بخشی از مقاله
چکیده
اهمیت و گستردگی صنایع نیروگاهی در کشور و نقش حساس سیستمهاي کنترلی این صنایع از یکسو و قدمت و عمر طولانی بخش بزرگی از نیروگاههاي کشور از سوي دیگر، ما را براین داشت تا به منظور بهینه سازي سیستم کنترل نیروگاه بخار از منطق فازي استفاده کنیم. لذا این مقاله در قالب شش بخش ارائه شده است. در بخش مقدمه از اهمیت بهینه سازي سیستم هاي کنترل نیروگاهها گفته شده است و در قسمت دوم مختصري از عملکرد یک نیروگاه بخار ارائه شده و در قسمت سوم به روشهاي کنترل در نیروگاهها پرداخته شده است.
در بخش چهارم انواع سیستمهاي کنترل مرسوم فعلی شامل کنترلرهاي PID و روش هاي پیاده سازي آنها و مختصري از منطق فازي و سیستم هاي استنتاج فازي شرح داده شده است. در بخش پنجم با استفاده از جعبه ابزار نرم افزار متلب، یک سیستم کنترل با منطق فازي جهت کنترل مگاوات با توجه به محدودیت هاي موجود در سیستم و فرآیند طراحی شده است.
در بخش ششم کنترلر طراحی شده در قسمت شبیه سازي نرم افزار متلب مدلسازي شد و در نهایت بعداز اجراي مدل و مقایسه پاسخ هاي کنترلر PID و کنترلر فازي مشاهده شد که پاسخ کنترلر فازي فاقد فراجهش - Overshoot - و داراي زمان نشست - Settling Time - کوتاهتري میباشد. در نتیجه مگاوات خروجی پایدارتر و بدون نوسانات نامطلوب و به تبع فلوي بخار مصرفی و همچنین وضعیت احتراق بهینهتر و تولید آلایندهها در بویلر در حد مجاز خواهند بود.
.1 مقدمه
با توجه به استفاده وسیع از سیستمهاي کنترلی مرسوم - Proportional, Integrator, Derivative - PID در صنایع کشور، و وجود مشکلات فراوان از قبیل فراجهش و یا زمان نشست زیاد و . . . که اینگونه سیستم ها دارند، مدتی است که استفاده از سیستمهاي جدید فازي که داراي عملکرد مناسب تري هستند رایج شده است. در این مقاله سعی شده است که از سیستم کنترل فازي، در یک نیروگاه بخار، جهت کنترل مگاوات خروجی، طراحی و استفاده شود. در ابتدا توضیح مختصري در رابطه با عملکرد یک نیروگاه بخار ارائه میشود و سپس سیستم کنترل موجود معرفی و در بخش بعدي سیستم کنترل فازي طراحی شده را تشریح خواهیم کرد.
.2 عملکرد یک نیروگاه بخار
در »شکل «1 شماتیک یک نیروگاه بخار آورده شده است. در ابتدا با صرف انرژي حرارتی در بویلر و انتقال آن به آب، بخار تولید میشود این بخار که با فشار و دماي مناسب تولید شده از طریق شیرهاي کنترل - - Governor Valve و با توجه به نیاز وارد توربین میشود. بعداز اینکه انرژي بخار توسط توربین جذب شد، بخار وارد چگالنده - Condenser - میشود در چگالنده توسط آب خنک کننده که در برجهاي خنک کننده - Cooling Tower - ، خنک شده است، به آب تبدیل میشود. آب موجود در چگالنده توسط پمپ از تعدادي گرمکنهاي بخاري - Steam Heater - عبور و مرحله مرحله گرم و سپس وارد بویلر میشود و این سیکل بسته بصورت پیوسته گردش میکند. تمرکز سیستم کنترل طراحی شده در این مقاله بر روي شیرهاي کنترل بخار ورودي به توربین میباشد.
شکل :1 شماتیک یک نیروگاه بخار
.3 روش کنترل موجود
خروجی کنترل شونده در یک توربین، یا دور آن و یا کوپل مکانیکی آن میباشد. ورودي کنترل کننده، میزان دبی بخار ورودي با کیفیت ثابت - درجه حرارت، چگالی و... - میباشد اگر ژنراتور تقاضاي بار بیشتر بنماید - کوپل مقاومش زیادتر شود - توربین باید با زیاد کردن مقدار بخار ورودي، تقاضاي ژنراتور را جواب دهد. البته توربین نمیتواند هرگونه تقاضاي ژنراتور را جواب دهد بلکه تا آنجائی توانایی جواب به نیاز ژنراتور را دارد که بخار مورد نیاز را داشته باشد بنابراین در اینجا بویلر، محدودیتهایی را براي توربین از لحاظ تامین بخار مورد نیاز با کیفیت یکسان مینماید. در تمام توربینها، بخار ورودي باید درجه حرارت نسبتاً ثابتی در بارهاي مختلف داشته باشد ولی از لحاظ فشار بخار ورودي به توربین، توربینها را به دو دسته تقسیم می کنند.
.3.1 دسته اول :
توربینهایی که فشار بخار ورودي به آنها ثابت بوده و با تغییر دبی بخار ورودي توسط شیرهاي کنترل کوپل محور آنها تغییر میکند. به علت محدودیتی که بویلر در تولید بخار دارد سرعت تغییرات کنترل والو، حائز اهمیت زیادي استمثلاً. اگر سرعت تغییرات گاورنرها زیادتر از حد تعیین شده - با توجه به بویلر - باشد، بر اثر باز شدن گاورنرها، فشار ورودي به توربین کاهش پیدا می کند. - زیرا بویلر نتوانسته آنقدر بخار تولید کند که فشار را ثابت نگه دارد - .
بنابراین هر گونه تغییر در کوپل مقاوم، بطور اتوماتیک باعث تغییر وضعیت گاورنرها و سپس تغییر فشار بخار میشود که به هر جهت سیستم کنترل باید طوري طرح شود که فشار بخار را در بارهاي مختلف ثابت نگه دارد.
.3.2 دسته دوم:
توربینهایی هستند که فشار ورودي به آنها متغیر است این نوع توربینها داراي شیر کنترل بخار ورودي نیستند - بجز در مراحل اولیه بارگیري و در بارهاي کم - بلکه میزان بخار ورودي به توربین، توسط مقدار آب ورودي به بویلرکه - در حالت نرمال تماماً به بخار تبدیل می شود - تعیین میشود و فرمان تغییر بار مستقیماً بر روي تغییر دبی آب ورودي به بویلر اعمال میگردد.
این نوع توربینها بیشتر همراه با بویلرهاي بدون درام - بویلرهاي یک طرفه - بکار میروند و سرعت پاسخ آنها به بارهاي پایدار نسبتاً زیاد است
.4 سیستمهاي کنترل
یک سیستم کنترل سیستمی است که در آن بتوان با تغییرات مناسب ورودي، خروجی را به نحو مورد نظر تغییر یا تنظیم کرد.
.1.4 ساختار سیستمهاي کنترل
بطور کلی دو نوع ساختار سیستم کنترل وجود دارد:
.1.1.4 سیستمهاي کنترل مدار باز - Open Loop -
.2.1.4 سیستمهاي کنترل مدار بسته - Close Loop -
هنگامی که عمل کنترل سیستم ، بدون رابطه و اطلاع از خروجی باشد سیستم را مدار باز گویند.»شکل «2
شکل :2 بلوك دیاگرام یک سیستم کنترل مدار باز
در سیستم هاي مدار بسته میزان کمیت مورد نظر در خروجی فرایند توسط سنسور حس شده و وارد مقایسه کننده می شود و با مقدار مطلوب مقایسه شده و سیگنال حاصله - سیگنال خطا - به کنترلر اعمال و کنترلر بر اساس طرح فرایند - Process - ، سیگنالی در جهت از بین بردن خطا تهیه کرده و پس از تقویت در قسمت محرك بر روي فرایند اعمال می کند و این عمل آنقدر تکرار می شود تا سیگنال خطا به صفر نزدیک شود.»شکل «3
شکل :3 بلوك دیاگرام یک سیستم کنترل مدار بسته
.2.4 کنترلرها:
یکی از اجزا ء بسیار مهم سیستم هاي کنترل، کنترلرها هستند. کنترلر مغز متفکر یک پردازش صنعتی است و تمامی فرامینی راکه یک متخصص در نظر دارد اعمال کند تا پروسه، جریان استاندارد خود را در پیش گیرد و نهایتا پاسخ مطلوب حاصل شود از طریق کنترلر به سیستم فهمانده میشود. در واقع هرگاه پروسههاي صنعتی به تنهایی و بدون استفاده از کنترل کننده در حلقه کنترل قرار گیرند معمولا پاسخهاي مطلوبی را به لحاظ ویژگیهاي گذرا یا ماندگار نخواهند داشت. بنابراین انتخاب و برنامهریزي یک کنترلر مناسب از مهمترین مراحل یک پروسه صنعتی است. انتخاب کنترلر با توجه به درجه اهمیت پاسخ گذرا یا ماندگار و یا هردو و همچنین ملاحظات اقتصادي صورت میپذیرد.
