وبا مقادیر بالا مقایسه می شوند. اگر کل مصرف برق ب یش از حد تقاضا - DL - باشد، الگوریتم OFF خواهدشد، تبدیلکمتر ین اولوی ت لوازم با REF شروع، و نیروي بارهاي به تغییر است در مقایسه خود عامل زمان پس از فاصله DR سپري شده است تا که به حفظ کل مصرف برق زی ر DL آناست.هدف از این BBSA با به حداقل رساندن تابع هدف از پیش تعریفشده به دست آمده ارائه شده است. اجراي الگوریتم پیشنهاديبا تنظ یممجدد پارامترهاي BBSA شروع میشود ، عنی ی، تعداد اندازه جمعی ت - P - ، حداکثر تکرار - T - و تعداد متغیرهايمشکل - N - است . در یا نکار، 20 جمعیت و 1000 تکرار براي به دست آوردن بهترین نتایج استفاده میشود. نمودار جریان از BBSA که در شکل - - 3 ارائه شده است.
معادله برايتبد یل جمعی تبه ی ک ارزش واقعیبا ینريب ین 0 و 1با استفاده از روابط زیر:
كه در آن سی از تابع سیگموئید است، عرض ارزش افراد است و PB مقدارباینري است اگر مقدار Si بیشتر از 0,5باشدPBبرابر1خواهد بود، در غیر اینصورتPBبرابرصفراست. در این تحقیق، این رویداد DR دو مورد، یعنی، هفته و آخر هفته در نظرگرفته شده است. در طول هفته، این رویداد شروع می شود 4تا 11بعدازظهر و در آخر هفته از این رویداد در فواصل زمانی مختلف شروع میشود 12:00- 09:00، 6-4 بعد از ظهر، و11-9 ساعت بود. کنترل برنامه مورد استفاده براي کاهش انرژي در طول حوادث DR در نظر گرفتن چهار لوازم در 7 ساعت براي هفته و آخر هفته ارائه شده است.نتایج حاصل به دو شکل زیر استکنترل برنامه صرفه جویی در انرژي 6,3 کیلووات ساعت درهر روز 25 - ٪ در هر روز - است.
.3 روش دوم: کنترل ماژول خانه هاي هوشمند با استفاده از پتري
شکل 4و5 نتایج روز آخر هفتهقبل وبعد از استفاده از کنترل برنامه BBSA در زمان هاي مختلف روز نشان می دهد. کل مصرف انرژي است در طول دوره DRبا کل مصرف برق نگه داشته زیر W. 1300انرژي صرفه جویی در آخرهفته در 7 ساعت براي چهار لوازم خانگی است تا 6,6 کیلووات ساعت در هر روز 26, 1 - ٪ درهر روز - با استفاده از BBSA، در حالی که کاهش می یابد، با استفاده از BPSOخدمات خانه هاي هوشمند در یک قالب ماژول سازمان یافته است. هر ماژول براي قابلیت خاص است. به عنوان مثال. ماژول نوردهی مسئول کنترل هوشمند چراغ هاي خانه هاي هوشمند است. ماژول آتش مسئول هشدار دهنده ساکنان خانه از هر آتش سوزي ممکن در درون خانه است.
ماژول هاي مختلف خانه هاي هوشمند به شرح زیر است سیستم روشنایی، سیستم آتش نشانی، سیستم کنترل پرده، سیستم مخابره داخل ساختمان، سیستم کنترل آب و هوا، سیستم کنترل لوازم خانگی، سیستم تشخیص گاز، سیستم کنترل چند رسانه اي، سیستم دسترسی از راه دور، و سیستم امنیت ی. در صورت وجود یک باغ، ماژول آبیاري می تواند به راحتی به مجموعه اي از ماژول هاي خانه هاي هوشمند اضافه شود. شبکه هاي پتري می تواند ماژول هاي مختلف خانه هوشمند، اثر متقابل آنها، و رفتار پویاي خود مدل کرد.در این مقاله فقط قسمت آتش و دماي خانه را مدنظر داریم تا زمان واقعی بروز آتش سوزي را اعلام کند.
سیستم آتش به 13 زیر ماژول آتش مشابه ، پوشش تمام قطعات خانه تقسیم شده است. در هر یک از زیر ماژول آتش ، سیستم آتش نظارتسطح درجه حرارت، تغییر میزان درجه حرارت، و دود بهمنظور اقدامات مناسب براي حفاظت از خانه هاي هوشمند در برابر آتش را دارد. داشتنسطح درجه حرارت بالا با افزایش میزان درجه حرارت، سپس آلارم بلافاصله راه اندازي می شود. اگر میزان درجه حرارتکه هنوز هم در افزایشمیابد یا دود شناسایی شود ، پس از آن به صورت خودکار خاموش کردن آتش ، آغازمی شود ، این نشانه به عنوان اطمینان از وجود آتش است.صاحب خانه داراي گزینه اي براي فعال یا غیر فعال کردن سیستم آتش دارد، علاوه بر آن فعال /
