مجله آموزش مهندسی


  • طراحی کنترل کننده مقاوم جهت مبدل dc-dc افزاینده در سیستم های هایبریدی با پیل سوختی

     

    عنوان پایان نامه :                                                                                              

    طراحی کنترل کننده مقاوم جهت مبدل dc-dc افزاینده در سیستم های هایبریدی با پیل سوختی         

    پژوهشگر:

    میثم اسدی

    هیئت داوران :

    • راهنما : دکتر مجید حسین­ پور
    • مشاور : دکترمجتبی نجفی
    • داور : دکتر مهدی شاه پرستی

     

    طراحی کنترل­کننده مقاوم جهت مبدل dc-dc افزاینده در سیستم­های هایبریدی با پیل سوختی

    چکیده

    از مهمترین اهداف طراحان سیستم­های هایبریدی، طراحی کنترلری برای مبدلهایDC-DC در سیستم­های هايبريدي به منظور فائق آمدن بر تمام نایقینی­های مدل­سازی و تغییرات پارامترهای مدار به هنگام کار و جلوگیری از ناپایداری سیستم در همه شرایط کاری می باشد که در این راستا می­توان کنترلرهای مختلفی طراحی نمود. یکی از این کنترلرها کنترلر مقاوم جهت مبدل dc-dc افزاینده در سیستم­های هایبریدی با پیل سوختی                                                             می­باشد، بطور کلی این سیستم از یک پیل سوختی PEM و یک مبدل DC-DC تشکیل شده است. بصورت معمول، کنترل ولتاژ، جریان، یا توان در مبدل، یک تکنیک خطی شده است که اغلب در بحث پایداری پارامترهای کنترل­کننده مبدل غیرخطی مورد مطالعه قرار می­گیرد. رفتار این سیستم تا حدی غیرخطی است و ولتاژ باس DC که توسط پیل سوختی تولید شده به تغییرات بار به شدت وابسته است، از طرفی بارهای مختلف در موقعیت­های مختلف دارای تغییرات قابل توجهی می­باشند و با توجه به این که استفاده از کنترل­کننده مقاوم از مزیت کنترل عالی در مقابل نایقینی­های مدلسازی و تغییرات پارامترها برخوردار است، این کنترل کننده (یعنی کنترلر مقاوم) جهت کنترل مبدل DC-DC افزاینده معرفی و پیشنهاد می­شود. در این پروژه نتایج شبیه سازی نشان می­دهد کنترل­کننده طراحی شده پاسخ سریع و گذرایی تحت شرایط پایدار دارد، به عبارت دیگر پاسخ زمانی مبدل به تغییرات جریان بار یا تغییرات ولتاژ ورودی یا هر دو بسیار سریعتر می­باشد.

    پیل سوختی چیست ؟

    پیل سوختی یک سیستم الکتروشیمیایی است که انرژی شیمیایی سوخت را مستقیمًا به انرژی الکتریکی تبدیل می­کند. در آند پیل سوختی پلیمری واکنش اکسیداسیون انجام می­گردد و الکترون تولید شده وارد مدار خارجی شده و سپس به کاتد وارد می­شود. یون مثبت تولیدی در آند با عبور از لایه الکترولیت به قسمت کاتد رفته و در حضور کاتالیزور­ با اکسیژن هوا و الکترونی که از مدار خارجی به قسمت کاتد وارد شده است به آب تبدیل می گردد.

    تاریخچه پیل سوختی 

    اگر چه پیل‌سوختی به تازگی به عنوان یکی از راهکارهای تولید انرژی الکتریکی مطرح شده است ولی تاریخچه آن به قرن نوزدهم و کار دانشمند انگلیسی سرویلیام گرو بر می‌گردد. او اولین پیل‌سوختی را در سال 1839 با سرمشق گرفتن از واکنش الکترولیز آب، طی واکنش معکوس و در حضور کاتالیست پلاتین ساخت. واژه "پیل‌سوختی" در سال 1889 توسط لودویک مند و چارلز لنجر به کار گرفته شد. آنها نوعی پیل‌سوختی که هوا و سوخت ذغال‌سنگ را مصرف می‌کرد، ساخت. تلاش­های متعددی در اوایل قرن بیستم در جهت توسعه پیل‌سوختی انجام شد که به دلیل عدم درک علمی مسئله هیچ یک موفقیت آمیز نبود. به علاقه استفاده از پیل سوختی با کشف سوخت‌های فسیلی ارزان و رواج موتورهای بخار کمرنگ گردید.

    فصلی دیگر از تاریخچه تحقیقات پیل‌سوختی توسط فرانسیس بیکن از دانشگاه کمبریج انجام شد. او در سال 1932 بر روی ماشین ساخته شده توسط مند و لنجر اصلاحات بسیاری انجام داد. این اصلاحات شامل جایگزینی کاتالیست گرانقیمت پلاتین با نیکل و همچنین استفاده از هیدروکسیدپتاسیم قلیایی به جای اسید سولفوریک به دلیل مزیت عدم خورندگی آن می‌باشد. این اختراع که اولین پیل‌سوختی قلیایی بود، “Bacon Cell”  نامیده شد. او 27 سال تحقیقات خود را ادامه داد تا توانست یک پیل‌سوختی کامل و کارا ارائه نماید. بیکون در سال 1959 پیل‌سوختی با توان 5 کیلووات را تولید نمود که می‌توانست نیروی محرکه یک دستگاه جوشکاری را تامین نماید.

    امروزه منابع توليد انرژی الکتریکی DC از جمله سلول­های خورشيدي و پيل­های سوختي[1] كاربرد فراواني درسيستم­هايي كه منبع انژري AC مانند نيروگاه در دسترس نيست را دارند. اين منابع براي تغذيه­ي بارهاي ثابت و متحرک می­توانند مورد استفاده قرار گيرند. از اینرو تغذيه­ي سیستم­های هايبريدي توسط منابعي از قبيل باطري و يا پيل سوختي تامين مي­گردند. در سیستم­های هایبریدی با پیل سوختی که معمولا در بارهای متحرک مانند خودرها مورد استفاده قرار می‌گیرند نیاز به یک مبدل DC-DC می­باشد که با توجه به روش تولید ولتاژ در پیل سوختی بتواند یک تبدیل ولتاژ مناسبی را در آن­ها انجام دهد. در تشریح پیل سوختی به این صورت می­توان بیان نمود که پیل سوختی در ورودي خود اكسيژن و هيدروژن را تركيب و تولید يك ولتاژ در خروجی مي­كند، ليكن مقدار آن ثابت نبوده و متناسب با جريان كشيده شده از پيل سوختي متغيير خواهد بود. برای داشتن یک ولتاژ خروجی ثابت و کنترل شده در این روش لازم است تدبیری اندیشیده شود تا نواسانات ولتاژ تولیدی آن در محدوده مشخص و تا حد امکان در حد صفر باشند. بنابراين یک مبدل DC-DC لازم است تا عمل تبدیل ولتاژ از یک سطح به سطح دیگر را محقق سازد و برای این مبدل نیز  می­توان از انواع مختلف مبدل­های  DC-DC موجود استفاده نمود. به بیان دیگر روش تولید الکتریسته و انرژی در پیل سوختی(Fuel  cell)  بدین صورت است كه در ورودي خود اكسيژن و هيدروژن را مخلوط و يك ولتاژ جریان مستقیم DC در خروجی خود تولید مي­كند ولی نکته اینجاست که مقدار این ولتاژ ثابت نبوده و متناسب با جريان كشيده شده از پيل سوختي متغيير خواهد بود و این مسئله یک مشکل اساسی در پیش روی تکنولوژی­های استفاده کننده­ی پیل سوختی قرار داده است.

     

     ((این متن بخشی از متن پایان نامه طراحی کنترلر مقاوم می باشد، دارای فایل شبیه سازی با متلب بوده ،،،،،،،،،،،، در صورت نیاز با مدیریت سایت تماس حاصل نمایید.))

     

     

     

    [1]. Fuel cell

    ادامه مطلب

  • SIMATIC S7-1500

    کنترلر ماژولار SIMATIC S7-1500 :

     

    کنترل کننده منطقی قابل برنامه نویسی SIMATIC S7-1500 یک PLC با راه کار های جدید برای بیشینه کردن بهره وری سیستم های کنترل پروسه به شمار می آید. این کنترلر دارای ساختاری ماژولار با قابلیت های بالای کنترلی می باشده که قسمت های اصلی تشکیل دهنده آن بصورت زیر هستند:

    • یک یا چند ماجول Power supply برای تغذیه ماژول ها.
    • یک ماجول CPU برای پردازش و اجرای برنامه کاربر.
    • تعدادی ماجول های SM ( I/O).
    • ماجول مخابراتی ( CM).

     

     

    ادامه این مطلب در کتاب اتوماسیون صنعتی زیمنس  ، میثم اسدی

    ادامه مطلب

  • SIMATIC S7-1200

    کنترلر ماژولار SIMATIC S7-1200 :

    کنترلر ماژولار S7-1200 یک PLC جدید ارائه شده توسط اتوماسیون صنعتی زیمنس می باشد. این کنترلر  یک PLC  ماجولار و فشرده بوده که برای گستره وسیعی از برنامه های کاربردی مناسب می باشد. طرحی انعطاف پذیر و قابل گسترش داشته که برابر با بالاترین استاندارد های بین المللی ساخته شده است. این سیستم کارآیی بالا برای اتوماسیون های کوچک را ارائه نموده است. کنترلر SIMATIC S7-1200 از طریق یک سیستم جدید و کاملا یک پارچه SIMATIC STEP 7  با SIMATIC WinCC   برنامه ریزی می گردد.

     

    ادامه این مطلب در کتاب اتوماسیون صنعتی زیمنس  ، میثم اسدی

    ادامه مطلب

  • PLC S7 400H

    كنترلر SIMATIC S7 400H :

     

     كنترل كننده  SIMATIC S7 400H یک کنترلر با دو H CPU از يك نوع مي باشد که یکی به عنوان پردازشگر اصلی و دیگری به عنوان پردازشگر جانشین( یا انتظار) است. در صورت بروز خطا ، فضاي کنترلی توسط سيستم اصلي به ايستگاه انتظار يا جانشين منتقل مي شود. ( اين تبديل در زماني كمتر از 100ms انجام مي شود.) اين روش به روش رويداد گرا معروف است و همزمان با دو CPU پشتيباني مي شود. به اين ترتيب حاصل پردازش در نقطه انقطاع پروسه بدون از دست دادن اطلاعات و قطعي به پردازشگر دیگر انتقال خواهد یافت. در واقع در این سامانه همه فرمان ها به طور همزمان در دو سيستم اجرا می شوند. نکته قابل توجه اینست که سيستم برنامه نويسي و پارامترسازي نيز بايد براي اين مقصود انجام شود.

    ابزارهاي مركزي در S7 400 H  به دو روش پيكربندي شوند: 

    • دو رك استاندارد (UR1,UR2) قرار داده می شود و هر رك با يك CPU و يك PS که بايد به یکدیگر همخواني داشته باشند، به کار برده می شوند. اگر دسترس پذيري فوق العاده زياد لازم باشد، دو منبع تغذيه اضافي مي تواند به كار برده شود. فاصله بين دو رك مي تواند تا 10KM باشد.
    • دو CPU هر کدام با يك منبع تغذيه درون رك UR2 دارای باس پشت، پیکربندی و نصب مي شوند.كه اين پشتيباني يك پيكربندي كاملا فشرده مي باشد.

     

    ادامه این مطلب در کتاب اتوماسیون صنعتی زیمنس  ، میثم اسدی

    ادامه مطلب

  • PLC S7 400

    كنترلر SIMATIC S7 400 :

     کنترلر S7-400 ترکیبی از کلیه مزایای نسخه های پیشین PLC SIMATIC را در خود جای داده است. يك PLC قدرتمند براي کنترل تجهيزات در كارخانه ها و پروسه هاي صنعتي می باشد. سيستم نگهدارنده ( RACK) یا ریل آن انواع مختلفي داشته، سرعت پردازش و مخابره داده ها فوق العاده زياد بوده و در حين عمليات مي توان بر روي پيكربندي آن تغيير ايجاد كرد و مزایای بسيار ديگری این دستگاه را از بهترين PLC ها قرار داده است. نکته قابل توجه ایی که در این کنترلر لازم بذکرست اینست که رک در این PLC سه وظیفه مهم برعهده دارد که عبارتند از : 1. نگهداشتن ماجول ها 2. تغذیه ماجول ها با ولتاژ کار مناسب 3. ایجاد ارتباط بین ماژول ها بکمک سیگنال باس.

     

     

     

    ادامه این مطلب در کتاب اتوماسیون صنعتی زیمنس  ، میثم اسدی

    ادامه مطلب

  • PLC S7 300

    كنترلر  SIMATIC S7 300:

    مقدمه

    يك سيستم ماژولار براي استفاده در صنعت كارخانه ايي می باشد. طرحي ماژولار دارد بر روي ريل DIN نصب و مونتاژ مي شود. تعداد زيادي از توابع را به صورت مجتمع درون حافظه خود جاي داده است. با توجه به پایداری اطلاعاتی و قابلیت بالای برنامه نویسی، این سیستم شرایط خاصی برای تعمیر و نگهداری ندارد در واقع از نظر تعمیر و نگهداری آزاد می باشد، فناوری های ایمنی و رعایت اصول مربوطه نیز بطور کامل در آن پوشش داده شده و نسخه با تخریب امن نیز در این اتوماسیون جای داده شده است. تصویر یک پیکره AS از این PLC را در زیر می بینید. (AS : مجموعه کامل ماجول های PS ، CPU و CP  و SM های تشکیل دهنده پیکره اصلی PLC است.)

     اكنون كه استفاده از انواع ماشين  آلات صنعتی رو به افزايش مي باشد به طبع تعداد كارخانه هاي سازنده نيز رو به افزايش است، لذا جهت سيستم كنترل پروسه اين کارخانه هاي صنعتي استفاده از مدارات الكترومكانيكي رو به تعديل و استفاده از كنترل با سيستم هاي فرمان PLC روزبه روز در حال افزايش مي باشد.كه در اين راستا به PLC هايي با ميدان وسيعی از توابع و سرعت پردازش بالا در يك طراحي فشرده با قابلیت استفاده در انواع محیط های صنعتی احساس نیاز می شود. همچنين امكانات شبكه و سيستم مهندسي آن ها نيز بايد در خور این کنترلرها روند پیشرفت خود را حفظ نماید.  PLC S7  سری 300 به طور وسيعي در دنیای بین المللی کنترل پروسه ها گسترده شده است به گونه ایی كه بی مهابا مي توان گفت اين نوع PLC در بازار كار كنترل كننده هاي منطقي قابل برنامه نويسي رهبري ساير محصولات را بر عهده دارد.

    ادامه این مطلب در کتاب اتوماسیون صنعتی زیمنس  ، میثم اسدی

     

    ادامه مطلب

  • PLC S7 200

    كنترلر SIMATIC S7 200 :

     

     

    يك سيستم کنترلی كوچك و ارزان قيمت می باشد که در كنار تجهيزات الکترو مکانیکی کنترل پروسه مناسبی را ایجاد کرده است. به کمک نرم افزار STEP 7 Micro/WIN يادگيری و بخش مهندسي اساني را فراهم نموده است. جزء اتوماسيون هاي ميكرو به حساب مي ايد، براي برنامه نويسي بايد به وسیله يك ابزار برنامه نويسي مانند PC يا PG ابتدا برنامه را توسط نرم افزار STEP 7 Micro/WIN نوشته سپس از طريق كابل هاي رابط مخصوص به حافظه این PLC دانلود كرد. این PLC  همچنین قابلیت شبکه شدن از طریق واسط RS485 و شبکه پروفیباس را دارد.

    ادامه این مطلب را در کتاب اتوماسیون صنعتی زیمنس مطالعه نمایید.

    ادامه مطلب

  • كنترلر SIMATIC S5

    كنترلر  SIMATIC S5:

    کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر خانواده SIMATIC S5 ، شامل گستره وسیعی کنترلرهای منطقی بوده که از ساده و کوچکترین تا پیچیده و بزرگترین PLC ها را در بر می گیرد. این نوع PLC از قدیمیترین کنترلرهای ساخته شده توسط زیمنس می باشد که سیستم های قدیمی مورد استفاده با این کنترلر به مرور و در حال بازسازی با سایر PLC های جدید تر می باشند. کنترلرهای S5-90U ، S5-95U و S5-100U  سه نمونه از کنترل کننده های گستره وسیع S5 هستند که جزء قدیمیترین سیستم های جایگزین مدارهای رله و کنتاکتوری می باشند. نسخه های پیشرفته تر SIMATIC S5 جهت گسترش و توسعه می تواند با ماجول های I/O تا 32 ماجول در هر پردازشگر گسترش داده شوند. به عبارت دیگر در سیستم های MASTER  و SLAVE به هر Master تا حدود 32 ماژول یا Slave قابلیت اتصال و مخابره را دارد.

    خانواده اتوماسیون SIMATIC S5

     

     

    ماجول های I/O زیر برای گسترش  S5 موجود می باشند:

      ادامه این مطلب در کتاب اتوماسیون صنعتی زیمنس مطالعه نمایید.

     

     

    ادامه مطلب

  • پی ال سی لوگو LOGO PLC

    كنترلر  SIMATIC LOGO :

     

    ماژوليست منطقي براي راه اندازی و كنترل پروسه هاي كوچك که در سطوح کنترلی ساده کاربرد دارد. در صنايع ساختماني به عنوان گزینه مناسبی جهت وظایف کوچک کنترلی مورد استفاده قرار مي گيرد. درگروه ميكروها قرار دارد و به کمک نرم افزار LOGO! Soft Comfort امكان برنامه نويسي اسانی را فراهم نموده است. در واقع SIMATIC LOGO يك ماژول منطقي بین المللی است كه توسط شركت زيمنس ساخته شده ، مجموعه ايي از عناصر مانند واحد كنترل، پنل نمايش و اپراتوری ، منبع تغذيه ، واسطی براي ماژول توسعه و یک رابط براي واحد برنامه و ...  در كنار هم قرار گرفته و لوگو را تشكيل داده است. این کنترل کننده اساسی برای بنیان گذاری سایر PLC ها بوده و با ساخت آن مسیر جدیدی برای گذار کنترل صنعتی از فرمان های الکترومکانیکی به کنترلرهای منطقی هموار گردیده است.

    هنگام نصب و سیم کشی کنترلر لوگو به نکات زیر باید توجه کرد:

    • كابل كشي را تا حد ممكن كوتا انجام دهيد .
    • هميشه قبل از سيم كشي يا نصب و خارج نمودن ماژول ها برق قطع باشد.
    • هميشه اطمينان حاصل شود كه سيم كشي LOGO با قوانين و استانداردهاي جاري محلی و بین المللی سازگار است. همچنين با كليه قوانين و مقررات ملي و منطقه ايي در زمان نصب و راه اندازي مطابقت داشته باشد.
    • اگر كابل هاي بزرگ لازم هستند ، بايد از نمونه هاي محافظت شده ( شيلد شده ) استفاده نماييد. بايد مسير كابل هاي خود را بصورت جفت يكی سيم سيگنال يا فاز و ديگري سيم نول انجام دهيد .
    • جدا بودن مدارهای AC DC از یکدیگر در هنگام طراحی مد نظر قرار گیرد.

    ادامه این مطلب در کتاب اتوماسیون صنعتی زیمنس (نویسنده: میثم اسدی)

     

    ادامه مطلب