بخشی از مقاله
چکیده
نقش حساس و با اهمیت سیستمهاي کنترلی در نیروگاههاي کشور ما را براین داشت تا به منظور بهینه سازي یکی از سیستمهاي کنترل موجود در یک نیروگاه بخار، از منطق فازي استفاده کنیم. لذا این مقاله در قالب شش بخش ارائه شده است.
در بخش اول و دوم از اهمیت بهینه سازي سیستم هاي کنترل نیروگاهها در مسئله احتراق گفته شده است و در قسمت سوم مختصري از عملکرد کنترل کننده موجود - PID - آورده شده و در قسمت چهارم مختصري از منطق فازي و کنترلر کننده فازي و عوامل موثر در عملکرد کنترل کننده و توابع عضویت و قوانین فازي کنترل کننده شرح داده شده است. و با استفاده از جعبه ابزار نرم افزار متلب، یک سیستم کنترل با منطق فازي جهت کنترل دماي سوخت با توجه به شرایط سیستم و فرآیند طراحی شده است.
در بخش پنجم مدل طراحی شده در نرم افزار متلب شبیهسازي شد و در نهایت در قسمت ششم بعد از 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 دماي سوخت خروجی از هیتر پایدارتر و بدون نوسانات نامطلوب خواهد بود. بنابراین استفاده از کنترلر فازي میتواند در پایداري سیستم، احتراق بهینه، افزایش راندمان، صرفه جوئی انرژي و همچنین کاهش آلایندههاي خروجی از محفظه احتراق و بطور کلی مسائل مربوط به سوخت و احتراق بسیار موثر باشد.
.1 مقدمه
نیروگاهها از جمله صنایعی هستند که بطور گسترده مورد استفاده قرار میگیرند و با توجه به افزایش آلودگی محیط زیست و مصرف سوختهاي فسیلی مایع در نیروگاهها لازم است که تبدیل انرژي حرارتی در شرایط بهینه انجام شود. تولید انرژي حرارتی در نیروگاهها، در دیگهاي بخار - Steam Boiler - انجام می شود که جهت انجام این فرآیند نیاز به سوخت و هوا میباشد. مقدار هواي مورد نیاز با توجه به واکنشهاي شیمیائی و شرایط دیگ بخار مشخص میشود. و همچنین سوخت مصرفی نیز باید داراي شرایط مناسب احتراق باشد تا احتراق بالاترین راندمان را داشته باشد.
.2 احتراق
احتراق، تبدیل مواد اولیه - Substance - به محصولات احتراق بوسیله اکسید کننده ها است که یک واکنش شیمیائی است. این فرآیندگرمازا است - Exothermic - که از گرماي حاصله میتوان در دیگر فرآیندها استفاده کرد. - - 1
- 1 - انرژي + محصولات احتراق Fuel + Oxidizer
سوخت و هوا را بعنوان واکنش دهنده ها وCO2 ، H2O و . . . را بعنوان محصولات احتراق می شناسیم. موادي که با اکسیژن ترکیب می شوند و قابلیت سوختن دارند کربن، هیدروژن و گوگرد هستند و باعث تولید محصولات احتراق مثل CO2 ، H2O و SO2 میشوند.
میزان انرژي تولیدي توسط مواد فوق به شرح زیر است:
kcals/kg. of carbon 8084 + CO2 C + O2
kcals/kg. of carbon + 2430 2CO 2C + O2
kcals/kg. of carbon 28922 2H2O + 2H + O2
kcals/kg. of carbon 2224 + SO2 S + O2
با توجه به حرارت تولیدي ، رقابت در تولید CO2 و H2O می باشد. یعنی اگر هدف تولید انرژي حرارتی باشد باید به دنبال تولید H2o - 4 - و CO2 - 2 - بود. و همچنین بهتر است CO - 3 - کمتري نسبت به CO2 تولید شود چون با تولید CO2 انرژي حرارتی بیشتري تولید می شود.[1]
در حال حاضر غالب سوخت مصرفی نیروگاههاي بخار، مازوت میباشد و با توجه به ویسکوزیته - Viscosity - بالاي مازوت، لازم است که این سوخت جهت ایجاد احتراق بهینه و تولید انرژي حرارتی بیشتر، تا درجه حرارت مشخصی گرم شود. گرم کردن هر سوخت با توجه به مشخصات و منحنی مربوط به آن انجام میشود. جهت گرم کردن سوخت از هیتر یا گرمکنهاي بخاري - Steam Heater - استفاده می کنند و با نمونهگیري از مازوت خروجی از هیتر، مقدار بخار ورودي به هیتر را تنظیم میکنند.
3. کنترل کننده دماي سوخت
کنترل کننده مورد استفاده در اینگونه هیترها از نوع PID میباشد - تناسبی،انتگرال گیر، مشتق گیر - - Proportional, Integrator, Derivative - در این نوع، حلقه هاي کنترلی بسته، توسط مدلی ریاضی به نام PID در کنترلرها پیاده سازي می شوند.
شکل :1 بلوك دیاگرام یک کنترلر PID
P، I، D سه پارامتر اصلی براي اجراي کنترل در این حلقه ها هستند که بسته به شرایط فرآیند - Process - توسط کاربر تنظیم می شوند.»شکل«1 ضرایب موجود در یک کنترلر PID را نشان می دهد.
4. منطق فازي
در سالهاي اخیر کاربردهاي منطق فازي به شدت در حال گسترش میباشد. محدوده این کاربردها از محصولات مصرفی نظیر دوربینها، ماشین لباسشویی و مایکروویوها تا کنترل فرایندهاي صنعتی، ساخت ابزار آلات پزشکی، سیستمهاي تصمیمگیري و غیره میباشد.
منطق فازي در سال 1965 توسط لطفی علی عسگرزاده پروفسور علوم کامپیوتر دانشگاه برکلی کالیفرنیا ارائه شد. به صورت مفهومی منطق فازي، چند ارزشی است و اجازه میدهد که ارزشهایی را بین دو ارزشهایی مثل : درست/ نادرست، بله/ خیر یا بالا/ پائین و.... تعریف کرد. میتوان مفاهیمی چون خیلینسبتاً، تقرباًی و... را که پایه هاي اندیشه و استدلالهاي معمولی انسان میباشند، به صورت ریاضی درآورد تا بوسیله کامپیوتر قابل فهم باشند و از این طریق بتوان برنامههاي کامپیوتري که به منطق و تفکر انسان نزدیکترند را بوجود آورد.
بدلیل وجود فراجهش - Overshoot - و زمان نشست زیاد - Settling Time - در کنترلرهاي PID، تصمیم گرفته شد که جهت حذف مشکلات این گونه کنترل کنندهها از منطق فازي استفاده شود.
1.4 کنترلر فازي
این کنترلر تشکیل شده است از چند ورودي موثر در فرآیند سیستم و یک سیگنال خروجی که به شیر کنترلی - Control Valve - بخار ورودي به هیتر اعمال میشود. بلوك دیاگرام این کنترلر در »شکل «2 نشان داده شده است.
شکل :2 بلوك دیاگرام کنترلر فازي
جهت سرعت بخشیدن به پاسخ کنترلر - کنترل دماي سوخت خروجی از هیتر - به نیاز سیستم از سیگنال دماي سوخت ورودي و سیگنال فلوي سوخت و سیگنال فشار بخار استفاده شده است.
4.2. تاثیر وروديها
4.2.1. دماي سوختخروجیاز هیتر: - Fuel temperature output - در صورتیکه دماي سوخت خروجی از هیتر کاهش یابد، شیر بخار بیشتر باز میشود تا بخار بیشتري وارد هیتر شده و دماي مازوت به مقدار مطلوب - Set point - برسد و همچنین اگر دماي سوخت افزایش یابد درصد شیر کنترل بخار کاهش مییابد. »شکل « 3 اگر تنها از همین یک ورودي استفاده شود، کنترل مطلوبی روي سوخت نخواهیم داشت چراکه سوختی که از هیتر خارج میشود و دماي آن اندازهگیري میشود، جهت احتراق وارد مسیر تغذیه مشعلها شده است و سیستم، دیگر هیچ کنترل دمائی روي آن ندارد
