نقش حساس و با اهمیت سیستمهاي کنترلی در نیروگاههاي کشور ما را براین داشت تا به منظور بهینـه سـازي یکـی از سیستمهاي کنترل موجود در یک نیروگاه بخار، از منطق فازي استفاده کنیم. لذا این مقاله در قالب شش بخـش ارائـه شـده است. در بخش اول و دوم از اهمیت بهینه سازي سیستم هاي کنترل نیروگاههـا در مسـئله احتـراق گفتـه شـده اسـت و در قسمت سوم مختصري از عملکرد کنترل کننده موجود (PID) آورده شده و در قسمت چهارم مختصـري از منطـق فـازي 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 بـا توجـه بـه شـرایط 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 سـوخت خروجـی از هیتـر پایدارتر و بدون نوسانات نامطلوب خواهد بود. بنابراین استفاده از کنترلر فازي میتوانـد در پایـداري سیسـتم، احتـراق بهینـه، افزایش راندمان، صرفه جوئی انرژي و همچنین کاهش آلایندههاي خروجی از محفظه احتراق و بطور کلی مسائل مربوط بـه سوخت و احتراق بسیار موثر باشد.

کلمات کلیدي: کنترلر فازي؛ کنترل دماي سوخت؛ هیتر سوخت؛ فراجهش((overshoot؛

.۱ مقدمه
نیروگاهها از جمله صنایعی هستند که بطور گسترده مورد استفاده قرار میگیرند و با توجه بـه افـزایش آلـودگی محـیط 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 بـه سوخت و هوا میباشد. مقدار هواي مورد نیاز با توجه به واکنشهاي شـیمیائی و شـرایط دیـگ بخـار مشـخص مـیشـود. و همچنین سوخت مصرفی نیز باید داراي شرایط مناسب احتراق باشد تا احتراق بالاترین راندمان را داشته باشد.

.۲ احتراق

احتراق، تبدیل مواد اولیه (Substance) به محصولات احتراق بوسیله اکسید کننده ها است که یک واکنش شـیمیائی است. این فرآیندگرمازا است (Exothermic) که از گرماي حاصله میتوان در دیگر فرآیندها استفاده کرد.((۱

(۱) انرژي + محصولات احتراق Fuel + Oxidizer

اولین همایش سـراسـري محیط زیست، انـرژي و پدافند زیستی

The 1st National Conference on Environment, Energy and Biodefense

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:

(۲) (۳) (۴) (۵)

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.[۱]

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.[۴]

۳٫ 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 :۱ 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«۱ ضرایب موجود در یک کنترلر PID را نشان می دهد.[۳]

اولین همایش سـراسـري محیط زیست، انـرژي و پدافند زیستی

The 1st National Conference on Environment, Energy and Biodefense

۴٫ 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.[۵]

منطق فازي در سال ۱۹۶۵ 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.[۵]

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.