با توجه به نتایج بدست آمده از روش های فوق مشخص شده که نتایج پیش بینی حاصل شده از روش COA جهت پیش بینی مصرف دقیق تر و با خطای کمتری همراه است [۲۵] .
۳-۱۲-کاربرد منطق فازی در کاهش مصرف انرژی در کوره های صنعتی
(Dequan et.al , 2012 ) [۲۶] کاربرد منطق فازی در کاهش مصرف انرژی در کوره های صنعتی را مورد بررسی قرار داده است .با توجه به اینکه یکی از مصرف کننده های عمده انرژی در صنایع کوره های صنعتی هستند امروزه سعی می شود با تکیه برروش های فناوری اطلاعات مصرف انرژی در این نوع سیستم ها کاهش یابد.یکی از روش هایی که در سالهای اخیر مورد توجه قرار گرفته است منطق فازی می باشد.بر طبق نتایج حاصل از تحقیقات مشخص شده است که استفاده از منطق فازی جهت الگوریتم های کنترلی در مقایسه با روش های مرسوم مانندالگوریتم PID خطای کمتری را در بردارد و نوسانات مداوم درجه حرارت تا متعادل شدن سیستم را به نحو محسوسی کاهش می دهد.کم شدن نوسانات حرارتی کاهش مصرف انرژی را در پی دارد.در سالهای اخیر تحقیقاتی بر رو امکان محاسبه خودکار پارامتر های PID به وسیله منطق فازی صورت گرفته است در این روش که به سیستم FUZZY PID موسوم است از تلفیق مزیت های روش های PID و FUZZY سیستم کنترلی طراحی می شود که نسبت به هر دو روش دارای خطای کمتری است و همدمایی سریعتر حاصل می گردد [۲۶].
نتیجه تصویری درباره فناوری اطلاعات
۳-۱۳-کاربرد سیستم های SCADA در مدیریت سیستم های مرتبط با دما
۳-۱۳-۱ –کاربرد سیستم های SCADA در مدیریت سیستم های گرمایشی
(Wang,2009) [۲۷] تاثیر کاربرد سیستم های SCADA در کاهش مصرف انرژی در سیستم های گرمایشی و سرمایشی را مورد بررسی قرار داده است .فرایندهای حرارتی و گرمایشی سهم قابل توجهی از مصرف انرژی را به خود اختصاص می دهند.امروزه جهت گرمایش منازل مسکونی و سازمان ها از سیستم گرمایش مرکزی استفاده می شود.از چالش های انرژی سیستم گرمایش مرکزی تفاوت نیاز به انرژی گرمایی در مصرف کنند های مختلف می باشد.با به کار گیری سیستم های SCADA و متغیرهای موثر در مصرف انرژی برای هر مصرف کننده ثبت می گردد وبا توجه به متغیرهای مصرف فرایند های کنترلی بهینه سازی می گردد و تفاوت در میزان تولید انرژی گرمایشی و نیاز واقعی Demand انرژی به حداقل ممکن کاهش پیدا می کند.نتیجه این کار کاهش مصرف انرژی و افزایش راندمان سیستم می باشد [۲۷].
۳-۱۳-۲-پایش و ثبت دقیق دما بر حسب زمان
یکی از قابلیت های مهم سیستم های SCADA پایش و ثبت دقیق دما در قسمت های مختلف یک سازمان می باشد.با بررسی نمودارهای دما بر حسب زمان می توان به یک استراتژی مناسب برای کنترل دمای یک قسمت دست یافت .با بهره گرفتن از اطلاعات حاصل از پایش بلند مدت در بازه زمانی یک ساله می توان یک برنامه دقیق برای تنظیم سیستم حرارت و برودت مرکزی برای فصول مختلف سال تهیه نمود[۲۷] .
۳-۱۳-۳- امکان پیاده سازی روش های پیشرفته کنترل دما
Castan˜eda-Miranda et.al ,2006) ) [28 ] تاثیر کاربرد سیستم کنترل فازی به جای سیستم ON/OFF و تاثیر آن بر کاهش مصرف انرژی را مورد بررسی قرار داده است .سیستم کنترل دمای محیط در اکثر سازمان ها از نوع ترموستات می باشد این نوع سیستم ها با توجه به مقدار تنظیم شده دما از قبل دما را به روش خاموش –روشن ON-OFF کنترل می نمایند که روش مناسبی برای کنترل دما نمی باشد و باعث هدر رفتن انرژی می گردد.با بهره گرفتن از سیستم های کنترل SCADA می توان الگوریتم های کنترلی پیش رفته هوشمند مانندسیستم کنترل FUZZY را پیاده سازی نمود .تحقیقات نشان داده است که استفاده از سیستم کنترل FUZZY به جای سیستم های کنترل سنتی می تواند تا حد قابل توجهی مصرف انرژی را در سیستم تهویه مطبوع سازمان ها کاهش دهد(شکل۳-۷-) .

Control System Fuzzy Logic ON/OFF Control System
شکل۳-۷-نمودارمقایسه مصرف انرژی در یکی سیستم کنترل درجه حرارت ON/OFF و یک سیستم Fuzzy [28]
در شکل فوق مقدار انرژِی مصرفی یک سیستم کنترل تهویه مطبوع قبل و بعد از به کارگیری سیستم کنترل Fuzzy مشاهده می شود تحقیقات مشخص کرده است که با به کارگیری سیستم های کنترل فازی در سیستم تهویه مطبوع از نوسانهای شدید در میزان مصرف انرژی جلوگیری به عمل می آید و در نتیجه مصرف انرژی در سازمان کاهش پیدا می کند[۲۸ ] .
۳-۱۳-۴-امکان استفاده از تقویم زمانی برای کارکرد سیستم تهویه مطبوع
(Wang,2009) [۲۷] امکان استفاده از یک تقویم زمانی در سیستم های SCADA را مطرح نموده است با بهره گرفتن از سیستم های SCADA می توان یک تقویم زمانی برای سیستم تهویه مطبوع تعیین نمود. در بسیاری از مراکز قسمت هایی هستند که به صورت شبانه روزی فعالیت نمی کنند بنابراین عمل سرمایش و گرمایش در زمانی که فردی در آن محل وجود ندارد باعث هدر رفتن انرژی می گردد.بنا براین با توجه به ساعات کاری بخش های مختلف می توان یک برنامه زمانی برای کارکرد این مراکز مشخص نمود که پیاده سازی این برنامه می تواند به کاهش مصرف انرژی در این مراکز بینجامد[۲۷].
۳-۱۴- داده کاوی اطلاعات سیستم های SCADA جهت افزایش امنیت
(Hadžiosmanovi´c et.al ,2012) و جلوگیری از نفوذ در سیستم های SCADA را مورد بررسی قرار داده است .با توجه به اینکه در سیستم های SCADA با حجم گسترده ای از داده ها وجود دارد برای حصول بهترین نتیجه در کمترین زمان بایستی از روش های داده کاوی استفاده شود .بخصوص زم

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت 40y.ir مراجعه نمایید.
انی که با چالش امنیت در سیستم های SCADA مواجه هستیم عملیات داده کاوی می تواند در تشخیص سریع تهدید و جلوگیری از نفوذ در سیستم موثر باشد[۲۹ ].

۳-۱۵- استفاده ازمیکرو کنترولر جهت بهبود عملکردسیستمSCADA
(Nhivekar et.al ,2011) برای پیاده سازی روش های کنترل پیشرفته مانند الگوریتم فازی را مورد توجه قرار داده است .در فرایندهایی که دارای الگوریتم های محاسباتی FUZZY هستند می توان از میکروکنترولرها جهت طراحی سیستم های کنترلی که بتواند اهداف کنترل فرایند و بهینه سازی مصرف انرژی را فراهم کند استفاده کرد.دراین روش پایش نحوه عملکرد سیستم کنترل به وسیله نرم افزار SCADA از طریق ارتباط سریال در بستر RS 232 یا RS 485 با بهره گرفتن از پروتکل ModBus ویا ASCII انجام می گردد و مقادیر پارامترهای از پیش تعیین شده را به نرم افزار انتقال می یابد .در این روش با توجه به محدوده توانایی میکروکنترلر ممکن است از سیستم های پایش دیگر مانند Data Logger ها و یا انواع مدول های دیجیتال و آنالوگ جهت انتقال اطلاعات به نرم افزار SCADA استفاده شود .با پیشرفت صنعت الکترونیک در سالهای اخیر امکان طراحی سیستم بر مبنای پروتکل TCP/IP هم فراهم شده است[۳۰ ] .
۳-۱۶ -استفاده از قابلیت های نرم افزار SCADA در فرایند کنترل
همراه با گسترش سیستم های کنترل بر مبنای PC در سالهای اخیر به همان ترتیب قابلیت های نرم افزار های SCADA نیز افزایش یافته است که می توان به موارد زیر اشاره کرد :

قابلیت استفاده از Strategy Controller: یکی از ابزارهای کاربردی برنامه نویسی در نرم افزار های SCADA می باشد با بهره گرفتن از آن می توان الگوریتم های کنترلی را که دارای سطح پیچیدگی زیادی نیستند را پیاده سازی نمود.در این روش اطلاعات محیطی به نرم افزار منتقل می شود و بعد از انجام فرایند محاسباتی فرمان متناسب به سیستم کنترل ارسال می گردد (SpecView,2012) [31].

قابلیت استفاده از ActiveX Control :با بهره گرفتن از این قابلیت امکان استفاده از برنامه های کاربردی از قبل نوشته شده در نرم افزار های SCADA به عنوان یک شی Object فراهم می گردد.یک شی ActiveX control دارای سه بخش ورودی Input-روش ها یا Methods وخروجی ها Outputs می یاشد .در قسمت روش ها نحوه ارتباط ورودی و خروجی های سیستم مشخص می شود که می تواند شامل یک فرایند کنترلی ساده و یا یک الگوریتم پییچیده محاسباتی بر مبنای منطق فازی باشد[۳۱] .

۳-۱۷-امکان استفاده از OPC در نرم افزار SCADA
(Daneels,1999) [32] امکان استفاده از OPC در سیستم های SCADA را بررسی نموده است .OPC مخفف OLE for Process Control یک درگاه ارتباطی استاندارد را برای دسترسی به اطلاعات سیستم های کنترلی می باشد که از طریق آن نرم افزار SCADA می تواند با سیستم های کنترلی متنوع که می تواند شامل PLC ها و یا نرم افزارهای محاسباتی و مدلسازی مانند MATLAB ارتباط برقرار نماید.با بهره گرفتن از پروتکل OPC امکان تبادل اطلاعات و استفاده از قابلیت نرم افزارهایی که امکان شبیه سازی بر اساس منطق فازی و شبکه های عصبی را دارند فراهم می گردد[۳۲] .
۳-۱۸-استفاده از سیستم های SCADA بر مبنای وب
(Hosny & Mohamed ,2010 ) .
با بهره گرفتن از فناوری های ذکر شده امکان دسترسی از طریق اینترنت به سیستم SCADA میسر می شود.
دسترسی به سیستم SCADA از طریق اینترنت مزایای زیر را در بر دارد :

هزینه اجرائی سیستم SCADA کاهش می یابد.

دسترسی به اطلاعات سیستم با سهولت بیشتری انجام می گیرد.

امکان ارتباط کاربران به صورت سیار از طریق تلفن همراه به سیستم SCADA فراهم می گردد (Ozdemir&Karacor,2006) [22].

۳-۱۹-استفاده از روش های مدل سازی نرم افزاری در مدیریت انرژی
(Clarke et.al,2002 ) [34] استفاده از روش های مدلسازی نرم افزاری در مدیریت انرژی دز ساختمان را مورد بررسی قرار داده است .با توجه به لزوم داشتن دانش فنی در سطح بالا جهت برنامه ریزی سیستم های مدیریت مصرف انرژی بر اساس منطق فازی و یا شبکه های عصبی در سال های اخیر استفاده از نرم افزارهای مدل سازی توسعه زیادی پیدا کرده است .بخصوص در سیستم های مدیریت ساختمان BEMS استفاده از این نوع نرم افزار ها رواج یافته است که از بین آنها می توان به نرم افزار ESP-r اشاره کرد.فرایند مدلسازی در این روش بر اساس به کار گیری همزمان نرم افزار های SCADA و نرم افزار مدل سازی انجام می گردد.در این روش ابتدا اطلاعات پایش شده از محیط از طریق نرم افزار SCADA با بهره گرفتن از پروتکل های استاندارد به نرم افزار مدل سازی انتقال می یابد و پس از انجام مدل سازی خروجی جهت اعمال در فرایند به نرم افزار SCADA انتقال می یابد .در این نوع نرم افزار های مدلسازی اساس فرایند مدل سازی بر اساس رویدادهایی است که در طول زمان تکرار می شوند .مانند روند تغییر دمای محیط در طول چهار فصل یک سال که فرایندی تکرار شونده است و بنابراین سیستم کنترل می تواند بر اساس اطلاعات موجود در پایگاه داده وضعیت مورد نیاز سیستم را در روزهای آینده پیش بینی نماید[۳۴].
۳-۲۰-جمع بندی تحقیقات گذشته
با توجه به تحقیقات گذشته در مورد کاربرد سیستم های SCADA در بهینه سازی مصرف انرژی می توان رئوس کلی این تحقیقات را به شرح زیر تقسیم بندی نمود :

در بسیار ی از تحقیقات بر ثبت و پایش دقیق پارامترهای مرتبط با مصرف انرژی تاکید شده است[۲۹،۲۷،۱۹،۱۸،۱۶،۳] .

لزوم کنترل اوج بار مصرفی Demand در تعداد زیادی از تحقیقا ت پیشین مورد توجه قرار گرفته است و به عنوان یکی از نکات کلیدی در مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی مورد توجه قر ار گرفته است[۲۷،۱۶،۱۸،۲۱] .

امکان پیش بینی اوج بار مصرفی Demend هم در بسیاری از تحقیقات گذشته مورد بررسی قرار گرفته و بسیاری از محققین سعی نموده اند با بهره گیری از روش های نوین مانند الگوریتم فازی و هوش مصنوعی مقدار مصرف انرژی را پیش بینی نمایند [۲۴،۲۵].

استفاده از فناوری های نوین در کنترل تجهیزات در بسیاری از تحقیقات انجام شده مورد تاکید قرار گرفته است و محققین در گذشته سعی نموده اند با بهره گیری از سیستم های جدیدو روش های مدلسازی و پیاده سازی الگوریتم های کنترلی پیشرفته مانند الگوریتم PID وFuzzy و شبکه هایی عصبی و به کارگیری میکروکنترولرها در کنار سیستم های SCADA ضمن بهبود عملکرد فرایند . کاهش خطا میزان مصرف انرژی و اوج بار مصرفی را تا حد امکان کاهش دهند[۳۴،۳۰،۲۸،۲۶].

استفاده از شبکه های حسگر بی سیم و زیرساخت تلفن همراه در جهت توسعه سیستم های SCADA توسط تعدادی از محققین بیان شده است [۲۳،۲۲].

دربعضی از تحقیقات انجام شده بر استفاده از سیستم های SCADA جهت مدیریت تجهیزات و کاهش استهلاک و افزایش راندمان تاکید شده است [۲۳،۲۱،۱۸،۱۷،۱۶].

در بعضی تحقیقات انجام شده استفاده از قابلیت های نرم افزاری و لزوم پیاده سازی سیستم های SCADA در بستر وب مورد تاکید قرار گرفته است[۳۳،۳۲،۳۱،۲۱].

لزوم اجرای یک برنامه زمانبندی جهت کارکرد تجهیزات در جهت کاهش مصرف انرژی در بعضی تحقیقات پیشین مورد تاکید قرار گرفته است[۲۰،۱۸،۱۶].

در برخی تحقیقات انجام شده بر لزوم داده کاوی متغیرهای مرتبط با مصرف انرژی در جهت افزایش امنیت در سیستم های SCADA تاکید شده است[۲۳،۲۲].

در تحقیقات گذشته بر اهمیت محاسبه نرخ بازگشت سرمایه در پروژه های مدیریت مصرف انرژی تاکید شده است[۱۷] .

۳-۲۱-نتیجه گیری فصل
با توجه به بررسی تحقیقات پیشین در جهت اجرای فرایند آزمایشی این تحقیق درزمینه مدیریت و سازی و بهینه سازی مصرف انرژی در کوره های الکتریکی روش ها زیر به عنوان مبنای طراحی سیستم در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفت .

با توجه به تاکید اکثر محققان بر لزوم کاهش اوج بار مصرفی در سیستم ها به منظور کاهش مصرف انرژی این موضوع به عنوان یکی از راهبرد های اصلی پیاده سازی فرایند آزمایشی انتخاب گردید .در روش پیاده سازی که درفصل بعدی به آن می پردازیم کاهش اوج بار مصرفی در تمامی مراحل به عنوان یک هدف اصلی در نظرگرفته شده است و فرایند به طور مستمر با توجه به این هدف اصلاح شده است.

با توجه به تاکید محققان بر استفاده از تجهیزات و روش های کنترلی نوین در جهت کاهش مصرف انرژی در این تحقیق جهت کنترل فرایند گرمایش کوره های الکتریکی از الگوریتم PID و سیستم کنترل توان SCR بر پایه تکنولوژی میکروکنترولردر راستای نیل به اهداف مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی استفاده شده است .

با توجه به تاکیدبسیاری از محققین بر لزوم پایش دقیق پارامترهای مرتبط با مصرف انرژی این روش به عنوان یکی از اصول اصلی مورد توجه قرار گرفته و کلیه پارامترهای مورد نیاز در بازه زمانی ۱ ثانیه ثبت شده و نمودار آنها رسم شده و در روند پیاده سازی این تحقیق مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته اند.

با توجه به تحقیقات پیشین در مورد پیش بینی اوج بار مصرفی و تاثیر آن بر بهینه سازی و کاهش مصرف انرژی در فرایندهای آزمایشی انجام شده عمل پیش بینی به عنوان یکی از اصول طراحی سیستم لحاظ شده است .

ضرورت بهبود راندمان سیستم و کاهش استهلاک به عنوان یکی اصول طراحی سیستم مورد توجه قرار گرفته است .

در بعضی تحقیقات پیشین اثر مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی بر بهبود عملکرد فرایند و کاهش خطا در کنترل سیستم مورد توجه قرار گرفته است که در این تحقیق به طور جامع مورد بررسی قرار می گیرد.
در فصل چهارم روش پیاده سازی یک سیستم مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی بر پایه سیستم های SCADA مورد بررسی قرار می گیرد.

۴-روش پیشنهادی ، آزمایشها و نتایج
۴-۱- مقدمه
با توجه به اینکه سیستم های حرارتی و کوره های صنعتی الکتریکی کاربرد زیادی در صنایع ایران دارند و در این بخش با توجه به تحقیقات انجام شده روش طراحی یک مدل کاربردی مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی در کوره های صنعتی الکتریکی با بهره گرفتن از سیستم های SCADA ارائه می گردد.با توجه به قابلیت های نرم افزار اسکادای SpecView جهت طراحی یک سیستم مدیریت مصرف انرژی این نرم افزار مورد استفاده قرار گرفته است . بعد از طراحی یک برنامه کاربردی هرروش کنترلی در یک فرایند با مقیاس آزمایشگاهی اعمال می گردد و اطلاعات بدست آمده در هرروش مورد پایش دقیق قرار می گیرد نتایج بدست آمده از هر روش به همراه نمودارهای مربوط به هر روش مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد .
همانطور که در فصل های قبلی به آن اشاره شد اولین مرحله در مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی شناسایی فرصت ها می باشد .در طراحی یک سیستم کاربردی اولین مرحله بعد از راه اندازی سیستم پایش دقیق متغیر ها می باشد .در ادامه به تشریح فرایند و متغیر های موثر در آن می پردازیم .
۴-۲-اهداف مدیریت مصرف انرژی در کوره های الکتریکی
اولین قدم در مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی تعیین اهداف می باشد.با توجه به پیشینه پژوهشی که در فصل قبل مورد بررسی قرار گرفت در این پژوهش هدف از مدیریت انرژی در کوره های الکتریکی کاهش مصرف انرژی و کاهش اوج بار مصرفی می باشد.