لاجیک نوشته شده توسط گروه مپنا و با مشارکت شرکت‌های استرک و پیدمکو با استفاده از شبیه‌ساز مورد تست و بررسی قرار گرفت. این فرآیند با همکاری مهندسین خوش‌ذوق و توانمند این پروژه به تصویر کشیده شد. افتخار داشتم که به عنوان ناظر در این عملیات حضور داشته باشم. در این مقاله، دستاورد به‌دست‌آمده را که حاصل اعتماد به نیروی انسانی و دانش مهندسین ایران است، منتشر می‌کنیم. امید که در آینده فرهنگ کار گروهی در همه بخش‌های جامعه ما بیشتر توسعه پیدا کند و به دانش ملی بیشتر اعتماد کنیم. همچنین امیدوارم شرایط دانش‌افزایی و ارتقاء را در خودمان افزایش دهیم و از منابع میهنی در راستای شکوفایی بهره ببریم.
توربین‌های DG90 شرکت زوریا برای اولین بار در ایران برای پروژه ایستگاه جدید تزریق گاز گچساران در دهه 90 وارد شدند. شرح مختصری از پروژه را مطالعه کنید. پس از شروع جنگ روسیه و اوکراین، شرکت اوکراینی به علت جنگ‌زدگی نتوانست به تعهدات خود را عمل کند و مراحل نصب و راه‌اندازی توربین‌ها با توانمندی مهندسین ایرانی ادامه یافت. در ادامه، مختصر اطلاعاتی از توربین، لاجیک و فرآیندی که انجام شد را شرح می‌دهیم و سپس در ادامه ویدیو تست شبیه ساز با لاجیک را مطالعه بفرمایید.
توربین‌ها دستگاه‌هایی هستند که انرژی یک سیال مانند آب، بخار یا گاز را به انرژی مکانیکی چرخشی تبدیل می‌کنند. این دستگاه‌ها شامل یک چرخ یا روتور با تیغه‌ها یا سطل‌هایی هستند که در اطراف آن چیده شده‌اند. هنگامی که سیال از توربین عبور می‌کند، نیرویی به پره‌ها وارد می‌کند و باعث چرخش روتور می‌شود.
انواع توربین‌ها
- توربین‌های بخار: برای تولید برق در نیروگاه‌های حرارتی که از زغال سنگ، نفت و انرژی هسته‌ای استفاده می‌کنند. لازم به توضیح است که از این سوخت‌های فسیلی برای تولید نیرو و تولید بخار سوپرهیت استفاده می‌شود.
- توربین‌های گازی: از گاز فشرده شده برای چرخیدن به منظور تولید الکتریسیته یا تولید انرژی جنبشی برای هواپیما یا جت استفاده می‌کنند.
- توربین‌های آبی: انرژی جنبشی حاصل از جریان آب یا انرژی پتانسیل ناشی از اختلاف تراز آب را به حرکت دورانی تبدیل می‌کنند.
- توربین‌های بادی: برای تبدیل انرژی جنبشی باد به انرژی مکانیکی به کار می‌روند
لاجیک توربین:
لاجیک توربین به مجموعه‌ای از قوانین و الگوریتم‌های کنترلی گفته می‌شود که برای مدیریت و کنترل عملکرد توربین‌ها استفاده می‌شود. این لاجیک شامل ورودی‌ها، پردازش داده‌ها، و خروجی‌ها است که به صورت هماهنگ عمل می‌کنند تا توربین بهینه و ایمن کار کند.
کاربردهای لاجیک توربین
- کنترل سرعت: تنظیم سرعت چرخش روتور.
- مدیریت دما: کنترل سیستم‌های خنک‌کننده برای حفظ دمای مناسب.
- کنترل فشار: تنظیم فشار گاز یا بخار در نقاط مختلف توربین.
- تشخیص خطا: شناسایی و رفع مشکلات احتمالی برای جلوگیری از خرابی‌های ناگهانی.
- بهینه‌سازی عملکرد: استفاده از الگوریتم‌های پیش‌بینانه برای بهبود کارایی و کاهش مصرف سوخت.
نوشتن لاجیک برای توربین
برای نوشتن لاجیک (منطق) برای کنترل توربین، باید به موارد زیر توجه کنید:
- ورودی‌ها: داده‌هایی که از سنسورها و دستگاه‌های اندازه‌گیری دریافت می‌شوند، مانند دما، فشار، سرعت چرخش و جریان سیال.
- پردازش داده‌ها: تحلیل و پردازش داده‌های ورودی برای تصمیم‌گیری‌های کنترلی.
- خروجی‌ها: دستورات کنترلی که به اجزای مختلف توربین ارسال می‌شوند، مانند تنظیم دریچه‌ها، کنترل سرعت چرخش و مدیریت جریان سیال.
- الگوریتم‌های کنترلی: استفاده از الگوریتم‌های کنترلی مانند PID (تناسبی-انتگرالی-مشتقی) برای حفظ عملکرد بهینه توربین.
- ایمنی و پایداری: اطمینان از عملکرد ایمن و پایدار توربین در شرایط مختلف عملیاتی.
سیستم‌های شبیه‌سازی – Simulation
سیستم‌های شبیه‌سازی و تست لاجیک با شبیه‌سازها ابزارهای قدرتمندی هستند که برای ارزیابی و بهینه‌سازی عملکرد توربین‌ها و سایر سیستم‌های پیچیده استفاده می‌شوند. این سیستم‌ها به مهندسان و تکنسین‌ها امکان می‌دهند تا بدون نیاز به تجهیزات واقعی، عملکرد و لاجیک کنترلی را در شرایط مختلف آزمایش کنند.
کاربردهای سیستم شبیه‌سازی و تست لاجیک
- آزمایش و ارزیابی: شبیه‌سازها این امکان را دارند تا لاجیک کنترلی را در شرایط مختلف عملیاتی آزمایش کنند و عملکرد سیستم را ارزیابی کنند.
- تشخیص خطا: با استفاده از شبیه‌سازها می‌توان خطاهای احتمالی را قبل از اینکه در تجهیزات واقعی رخ دهد را شناسایی و رفع کرد.
- آموزش: شبیه‌سازها ابزارهای آموزشی عالی برای آموزش کارکنان و تکنسین‌ها در زمینه نگهداری و تعمیرات سیستم‌ها هستند.
- بهینه‌سازی: با استفاده از شبیه‌سازها می‌توان پارامترهای مختلف را تغییر داده و بهترین تنظیمات برای بهینه‌سازی عملکرد سیستم دست پیدا کرد.
عملیاتی که با سیستم شبیه‌ساز توربین MGT-30 مجموعه مپنا انجام شد:
این شبیه‌ساز قابلیت دینامیکی دارد که می‌توانیم با تمامی ورودی‌ها و خروجی‌ها را مورد ارزیابی و آنالیز قرار داد. ورودی‌ها و خروجی‌های متنوع مورد نیاز کنترل را تست و برای گاورنر از تعداد محدودی ورودی و خروجی استفاده گردید. مدل ریاضی و فیزیکی توربین و سیستم کنترلی آن در نرم‌افزار ایجاد و پارامترهای مختلف توربین وارد شد. سپس شبیه‌سازی در مدهای مختلف عملیاتی اجرا گردید. در ابتدا عملیات با چالش فراوان آغاز شد و پس از رفع اختلال و Shutdown متعدد، متغییرها تنظیم و در نهایت پس از 5 روز تلاش مهندسین با شبیه ساز و لاجیک نتایج مطلوب حاصل گردید.
مراحل تست لاجیک با مدل شبه دینامیکی
- ایجاد مدل شبیه‌سازی: ابتدا باید یک مدل دقیق از سیستم مورد نظر در نرم‌افزار شبیه‌ساز ایجاد کنید.
- تعریف ورودی‌ها و خروجی‌ها: ورودی‌ها و خروجی‌های مختلف سیستم را تعریف کنید تا شبیه‌ساز بتواند داده‌های واقعی را تقلید کند.
- اجرای شبیه‌سازی: شبیه‌سازی را اجرا کنید و داده‌های خروجی را تحلیل کنید تا عملکرد سیستم را ارزیابی کنید.
- تنظیم و بهینه‌سازی: بر اساس نتایج شبیه‌سازی، تنظیمات لازم را انجام دهید و شبیه‌سازی را مجدداً اجرا کنید تا به بهترین عملکرد برسید
در این شبیه‌ساز از#Fortran، C و WinCC استفاده کردیم. در Fortran، مدل ترمودینامیکی ماشین پیاده‌سازی شده است. با استفاده از C#، مدل تجهیزات جانبی نوشته شده و با WinCC ارتباطات بین سیستم کنترل زیمنس و شبیه‌ساز برقرار شده است. این شبیه‌ساز به صورت بلادرنگ (Real-time PCR) عمل می‌کند، به این معنا که هر چیزی که در واقعیت اتفاق می‌افتد، به صورت لحظه‌ای قابل مشاهده است.
این شبیه‌ساز قابلیت فریز کردن در هر لحظه را دارد تا در صورت بروز مشکل در لاجیک، بتوانیم آن را دیباگ کنیم و ایرادات را بدون تغییر شرایط پیدا کنیم. این ویژگی به ما کمک می‌کند تا سرعت کارمان افزایش یابد.
در مدل شبه‌دینامیکی، باید معادلات ترمودینامیکی را برای شرایط مختلف حل کرد. این شرایط شامل دبی هوایی، دمای محیط، رطوبت محیط و سایر داده‌های محیطی است. این معادلات درسیستم شبه دینامیکی حل خواهد شد و در خروجی‌ها شامل دماها و فشارهای مختلف به سیستم کنترل ارائه می‌شود. تمامی این محاسبات در مدل انجام می‌شود.
تعریف ورودی‌ها و خروجی‌ها در دو بخش انجام می‌شود: یکی در داخل مدل که با سیستم کنترل در ارتباط است و دیگری با مدل که باید از سیستم کنترل داده دریافت کند تا خروجی‌ها را به عنوان ورودی به سیستم کنترل، انتقال دهد. این کار با استفاده از نرم‌افزار WinCC انجام می‌شود. همچنین، بخشی از شبیه‌سازی یا مدل‌سازی تجهیزات جانبی در نرم‌افزار C# به صورت برنامه‌نویسی مالتی‌ترد (Multithreading) نوشته شده و به صورت موازی پردازش می‌شود. این قابلیت به ما امکان می‌دهد تا شبیه‌سازی را به صورت بلادرنگ اجرا کنیم و ورودی‌ها و خروجی‌ها در سیستم کنترل مورد ارزیابی قرار گیرند.
نتیجه نهایی لاجیک گاورنر (Governor) DLE توربین DG90
نتایج شبیه‌سازی نشان داد که عملیات با موفقیت انجام پذیرفت و پارامترهای توربین در تمامی مدهای مدنظر به درستی کار کردند. به طور خلاصه، نتایج به شرح زیر است:
- مد عملیاتی Start-up
- مد عملیاتی HPC controller
- مد عملیاتی PT controller
- مدهای Limiting governing مربوط به LP Speed ، HP Speed ، PT Speed ، EGT
- مد Limiting Protection
- مد Shutdown
- سوئیچ بین مدهای ذکر شده
گاورنر یا فرماندار (Governor) دستگاهی است که برای کنترل سرعت یا پارامترهای دیگر در سیستم‌های مکانیکی استفاده می‌شود. این دستگاه به ویژه در موتورهای دیزل، توربین‌های بخار، و سایر ماشین‌های گردان کاربرد دارد. گاورنر با تنظیم میزان انرژی ورودی، سرعت پیش‌ران اصلی را کنترل می‌کند.
DLE مخفف عبارت Dry Low Emissions است. این فناوری در توربین‌های گاز به کار می‌رود تا میزان انتشار آلاینده‌ها را کاهش دهد. در سیستم‌های DLE، احتراق به گونه‌ای طراحی شده است که بدون نیاز به تزریق آب یا بخار، دمای شعله را کنترل کرده و انتشار اکسیدهای نیتروژن (NOx) را به حداقل برساند.
دو جزء اصلی گاورنر عبارتند از:
حسگر سرعت: که سرعت فعلی سیستم را اندازه‌گیری می‌کند.
کنترل‌کننده انرژی ورودی: که میزان انرژی ورودی به سیستم را تنظیم می‌کند تا سرعت مورد نظر حفظ شود.
تحلیل و نتیجه‌گیری:
با توجه به نتایج به دست آمده از شبیه‌سازی، می‌توان نتیجه گرفت که لاجیک توربین به درستی طراحی و پیاده‌سازی شده است.
