پروژه مانیتورینگ هوشمند توربین بخار با سیستم چند عامله و ترکیب اطلاعات

پایان نامه مانیتورینگ گسترده و هوشمند توربین بخار با استفاده از سیستم چند عامله براساس رویکردترکیب اطلاعات

چکیده: 

در این پایان نامه، هدف، طراحی یک سیستم مونیتورینگ هوشمند برای تشخیص خطا بر روی سیستم توربین بخار می باشد. در ابتدا به ارائه توضیحات مختصری از توربین های بخار (انواع، قطعات، کارکرد و…) می پردازیم. در ادامه سیستم یک توربین بخار 440MW را در محیط شبیه سازی Matlab مدل نموده و رفتار حلقه بسته این سیستم را با طراحی یک کنترل پیش بین (GPC) مورد بررسی قرار می دهیم. سپس یک ساختار ANFIS برای شناسایی و تشخیص خطاهای رخ داده در سیستم طراحی می کنیم. در انتها، نتایج حاصل از طراحی این کنترلر و سیستم تشخیص خطا نشان داده شده است. 

مقدمه: 

بروز خطا در یک فرایند یکی از مهمترین مسائلی است که مهندسین کنترل با آن دست به گریبانند. برخی از نقص ها و عیوب بوجود آمده نه تنها از طریق کم کردن راندمان پروسه باعث زیان واحد صنعتی می شود بلکه می تواند در مواردی منجر به بروز فجایع بزرگ شود. به همین دلیل شناسایی زود هنگام این عیوب و سعی بر کنترل واحد صنعتی حتی در حضور آنها به منظور جلوگیری از قطعی کار فرایند یکی از مسائل مهم و به روز در زمینهی کنترل صنعتی به شمار می رود. 

توربین بخار از واحدهای صنعتی مهم با عملکرد رفتاری پیچیده، غیرخطی و متغییر با زمان بوده که نقش بسیار کلیدی را در نیروگاههای حرارتی ایفا میکند . بروز عیب رفتاری موجب ایجاد اشکال در عملکرد عادی توربین بخار شده و چنانچه به موقع تشخیص و نسبت به رفع آن اقدامی صورت نگیرد منجر به توقف عملکرد و در نهایت ایجاد سوانح و حوادث تجهیزاتی و حتی جانی میشود. در این راستا شبکه هایی طراحی می شوند که بتوانند بستری را فراهم نمایند که الگوریتم های تشخیص خطا

بیشترین نرخ تشخیص درست را توسط آنها بدست آورند. روشهای ارائه شده نه تنها باید قابلیت تشخیص وقوع عیب در سیستم را دارا باشند بلکه باید بتوانند نوع خطا و مشخصات آنرا شناسایی نمایند. 

فصل اول: کلیات 

1-1) هدف 

شناسایی و تشخیص خطا در سیستمهای صنعتی یکی از مهمترین مسائلی است که مورد توجه طراحان مهندسی قرار دارد و دراین راستا سیستمهایی را طراحی میکنند که در صورت رخداد هرگونه اشکال در سیستم سریعاً این مشکل مونیتور شده و پس ازمشخص شدن منشاء آن نسبت به برطرف نمودن آن اقدامات لازم صورت پذیرد. 

هدف اصلی ما در این پروژه بررسی عملکرد توربین بخار زمانیکه یک عیب در سیستم رخ داده باشد و طراحی یک سیستم تشخیص خطا میباشد. این عیب میتواند بر روی اندازه گیری سنسورهای فشار، دما و غیره که ورودیهای سیستم هستند و یا بر روی درصد باز – بسته بودن شیرهای کنترلی که خروجی سیستم هستند اتفاق بیفتد. همچنین تجهیزات اصلی توربین نیز میتوانند دچار مشکل شوند مانند گرفتگی در Extraction های توربین، خرابی درتجهیزات رطوبت گیر و غیره. در این راستا پس از مدلسازی توربین بخار و طراحی کنترلر پیش بین مناسب، یک ساختار ANFIS برای تشخیص 12 نوع عیبی که احتمال وقوع آن در توربین زیاد است پیشنهاد میکنیم. 

2-1) پیشینه تحقیق 

مدلسازی توربین بخار توسط جناب آقای دکتر علی چایبخش انجام شده بود. همچنین برای تشخیص خطا در سیستمهای صنعتی در مقالات مختلف ، از روشهای عصبی مانند پرسپترون چند لایه (MLP) و SOM استفاده شده است. البته بیشتر در این مقالات بر روی کلاس بندی خطاهای رخ داده در سیستمها بحث شده است.

3-1) روش کار و تحقیق 

در ابتدا مدل شبیه سازی شده توربین بخار را در نظر میگیریم و خروجی این سیستم که همان توان مکانیکی میباشد را بدست میآوریم. در مرحله بعد یک کنترل پیش بین (GPC) برای این سیستم طراحی و رفتار حلقه بسته این سیستم را مشاهده میکنیم. در ابتدا Set Point سیستم را تغییر میدهیم و خروجی سیستم را مشاهده میکنیم. سپس سه نوع اغتشاش به این سیستم اعمال میکنیم و خروجی سیستم را (در یک نقطه کار مشخص) مشاهده میکنیم. در انتها، یک سیستم تشخیص خطا را به کمک ساختار ANFIS طراحی میکنیم و نتایج حاصل از شناسایی و تشخیص خطا را در توربین بخار مشاهده می کنیم.