پایان نامه : بررسی کاربرد فناوری اطلاعات در مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی مطالعه موردی :سیستم های SCADA |
 |
با توجه به افزایش قیمت حامل های انرژی در سالهای اخیر و مشکلات زیست محیطی که در اثر مصرف کنترل نشده این حامل ها ایجاد شده است امروزه بهینه سازی و مدیریت مصرف انرژی با هدف کاهش مصرف در کشورهای جهان جایگاه ویژه ای یافته است. مهمترین مرحله در مدیریت مصرف انرژی فرایند ممیزی می باشد که به معنی بررسی دقیق اطلاعات محیطی و شناسایی عواملی است که کنترل آنها در کاهش مصرف انرژی موثر می باشد. در سالهای اخیر با پیشرفت های چشمگیر در علم فناوری اطلاعات امکان پایش و ثبت مداوم پارامترهای محیطی که در مصرف انرژی موثر هستند فراهم شده است و سیستم های SCADA[1] به عنوان بخشی از زیرساخت این فناوری در راستای پایش وکنترل داده های محیطی توسعه یافته اند. با به کارگیری سیستم های SCADA امکان یک ممیزی دقیق از مصرف انرژی فراهم می گردد همچنین با اعمال فرایندهای کنترلی با بهره گرفتن از سیستم های SCADA امکان کاهش مصرف انرژی میسر می گردد که با دستیابی به این هدف ضمن کاهش هزینه ها ، بهره وری افزایش پیدا می کند .دررساله حاضر روش های کاربردی سیستم های SCADA در مدیریت و کاهش مصرف انرژی با توجه به تحقیقات پیشین مورد بررسی قرار می گیرد و در ادامه به عنوان یک مطالعه کاربردی ، روش استفاده از سیستم های نرم افزاری SCADA در مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی در کوره های الکتریکی که کاربرد زیادی در صنایع ایران دارند پیاده سازی می گردد ودر انتها ضمن تحلیل نتایج حاصل از اجرای این روش کاربردی پیشنهاداتی در مورد بهبود عملکرد روش ها در تحقیقات آینده ارائه خواهد گردید .
کلمات کلیدی : سیستم های SCADA ، مصرف انرژی ، مدیریت انرژی ، بهینه سازی
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه …………………………………………………………………………………………………………….. 1
1-1-پیشگفتار 1
1-1-1-عوامل اقتصادی مدیریت مصرف انرژی 1
1-1-2-تعریف مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی 2
1-3-نقش فناوری اطلاعات در بهینه سازی و مدیریت مصرف انرژی 3
1-4-تعریف سیستم های SCADA 4
1-5-سیستم های SCADA و مدیریت مصرف انرژی 5
1-6-ضرورت انجام تحقیق 5
1-7-اهداف تحقیق 6
1-8-مروری بر فصل های پایان نامه 7
فصل دوم :مبانی نظری تحقیق……………………………………………………………8
2-1-مقدمه 8
2-2-تاریخچه مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی 8
2-2-1-دوره اول :صرفه جویی 1981-1973 9
2-2-2-دوره دوم :مدیریت انرژی 1993-1981 9
2-2-3-دوره سوم:خرید انرژی به بهای کمتر 2000-1993 10
2-2-4-دوره چهارم :توجه به مسائل زیست محیطی 2010-2000 11
2-2-5-دوره پنجم :فناوری پاک 2020-2010 11
2-3-مراحل مدیریت مصرف انرژی 12
2-3-1-مرحله اول: :شناسایی فرصت ها 12
2 -3-2-مرحله دوم :اولویت بندی فعالیت ها 13
2-3-3-مرحله سوم :به انجام رساندن فرایندها به طور موفقیت آمیز 13
2-3-4-مرحله چهارم :مرحله بازبینی و اصلاح مستمر 13
2-4-کاربرد فناوری اطلاعات در مدیریت مصرف انرژی 14
2-4-1-نقش اینترنت و تجارت الکترونیک در مدیریت مصرف انرژی 14
2-4-2-مدیریت و برآورد نیاز به مصرف انرژی 15
2-4-3-روش های کنترل شبکه ای 16
2-4-3-1-سیستم های SCADA 16
2-4-3-2-سیستم ذخیره سازی اطلاعات تجهیزات 17
2-4-3-3-سیستم مدیریت انرژی EMS 17
2-4-3-4-سیستم مدیریت تولید انرژی GMS 18
2-4-3-5-سیستم مدیریت توزیع انرژی DMS 18
2-4-4 –سیستم اطلاعات جغرافیایی GIS 19
2-4-4-1-منابع اطلاعات در سیستم GIS 20
2-4-4-2-کاربردهای GIS در صنعت انرژی 20
2-4-5-سیستم اطلاعات مشتری CIS و CRM 21
2-4-6-سیستم اطلاعات انرژی EIS 23
2-4-7-برنامه ریزی منبع انرژی ERP 24
2-4-8-ممیزی خریداران انرژی و برنامه های کاربردی 24
2-6-بررسی سیستم های SCADA 25
2-6-1-تاریخچه سیستم های SCADA 26
2-6-2-ساختار سیستم های SCADA 27
2-6-3-عملیات در سیستم های SCADA 28
2-6-4-مزایای استفاده از سیستم های SCADA 29
2-6-5-کاربرد سیستم های SCADA در مدیریت مصرف انرژی 30
2-7-نتیجه گیری فصل 31
فصل سوم :پیشینه پژوهشی ……………………………………………………………………………………………32
3-1-مقدمه 32
3-2-کاربرد سیستم های SCADA در مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی 32
3-2-1-صرفه جویی در مصرف انرژی 32
3-2-2-کاربرد سیستم های SCADA در افزایش بازدهی سازمان 32
3-2-3-مزایای صرفه جویی در مصرف انرژی 33
3-2-4-آنالیز ROI 33
3-3-مراحل و روش های به کارگیری سیستم های SCADA در مدیرت انرژی 34
3-3-1-آنالیز و بررسی دقیق میزان مصرف انرژی و اوج بار مصرفی 34
3-3-2-آنالیز و اندازه گیری سایر داده های مورد نیاز در مدیریت مصرف انرژی 35
3-4-کاربرد سیستم های SCADA در افزایش راندمان 36
3-5-زمانبندی کارکرد مصرف کننده ها به وسیله سیستم های SCADA 38
3-6-کاربرد سیستم های SCADA در مدیریت سیستم روشنایی 38
3-7-کاربرد سیستم های SCADA در مدیریت و کنترل تجهیزات 40
3-8-کاربرد سیستم های SCADA در سازماندهی پرسنل فنی 40
3-9-کاربرد سیستم های SCADA در کاهش استهلاک تجهیزات 41
3-9-1-کاهش استهلاک تجهیزات با کم کردن حجم کاری 42
3-9-2-کاهش استهلاک با اعمال روش های کنترلی 42
3-10-کاربردسیستم های SCADA در صنعت برق 42
3-10-1-کاربرد سیستم هایSCADA درافزایش راندمان نیروگاه های برق 42
3-10-2-ایجاد شبکه های هوشمند و بهبود راندمان شبکه برق سراسری 43
3-11-کاربرد منطق فازی و هوش مصنوعی در مدیریت و بهینه سازی مصرف 43
3-11-1-استفاده از هوش مصنوعی در پیش بینی مقدار مصرف انرژی 43
3-11-2-بهره گیری از منطق فازی برای پیش بینی مقدار مصرف 44
3-12-کاربرد منطق فازی در کاهش مصرف انرژی در کوره های صنعتی 45
3-13-کاربرد سیستم های SCADA در مدیریت سیستم های مرتبط با دما 46
3-13-1-کاربرد سیستم های SCADA در مدیریت سیستم های گرمایشی 46
3-13-2-پایش و ثبت دقیق دما بر حسب زمان 46
3-13-3-امکان پیاده سازی روش های پیشرفته کنترل دما 47
3-13-4-امکان استفاده از تقویم زمانی برای کارکرد سیستم تهویه مطبوع 48
3-14-داده کاوی اطلاعات سیستم های SCADA جهت افزایش امنیت 48
3-15-استفاده از میکرو کنترولرجهت بهبود عملکرد سیستم های SCADA 49
3-16-استفاده از قابلیت های نرم افزارSCADA در فرایند کنترل 49
3-17-امکان استفاده از OPC در نرم افزار SCADA 50
3-18-استفده از سیستم های SCADA بر مبنای وب 50
3-19-استفاده از روش های مدل سازی در مدیریت انرژی 51
3-20-جمع بندی تحقیقات گذشته 52
3-21-نتیجه گیری فصل 53
فصل چهارم :روش پیاده سازی ، آزمایش ها و نتایج…………………………………………………..55
4-1-مقدمه 55
4-2-اهداف مدیریت انرژی در کوره های الکتریکی 55
4-2-1-کاهش انرژی مصرفی در کوره های الکتریکی 56
4-2-2-کاهش اوج بار مصرفی در کوره های الکتریکی 56
4-3-فرایند مصرف انرژی در یک کوره الکتریکی 56
4-3-1-اندازه گیری دما 59
4-3-2-اندازه گیری پارامترهای مرتبط با مصرف انرژی 60
4-3-3-کنترل توان در کوره های الکتریکی 61
4-4-طراحی فرایند مدیریت مصرف انرژی در کوره های الکتریکی 63
4-4-1-تععین پارامترهای مورد نیاز جهت اندازه گیری و کنترل 63
4-4-2-انتخاب RTU ها جهت فرایند مدیریت مصرف انرژی 64
4-4-3-ارتباط نرم افزار SCADA با RTU ها 65
4-4-4-پروتکل های ارتباطی 66
4-4-5-نصب تجهیزات جهت فرایند آزمایشی 71
4-4-6-نصب RTU ها در نرم افزار SCADA 76
4-4-7-بررس عملکرد سیستم کنترل توان 78
4-5-آزمایش اول:بررسی روند مصرف انرژی در روش کنترل ON/OFF 79
4-5-1-طراحی نرم افزار جهت آزمایش اول 79
4-5-2-بررسی وتحلیل نمودارهای مرتبط با مصرف انرژی در آزمایش اول 82
4-6-آزمایش دوم :بررسی روند مصرف انرژی در روش کنترل ON/OFF
با اعمال محدودیت در اوج بار مصرفی 85
4-6-1-اصلاح برنامه نرم افزاری جهت آزمایش دوم 86
4-6-2-بررسی وتحلیل نمودارهای مرتبط با مصرف انرژی درآزمایش دوم 87
4-7-آزمایش سوم :بررسی روند مصرف انرژی در روش کنترل PID 89
4-7-1-طراحی نرم افزار جهت انجام آزمایش سوم-روش کنترلی PID 89
4-7-2- بررسی وتحلیل نمودارهای مرتبط با مصرف انرژی درآزمایش سوم 92
4-8-آزمایش چهارم : بررسی روند مصرف انرژی در روش کنترل PID
همراه با اعمال محدودیت توان 94
4-8-1-طراحی نرم افزار جهت انجام آزمایش چهارم 95
4-8-2- بررسی وتحلیل نمودارهای مرتبط با مصرف انرژی درآزمایش سوم 95
4-9-آزمایش پنجم :بررسی روند مصرف انرژی در روش PID همراه با
اعمال محدودیت توان در پیش بینی کوتاه مدت 97
4-9-1-طراحی نرم افزار جهت انجام آزمایش پنجم 97
4-9-2-بررسی و تحلیل نمودارهای آزمایش پنجم 99
4-10-نتیجه گیری فصل 102
فصل پنجم : بحث و نتیجه گیری و پیشنهادها ……………………………………………………104
5-1-مقدمه 104
5-2-نتایج بدست آمده از فرایندهای آزمایشی 104
5-2-1-تحلیل نتایج حاصل از آزمایش اول 105
5-2-2-تحلیل نتایج حاصل از آزمایش دوم 106
5-2-3-تحلیل نتایج حاصل از آزمایش سوم 106
5-2-4-تحلیل نتایج حاصل از آزمایش چهارم 107
5-2-5-تحلیل نتایج حاصل از آزمایش پنجم 107
5-3-مزایای استفاده از طرح ارائه شده در تحقیق 107
5-3-1-کاهش هزینه های مستقیم 108
5-3-2-کاهش هزینه های غیر مستقیم 108
5-3-3-بهبود فرآین تولید و تاثیر آن بر افزایش کیفیت 108
5-4-پیشنهادات جهت ادامه کار در آینده 109
5-4-1-استفاده از روش های کنترل نوین 109
5-4-2-محاسبه نرخ بازگشت سرمایه 109
5-4-3-استفاده از سیستم های مدیریت انرژی اقتصادی 109
5-5-4-ارتباط با سایر نرم افزار های سازمانی 110
5-4-5-افزایش راندمان تجهیزات با بهره گرفتن از ظرفیت بهینه 110
مراجع 111
چکیده به زبان انگلیسی 115
فهرست جدول ها
صفحه
جدول 4-1-RTU های استفاده شده در فرایند آزمایشی 65
جدول 4-2-قالب بسته های اطلاعاتی در پروتکل Modbus RTU 69
جدول 4-3-ارسال یک در خواست از Master 70
جدول 4-4-ارسال یک پاسخ از Slave 70
جدول 4-5-لیست تجهیزات استفاده شده در فرایند آزمایشی مدیریت مصرف انرژی 73
جدول 4-6-تعیین مقدار اوج بار در هر مرحله 86
جدول 5-1-مشخصات 5 فرایند آزمایشی 105
جدول 5-2-نتایج حاصل از 5 فرایند آزمایشی 105
فهرست شکل ها
صفحه
شکل 1-1-ساختار کلی سیستم های SCADA 28
شکل 3-1-کاربرد سیستم های SCADA در کنترل اوج بار مصرفی 35
شکل 3-2-افزایش راندمان پمپ های آبرسان با بهره گرفتن از سیستم های SCADA 37
شکل 3-3-کاهش هزینه انرژی ماهینه در اثر افزایش راندمان پمپ ها 38
شکل 3-4-کاربرد سیستم های SCADA در کنترل سیستم های روشنایی 40
شکل 3-5-کاربرد سیستم های SCADA در پایش مداوم انرژی 41
شکل 3-6-کاربرد منطق فازی در پیش بینی مقدار مصرف انرژی 45
شکل 3-7-نمودار مقایسه مصرف انرژی در سیستم کنترل Fuzzy وon/off 47
شکل 4-1-یک نمای کلی از یک کوره الکتریکی 59
شکل 4-2-تغییر ولتاژ موثر با تغییر زاویه آتش تریستور ها 62
شکل 4-3-سیستم کنترل توان scr با ورودی آنالوگ 62
شکل 4-4-نحوه ارتباط rtu ها با سرور مرکزی در استاندارد rs485 66
شکل 4-5-دیاگرام سیستم طراحی شده جهت مدیریت مصرف انرژی کوره های الکتریکی 72
شکل 4-6-تصویر تجهیزات نصب شده جهت فر آیند مدیریت مصرف انرژی 76
شکل 4-7-نصب rtu در نرم افزار SpecView 77
شکل 4-8-رابطه بین مقدار DAC و توان خروجی در فرایند مورد آزمایش 78
شکل 4-9-نمودار فرایند حرارتی آزمایشی 79
شکل 4-10-پروگرامر طراحی شده در محیط نرم افزاری SpecView 80
شکل 4-11-اضافه کردن نمودار ها در نرم افزار SpecView 82
شکل4-12-نمودار پارامترهای دما بر حسب زمان در آزمایش اول 83
شکل 4-13-نمودار پارامترهای مصرف انرژی در آزمایش اول 84
شکل 4-14-نمودار پارامترهای دما و انرژی به صورت توام در آزمایش اول 85
شکل4-15-نمودار پارامترهای دما بر حسب زمان در آزمایش دوم 87
شکل 4-16-نمودار پارامترهای مصرف انرژی در آزمایش دوم 88
شکل 4-17-نمودار پارامترهای دما و انرژی به صورت توام در آزمایش دوم 89
شکل 4-18-پیاده سازی الگوریتم کنترلی PID در نرم افزار SpecView 91
شکل 4-19-کنترلر PID طراحی شده در نرم افزار SpecView 92
شکل4-20-نمودار پارامترهای دما بر حسب زمان در آزمایش سوم 93
شکل 4-21-نمودار پارامترهای مصرف انرژی در آزمایش سوم 93
شکل 4-22-نمودار پارامترهای دما و انرژی به صورت توام در آزمایش سوم 94
شکل4-23-نمودار پارامترهای دما بر حسب زمان در آزمایش چهارم 95
شکل 4-24-نمودار پارامترهای مصرف انرژی در آزمایش چهارم 96
شکل 4-25-نمودار پارامترهای دما و انرژی به صورت توام در آزمایش چهارم 97
شکل 4-26-طراحی یک سیستم کنترل PID با قابلیت بیش بینی کوتاه مدت توان 98
شکل4-27-نمودار پارامترهای دما بر حسب زمان در آزمایش پنجم 99
شکل 4-28-نمودار پارامترهای مصرف انرژی در آزمایش پنجم 100
فرم در حال بارگذاری ...
|
[دوشنبه 1399-10-01] [ 03:28:00 ب.ظ ]
|
