بخشی از مقاله
چکیده -
SCADA در اصطلاح نوعی تکنولوژی است که برای کاربران امکان جمعآوری اطلاعات از تاسیسات دوردست و ارسال دستور العملهای کنترلی را فراهم میکند. در این نوع سیستم، کاربر در اتاق کنترل یک سیستم توزیع شده - - DCS، تمام اطلاعات ادوات تحتنظر را جمع آوری کرده و با توجه به شرایط موجود فرامین کنترلی را اجرا میکند.
کمیت فشار یکی از کمیتهای پرکاربرد در فرآیندهای صنعتی بخصوص در فرآیندهای صنعت نفت، گاز و پتروشیمی می باشد. در این مقاله طراحی کنترل کننده کمیت فشار بر اساس منطق فازی و با استفاده از دادههای SCADA پیشنهاد شده است. نتایج شبیهسازی روی فشار مخزن مورد مطالعه، نشان دهنده دقت و سرعت مناسب کنترلر در ردیابی ورودی مرجع میباشد.
-1 مقدمه
منطق فازی یک روش بررسی حل مشکل قدرتمند با تعداد زیادی از کاربردها در فرآیند کنترل و اطلاعات است. اولین کنترل کننده های فازی در دستگاه های صنعتی دینامیک به کار برده شدند.[1] استفاده از کنترل کننده های فازی به طور قابل توجهی روش مسائل کنترل اتوماتیک را تغییر می دهد .
یک کنترل کننده ی کلاسیک، پارامترهای کنترل سیستم را بر اساس مجموعه ای از معادلات تفاضلی تنظیم می کند که مدلی از دینامیک های فرآیند است. در یک کنترل کننده ی فازی ، این تنظیمات توسط سیستم استنتاج فازی بر اساس تعدادی قاعده بیان می شوند که یک مدل منطقی از دانش فرد خبره در مورد فرآیند است. این تغییر در تمرکز از فرآبند به اپراتور انسانی چندین مزیت را ایجاد می کند :
- طرح یک کنترل کننده ی فازی به مدل دقیقی از یک سیستم نیاز ندارد.
- یک کنترل کننده ی فازی معمولاً نتایج بهتری را نسبت به نتایج کنترل کننده های کلاسیک بر حسب زمان واکنش ، زمان تنظیم و مخصوصاً در عملکرد نشان می دهد.
- یک کنترل کننده ی فازی می تواند بر اساس اطلاعات زبانی طرح شود یا می تواند توسط خود فرد خبره پروسه طرح شود.
PLCها به طور متداول در ساخت و کاربردهای پروسه ی صنعتی مورد استفاده قرار گرفته اند.[3] مزایای اصلی PLC سادگی ، انعطاف پذیری ، اعتبار و پیکربندی ساده ی سیستم و هزینه ی پائین تعمیر و نگهداری هستند. بنابراین ، سیستم کنترل پروسه بر اساس PLC ، عملیات و مهندسی ساده را قادر می سازد.
در بسیاری از پروسه های صنعتی ، کنترل فشار مخزن سیالات مورد نیاز است. چندین تحقیق اجرا شده در سال های اخیر مشکل کنترل فشار مخزن سیالات را مورد بررسی قرار داده-اند.[4] یک روش جدید برای توسعهی طرح اصولی کنترل کنندهی میانگین از سیستم های تک تانکی تا چند تانکی در [5] معرفی شد. چندین طرح کنترل مد لغزشی برای سیستم تانک های جفت در[6] پیشنهاد شدند.
کنترل کاهش نسبی برای کنترل فشار مخزن سیال در[7] بررسی می شود. کنترل غیر خطی دستگاه تفکیک گاز - مایع در [8] ارائه می شود. یک روش طرح سیستم برای اجرای یک کنترل کننده ی فازی با استفاده از یک سیستم صنعتی بر اساس PLC برای یک خشک کننده ی بخار صنعتی یا مقیاس منطقی فازی با استفاده از یک نرم افزار پشتیبان فازی در [3] پیشنهاد شده است.
در این مقاله الگوریتمی جهت کنترل فشار مخزن تانک بر اساس منطق فازی و با استفاده از سیستم SCADA جهت کنترل و نظارت عملیات پروسه پیشنهاد شده است. این الگوریتم جهت اعمال روی پروسه از PLC بهره برده است. شبیه سازی کنترلر روی مدل مخزن با استفاده از GUI در MATLAB انجام شده است.
فصل بندی مقاله بدین صورت است که در بخش 2 مدل سیستم به همراه کنترل کننده فازی پیشنهادی بیان شده است. در بخش 3 ساختار GUI برای مدل سازی و طراحی کنترل کننده معرفی شده و نتایج شبیه سازیها نشان داده شدهاند. بخش 4 نتیجه-گیری و پیشنهادات است.
-2 مدل سیستم
سیستم استفاده شده در این مقاله در شکل 1 نشان داده شده است. در این سیستم ، سیال از طریق یک پمپ از یک تانک ذخیره ، پمپاژ میشود. و نرخ جریان سیال با یک محرک - Actuator - تنظیم شده است. فشار سیال توسط یک منتقلکننده - Transmitter - فشار نصب شده در پایه ی تانک اندازه گیری می شود. مدل سیستم توسط معادله ی تفاضلی ارائه شود.بطوریکه u - t - جریان ورودی - سیگنال کنترل - است که می تواند مثبت یا منفی باشد ؛ h - t - سطح مایع - سیگنال خروجی جهت محاسبه در فرمول - - 2 - است ؛ A - h - t - - ناحیه ی سطح متقاطع تانک است ؛ g=9.8m/s ثقل است ؛ و c ناحیه ی سطح متقاطع شناخته شده ی لوله ی خروجی است. برای محاسبه فشار مخزن از رابطه - 2 - استفاده شده است
شکل .1 طرح سیستم کنترل فشار مخزن سیال
شکل .2 بلوک دیاگرام مخزن تانک
شکل .3 کنترل کننده ی فازی نوع Mamdani
پارامترهای فازی توابع عضویت با استفاده از برنامهی MATLAB تعیین شده اند. توابع عضویت ساخته شده به شکل مثلثی در الگوریتم فازی نوع Mamdani مورد استفاده قرار گرفته اند.
این کنترل کننده ی فازی دارای دو متغیر ورودی است ؛ e - t - خطای خروجی پروسه و ورودی مرجع است و de تغییرات e - t - است. تابع عضویت خروجی مثلثی است که دارای نه قاعده ی فازی است.
جهت کنترل این فرایند یک مکانیزم کنترل فازی مبتنی بر جدول داده ها در نظر گرفته شده است که ورودی این سیستم فازی خطا و مشتق خطا بوده و خروجی این سیستم فازی تغییرات ورودی سیستم یعنی - - است برای خطا و مشتق آن سه تابع تعلق در نظر گرفته شده است ،توابع تعلق به فرم منفی Neg،خوب Zeroو مثبت Pos در نظر گرفته شده است برای خروجی سیستم فازی پنج تابع تعلق فرض گردیده است به فرم های تغییر زیاد مثبت PB ، تغییر مثبت PS ،خوب Z ،تغییر NS منفی و تغییر زیاد منفی NB که اعداد مربوط به توابع تعلق در برنامه آورده شده است قوانین در نظر گرفته شده برای سیستم فازی به فرم زیر می باشد .
.1 اگر خطا منفی باشد و مشتق آن هم منفی باشد آنگاه تغییر ورودی زیاد منفی است.
2. اگر خطا منفی باشد و مشتق آن خوب باشد آنگاه تغییر ورودی منفی است
3. اگر خطا منفی باشد و مشتق آن مثبت باشد آنگاه تغییر ورودی خوب است.
4. اگر خطا خوب باشد و مشتق آن منفی باشد آنگاه تغییر ورودی منفی است
5. اگر خطا خوب باشد و مشتق آن خوب باشد آنگاه تغییر ورودی خوب است .
6. اگر خطا خوب باشدو مشتق آن مثبت باشد آنگاه تغییر ورودی مثبت است
7. اگر خطا مثبت باشد و مشتق آن منفی باشد آنگاه تغییر ورودی خوب است
8. اگر خطا مثبت باشد و مشتق آن خوب باشد آنگاه تغییر ورودی مثبت است
9. اگر خطا مثبت باشد و مشتق آن مثبت باشد آنگاه تغییر ورودی زیاد مثبت است.
