بخشی از مقاله
چکیده -
در این تحقیق پس از بررسی چندین نوع از سیستمهای هوشمند مدیریت مصرف انرژی ساختمان BEMS ساختمانهای اداری و مسکونی به معرفی سیستم کنترل مصرف انرژی تجهیزات خانگی و صنعتی میپردازیم. تفاوت این سیستم با سیستمهای معمول در این است که علاوه بر کنترل کلیه تجهیزات الکتریکی بر اساس میزان مصرف نسبت به بازههای زمانی یا حضور و عدم حضور نفرات، میزان روشنایی محیط ، دیگر پارامترهای رویت شده یا اندازه گیری شده لازم برای کنترل مصرف و بهینه سازی مصرف انرژی را کنترل میکند.
این کنترل از طریق مانیتور، ریموت، تلفن، اینترنت و سایر سویچرها، تجهیزات صنعتی مانند درایوهای موتورهای بکار گرفته شده در تاسیسات گرمایشی و سرمایشی ساختمان صورت میگیرد که قادر است این المانها را تحت شبکه RS-485 کنترل کند.
این روش مزایایی نسبت به کنترل از طریقExternal Terminal دارا میباشد و همچنین تمامی این کنترلها از طریق مانیتور واحدی که همان مانیتور مربوط به سیستم مدیریت مصرف انرژی ساختمان است صورت میگیرد و می تواند همزمان در ارتباط با چند PLC قرار بگیرد. علاوه بر این هر 247 سیستم BEMS قادر به شبکه شدن تحت کنترل یک مدیریت شبکه می باشد که با این امکان و تمهیداتی که پیشبینی شده میتوان کنترل مناسبتری بر بار مصرفی توسط کاربران سیستم BEMS در مواقع پیک مصرف داشت.
-1 مقدمه
در این سیستم مدیریت مصرف حاملهای انرژی با نرمافزار بومی امکان اجرای هر خواستهای که مورد نیاز پروژه در راستای هوشمندسازی ساختمان با المانها و سنسورهای موجود وجود دارد و با توجه به این که تمامی نرمافزار نویسی مانیتور لمسی و همچنین پردازندههای - Plc - توسط برنامهنویس انجام میگردید محدودیتی در این زمینه نداریم .
در اینروش اجرای سیستم مدیریت مصرف حاملهای انرژی نیاز به یک سری زیرساخت تاسیساتی میباشد که بهترین زمان برای اجرای راحتتر و کم هزینهتر آن هنگام ساخت بنا است، که مصرف کنندههای نواحی مختلف دارای سرخطهای جداگانهایی هستند و کانالهای سیستم برودتی و یا لولههای آب گرم مربوط به سیستمهای گرمایشی در هر طبقه به صورت جداگانه اجرا میگردند تا بتوان حداکثر بهرهبرداری را از سیستم مدیریت مصرف در جهت کاهش مصرف حاملهای انرژی داشته باشیم .
در این روش بنا به خواست و نیاز کاربر میتوان کلیدهای محلی را از روی دیوارها برداشت که این امر از نظر هنر معماری و زیبایی شناختی پسندیدهتر است و کاربر در طول زمان بهرهبرداری از بنا نیازی به وجود کلید را احساس نمیکند و تمامی کلید زنیها در تابلوی اصلی برق مجموعه توسط رلههای قدرت صورت میگیرد.
با بهرهگیری از این سیستم مدیریت مصرف حامل انرژی، با وجود پردازندهی PLC میتوان چند سیستم اعلام و اطفا حریق، سیستم امنیتی، سیستم نشت دود و گاز و چند مورد دیگر را توسط یک سیستم جامع و مجهز به یک مانیتور رنگی تاچ کنترل کرد. نوع PLC از برند Delta ساخت کشور تایوان انتخاب شده و از - Human Machin Interface - hmiساخت
همین کمپانی برای ارتباط با کاربر استفاده میکنیم. PLC تحت شبکهی RS-485 با سرعت 7200bit/S با مانیتور و دیگر PLC ها در ارتباط میباشد که در این بین مانیتور نقش Master شبکه را داراست و توانایی دریافت اطلاعات را از هر یک از PLC های مورد نظر و ارسال آن به دیگری را دارد . این ارتباط توسط یک زوج سیم با هادی Cat6 به صورت پلکانی برقرار میگردد و نیازی به حلقه بسته کردن انتهای شبکه با ابتدای آن نیست.
در بستر ارتباط 485-RS به دلیل وجود 2 عدد سیم ارتباط نیمه دو طرفه است، یعنی یک تجهیز نمیتواند در آن واحد هم فرستندهی اطلاعاتی باشدوهم گیرنده، که البته با توجه به سرعت بالای انتقال اطلاعات مشکلی در این زمینه وجود نخواهد داشت.
-2 الگوریتم های اساسی سیستم به زبان : lader
پردازندهی اصلی با ولتاژ 24v مستقیم تغذیه میشود و تعداد 256 ورودی و 253 خروجی را پشتیبانی میکند. حتی اگر این تعداد کافی نباشد میتوان ایستگاه دیگری اضافه کرد و همین تعداد را مجددا بهرهمند شد. تعداد این ایستگاهها میتواند تا 247 عدد افزایش پیدا کند که با توجه به میزان مورد نیاز ورودی و خروجی در این سیستم میتوان گفت مشکلی از بابت تعداد سر خط قابل کنترل نداریم. در شکل 1 نمایی از الگوریتم نرمافزاری پردازندهی سیستم مدیریت مصرف انرژی، بخش مربوط به کنترل تجهیزات خنک کننده نشان داده شده است.
شکل -1 بخشی از نرم افزار پردازنده سیستم
پردازندهی این سیستم قابلیت دریافت و تحویل ورودی وخروجیهای دیجیتال و آنالوگ را دارد. بازهی آنالوگی آن 4-20 mA و 0-10 v بوده و برای ورودی وخروجی دیجیتال مانند یک سوئیچ عمل میکند. به علت ضعیف بودن تیغهها نمیتوان آنها را مستقیما زیر بار برد و به همین دلیل تیغههای پردازنده، رلههای توانمندتری را تغذیه کرده و آنها بار را تامین میکنند.
تابلوی برق این سیستم به گونهای است که فضای
50*40 cm در محل نصب فیوزهای مینیاتوری برای نصب پردازنده و رلهها اشغال میکند و از آن محل تا محل نصب مانیتور سیم زوجی Cat6 لازم است. هر یک از رلهها به صورت دستی قابل تحریک هستند تا در زمانهایی که کاربر سیستم مدیریت مصرف خود را غیر فعال میکند بتواند به روش سنتی، بار مصرف کنندهها را تامین کند.
از نقاط قوت این سیستم سناریوپذیر بودن آن است که کاربرمیتواند سناریوهای مختلفی را بر روی مانیتور یا ریموت خود تنظیم کند. این عمل تنها با لمس کلیدی شماتیک بر روی صفحه مانیتور و یا فشار کلیدی روی ریموت انجام شده و مجموعه دستوراتی که کاربر از قبل تنظیم کرده اجرا میشوند. به عنوان مثال، هنگام خروج از مجموعه تنها با اجرای سناریو خروج، سیستم تمامی روشناییها را خاموش میکند تجهیزات گرمایشی و یا خنک کننده را غیر فعال میکند و بنا به تنظیمات، شیرهای گاز و آب را قطع کرده و سیستم امنیتی را پس از مدت مشخصی فعال میکند. تجهیزات جانبی مثل پرده برقیها و قفل دربها نیز قابلیت تنظیم دارند و میتواند سناریو شبیهساز حضور را در ساعتهای خاصی از شبانه روز اجرا کند.
یکی از پارامترهای مورد نیاز در این سیستم وجود شبکهی خارجی بین تمامی BMS های نصب شده بر روی ساختمانها با یک مدیریت شبکه است که با وجود این ارتباط میتوان در ساعات اوج مصرف از طرف مدیریت شبکه به هر یک از مصرفکنندگان پیغامی ارسال کرد که بر روی مانیتور مصرف کننده ظاهر میشود.
پیام ارسالی به کاربری که بیش از حد مشخص شده، توسط مدیریت شبکه مصرف حامل انرژی دارد، دو امکان میدهد :
کاهش مصرف به صورت هوشمند و صدور فرمان خاموشی به مصرف کنندهها با توجه به جدول اولویتبندی که قبلا توسط کاربر تنظیم گشته است تا رسیدن به زیر حد مشخص جریان مصرفی .
ادامهی مصرف با تعرفهی بالاتر، که در صورت انتخاب این گزینه توسط کاربر بر روی مانیتور منزلش، مجموعهای که برق را درا ختیار کاربر قرار داده، میتواند تعرفهای بالاتر را در صورت حساب مصرف کننده محاسبه کند و این میزان سود خود را به بخشهایی مثل تولیدات پراکنده اختصاص دهد تا پس از چندسال، دارای شبکهای با ضریب اطمینان بالاتر و پایداری مناسبتر باشد .
البته برنامهی سیستم هوشمند تا حد امکان با جابجا کردن زمان روشن شدن تجهیزات و خارج کردن آن از پیک مصرف همواره در تلاش است میزان مصرف از حد مجاز تجاوز نکند. به عنوان مثال سیستمهای برودتی را به گونه ای کنترل میکند که یکساعت قبل از شروع زمان تخمین زده شده به عنوان زمان پیک مصرف، دمایی مطلوب را ایجاد کند که تا حد امکان از روشن شدن مجدد تجهیز در این زمان جلوگیری شود.
توسط برنامهای زمانی ماشینهای لباسشویی و ظرفشویی میتوانند پس از گذشت زمان اوج مصرف روشن شوند و یا در طول شب به طور هوشمند پس از کاهش جریان مصرفی و ثابت ماندن آن به مدت 1 ساعت روشن شود.
-3 الگوریتم های اساسی سیستم به زبان : FBD
از قابلیتهای این سیستم توانایی همکاری با انواع plc و همچنین انواع زبانهای برنامهنویسی است. به عنوان مثال بخش کنترل کنندهی هواسازها و سیستم خنککننده توسط plclogo تولیدیکمپانیSIEMENS به زبان FBD برنامه نویسی شده و ارائه گردیده است. در شکل 2 نمایی از الگوریتم نرمافزار در حال پردازش سیستم مدیریت مصرف انرژی به زبان FBD ، بخش مربوط به کنترل هواساز ها نشان داده شده است.
شکل -2 بخشی از نرم افزار پردازنده سیستم به زبان FBD
-4 توصیف روش های کنترل تجهیزات برودتی :
آمارها نشان میدهد که در فصول گرم عمده سهم مصرف برق مربوط به روشن شدن تأسیسات و تجهیزات خنک کننده میباشد - حدود . - % 40 استفاده از این تجهیزات، بالاخص کولرهای گازی روند رو به رشد را نشان میدهد. توسعه بکارگیری این لوازم در اغلب ساختمانهای کشور علاوه بر افزایش بیرویه مصرف انرژی در ماههای گرم سال باعث ایجاد پیک مصرف در شبکه برق کشور نیز میگردد وغالباً در این ماهها هزینههای برق مصرفی خانواده در مقایسه با سایر ماههای سال به چندین برابر افزایش مییابد که تنها عامل آن روشن شدن کولرها در منازل و ساختمانها به روشهای سنتی است. در این سیستم علاوه بر تعریف بازههای زمانی برای محدود کردن زمان در حال کار این تجهیزات، پارامترهایی همچون عدم حضور نفرات و یا دمای مناسب محیط به عنوان عوامل تاثیر گذار در الگوریتم پردازش مستقیماً ایفای نقش میکنند .
برنامه به گونهای طراحی گردیده که با دریافت دما از سنسورهای pt-100 با دقت دهم درجهی سانتیگراد توسط پردازنده و محاسبهی میانگین آن و سپس مقایسه عدد حاصل با بازههای تنظیمی توسط کاربر، فرامین صادر میگردند. با این روش حتی کولرهای آبی معمولی نیز بر اساس الگوریتمی جامع و بهینه عمل میکنند. همچنین امکان ایجاد محدودیتهایی خاص مانند عدم صدور فرمان روشن شدن به تجهیزات برودتی در صورت باز بودن پنجرهها و افزایش این قبیل پارامترها به متغیرهای الگوریتم پردازنده سیستم به منظور جلوگیری از اتلاف مستقیم انرژی برای کاربران وجود دارد .
در صورت مجهز بودن هواسازهای بزگ با دبی خروجی متوسط و بالا میتوان به منظور استفاده از تمام قابلیتهای درایو در بازههای فرکانسی متخلف و با دقتی بالاتر از ترمینالهای خروجی درایو آن را با پردازندهی سیستم تحت شبکه rs-485 و در محدودهی baud rate = 9600 و stop bit = 1 و data length = 7 کنترل نمود، در این صورت امکان گزارش سرعت موتور هواساز بر روی مانیتور سیستم به صورت پیوسته در هر لحظه وجود دارد .
