بخشی از مقاله
خلاصه
خودکارسازی سازهها یکی از روشهای بهبود عملکرد شبکههای آبیاری بوده و نیازمند سامانههای کنترل خودکار میباشد که سامانه کنترل کلاسیک - PID - یکی از آنهاست. به منظور کاربرد عملی سامانهها، باید فناوری موردنظر ساخته شده و در مقیاس آزمایشگاهی مورد آزمون قرار بگیرد. در این تحقیق سامانه PID طراحی و ساخته شد و در فلوم آزمایشگاهی مورد آزمون و بررسی قرار گرفت. برای بررسی سامانه گزینههای مختلف تغییرات ناگهانی جریان اجراء و دادههای حاصل از آزمایشات با استفاده از شاخصهای MAE، IAE وSRT ارزیابی شد. نتایج بدست آمده نشان میدهد که سامانه کنترل خودکار PID برای کنترل سطح آب مناسب میباشد.
واژههای کلیدی: خودکارسازی، سامانه کنترل خودکار، کانالهای آبیاری، منطق PID
1.مقدمه
به دلیل پائین بودن عملکرد شبکههای آبیاری، ایده بهبود روشهای تحویل و توزیع و تامین انعطافپذیری بالاتر بین محققین مطرح شده است. یکی از راههای ممکن برای بهبود عملکرد و افزایش انعطافپذیری تحویل آب در کانالهای روباز، اتوماسیون یا خودکارسازی کانالها میباشد. خودکارسازی کانالهای آبیاری اولین بار با دریچههای خودکار هیدرولیکی آمیل، آویس و آویو شروع شد و سپس کنترلکنندههای الکترومکانیکی توسعه یافت. در سالهای اخیر با توسعه مدلهای شبیهساز جریان کانالها، توسعه مدلهای ریاضی الگوریتمهای کنترل بمنظور کنترل خودکار سازهها مورد توجه قرار گرفت . - Lozano et al., 2007 - عمده اقدامات صورت گرفته در زمینه سامانههای کنترل خودکار بصورت مدلهای ریاضی انجام شده است.
منطق کنترل PID از دیرباز در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گرفته و کاربرد آن در کانالهای آبیاری توسط شرکت فرانسوی سوگرا توسعه یافت و برای کنترل سطح آب در کانال کرکوک-آدهایم عراق با طول 37 کیلومتر و دبی حداکثر 75 متر مکعب بر ثانیه مورد استفاده قرار گرفت - Rogerss et al., . - 1998 برت و همکاران، لیو فوبو و همکاران و واهلین و کلمنس عملکرد این منطق کنترل را با استفاده از مدل ریاضی بررسی کرده و نتایج حاصله را مثبت ارزیابی کردند . - Burt et al., 1998 ; Liu et al., 1995; Wahlin and Clemmens, 2002 -
چانگ و همکاران، منیر و همکاران و لیتریکو وهمکاران عملکرد این منطق را در کانالهای واقعی به ترتیب در چین، پاکستان و فرانسه بررسی کرده و مورد ارزیابی قرار دادند که نتایج حاصله نشان داد عملکرد این منطق در کانالهای آبیاری قابل قبول میباشد . - Changde et al., 2007; Munir et al., 2007; Litrico et al., 2007 - در ایران مدل ریاضی منطق کنترل بالادست PID در قالب سازه آمیل توسط منعم و مساح توسعه یافت و با مدل هیدرودینامیکی ICSS تلفیق گردید - منعم و مساح، . - 1382 به منظور کاربرد عملی این سامانهها در کانالهای آبیاری لازم است ابتدا سامانههای مورد نظر ساخته شده و به صورت نمونه آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گیرند تا پس از تائید عملکرد آزمایشگاهی آنها بتوان کاربرد آنها را در کانالهای آبیاری توسعه داد.
2.مواد و روشها
2,1.سختافزار و نرمافزار سامانه
کلیه آزمایشات مربوط در فلومی به طول 10 متر، با ارتفاع و عرض به ترتیب 0/45 و 0/3 متر اجراء شد. بمنظور انجام آزمایشات این فلوم به دو بازه تقسیم شد و در فاصله 4 متر از ابتدای فلوم دریچه کشوئی آببندی شده نصب گردید که عملیات کنترل خودکار بر روی آن انجام شد - شکل . - 1سایر اجزای سختافزار سامانه شامل حسگرهای مختلف، برد اصلی، برد رابط، برد محرک و موتور میباشد. در شرایط اجرای عملیات بهره-برداری بوسیله سامانه کنترل خودکار، ابتدا سطح آب و بازشدگی اولیه دریچه توسط حسگرها اندازهگیری شده و به برد اصلی منتقل میشود. پس از کاهش تعداد ورودیها در برد اصلی، برد رابط این مقادیر را به مقادیر قابل شناخت توسط کامپیوتر - USB - تبدیل کرده و بصورت ولتاژ به نرمافزار سامانه تحویل میدهد.
پس از تبدیل ولتاژ به فاصله توسط برنامه Labview بازشدگی دریچه بوسیله منطق کنترل محاسبه شده و بصورت ولتاژ به USB و سپس به برد رابط و از آن به برد اصلی منتقل میشود. در نهایت برد محرک ولتاژ ورودی از برد اصلی را تقویت کرده و به موتور منتقل می-کند و موتور مقدار جابجائی محاسبه شده را روی دریچه اعمال میکند. این چرخه تا زمانی که سطح آب در عمق هدف تثبیت شود، ادامه مییابد. شکلی شماتیک از روش کار در شکل 2 آورده شده است .نرمافزار سیستم یک برنامه اجرائی نوشته شده در نرمافزار Labview میباشد که فایل اجرائی آن در دسترس میباشد. برای اجرای این برنامه ابتدا باید نرمافزارهای Labview و MATLAB روی کامپیوتر نصب گردند.
وقتی این برنامه را اجرا کنیم صفحه کنترل برنامه باز میشود که بصورت شکل 3 میباشد.برای اجرای این برنامه ابتدا باید مقادیر عددی عوامل اولیه مانند عمق هدف، بازشدگی اولیه دریچه، ضرایب تناسبی، انتگرالی، دیفرانسلی و سایر عوامل وارد گردند. امکان کنترل دستی و خودکار در این برنامه پیشبینی شده است. برای ذخیره اطلاعات در قسمت پائین صفحه کنترل گزینهای قرار داده شده است که توسط آن مسیر ذخیره دادهها مشخص میشود. در قسمت بالای صفحه کنترل 4 نشانگر وضعیت عمق آب در 4 نقطه و یک نشانگر وضعیت دریچه در نظر گرفته شده است که مقدار تغییر عمق و بازشدگی دریچه را بصورت لحظهای نشان میدهند.
.2,2 سامانه کنترل بالادست PID
هدف اصلی در تنظیم سازههای آب بند و خودکارسازی آنها تنظیم عمق جریان در عمق هدف میباشد. برای تثبیت سطح آب از سامانههای کنترل استفاده میشود. بطور کلی سامانههای کنترل به دو نوع کنترل بالادست و کنترل پائیندست تقسیمبندی میشوند. اگر سطح آب در بالادست سازه کنترل ثابت نگهداشته شود، کنترل بالادست و اگر در پائین آن کنترل شود، کنترل پائیندست نامیده میشود. در شکل 4، شکلی شماتیک از سامانه کنترل بالادست نشان داده شده است.همانطور که در شکل مشاهده میشود سطح آب در حالت دبی حداکثر بالاتر از آن در حالت دبی حداقل قرار دارد. در نتیجه سطح آب همیشه پائینتر از عمق نرمال خواهد بود
