طراحی و ساخت قفل الکترونيکي

رديابي گوشی همراه

كنترل هوشمند چهارراه

طراحی و ساخت مين ياب هوشمند

ادامه 

موضوع مقاله :مجتمع كردن اتوماسيون پستها

 


در دهه 70 ميلادي، با پيدايش ميكروپروسسور، سازندگان تجيهزات (پستها) سعي كردند وسايل الكترومكانيكي رابا وسايل نيمه هادي مجهز به ميكروپروسسور جايگزين كنند. اين وسايل درصنعت به نام وسايل الكترونيكي هوشمند(IED) شناخته شدند. IED قابليتهاو توانايي‌هاي اضافي به وسايل افزودند نظير تشخيص خطا وچك كردن خودشان،داشتن رابطهاي مخابراتي و قابليت ذخيره داده ها و وقايع سيستم. همچنينIED‌ها باعث شدند تا وسايل تكراري، حذف شوند چون قابليت چندكار راداشتند.
مجتمع كردن سيستم كنترل ايستگاهي (به هم پيوستن تمامIEDهابه يك سيستم كنترل مجتمع پست(ISCS)) باعث كم شدن هزينهسيم‌كشي،‌ارتباط، نگهداري و بهره‌برداري مي‌شود و كيفيت برق و قابليتاطمينان آن را افزايش مي‌دهد.
با تمام اين مزاياISCS در آمريكاي شمالي پيشرفت چشمگيري نداشته و يكي از دلايل عمده آن اين است كهرابطهاي سخت‌افزاري و پروتكلها برايIED ها استاندارد نشده‌اند. البتهزمان زيادي براي وضع استانداردها برايIEDها صرف شده است اما عليرغمفوري بودن اين مساله هنوز توسط صنايع، استاندارد مشخصي پذيرفته نشدهاست. برخي استانداردها در اين زمينه عبارتند از(UCA2.0)، Profibus (ازIEC) و(DNP 3.0).
به جاي استفاده از يك سخت‌افزار جانبي و يكپروتكل براي هرIED، مي‌توان ازgateway استفاده كرد. gateway به عنوانيك مبدل پروتكل عمل مي‌كند. با استفاده ازgateway مي‌توانIEDهايشركتهاي مختلف را به هم مربوط كرد. مثلاً رله‌هاي حفاظتي از يك شركت،سيستم مونيتورينگ از شركت ديگري و سيستمهايPLC از شركت ديگريباشد.
موضوع مهمي كه در مجتمع كردنIED در يك سيستم كنترل دستگاهيبايد مورد توجه قرار گيرد اين است كه بسياري ازIEDها تنها داراي يكپورت ارتباطي هستند و موقع ارسال فرمان توسط كاربر يا عامل بهIED،داده‌هاي ديگر برايIED قابل دسترس نيستند. اين وضعيت براي حالتي كهاين داده‌ها براي عمليات زمان حاضر لازم باشند، يك وضعيت بحراني است. سيستم بايد بتواند اين شرايط را تشخيص داده و به ديگر عاملان سيستماعلام كند. درحال حاضر بسياري از سازندگانIED محصولات خود را با دوپورت (ورودي – خروجي) توليد مي‌كنند تا ازاين مشكل جلوگيري شود.
درISCS نياز به يك شبكه ارتباطي داريم و شبكه محلي(LAN) توپولوژي مناسبياست. در يك شبكه محلي سرعت مسير ارتباطي بايد بالا باشد. براي حفاظتايستگاه، زمان انتقال بايد 2تا 4 ميلي‌ثانيه باشد و بايد زمان انتقالبدترين حالت، محدود و قابل پيش‌بيني باشد. (دقت در حد ميلي ثانيه بندرتدر پروتكلهايLAN سطح بالا رعايت مي‌شود). LAN بايد قابليت سنكرون كردنرا داشته باشد. اين يك قابليت حياتي براي سيستمهاي امروزي است تابتوانند حوادث گذشته را تحليل كنند و ترتيب اتفاقات (متوالي) در يكسيستم را مشخص كنند.
رابطه انسان و ماشين شايد مهمترين قسمت در كلISCS باشد. اطلاعات بايد به صورت واضح و با يك روش مناسب، بدون هيچ خطاو ابهامي براي كاربر بيان شود. در حال حاضرPC براي اين كار انتخاب شدهاست.
آنچه سرمايه‌گذاري برايISCS را توجيه مي‌كند اين است كهبتواند از نرم‌افزارهاي نگهداري و بهره‌برداري به خوبي استفاده كند. نرم‌افزارهاي در دسترس يا در حال توسعه تحت اين عناوين طبقه‌بنديمي‌شوند:
-
براي افزايش بازدهي نظير كاهشVAR متعادل كردن بار فيدرو بار انتقالي
- براي قابليت اطمينان نظير تشخيص خطا، مديريت بار وكليد‌زني خازنها و بار انتقالي
- براي كاهش نگهداري سيستم نظير ثبتديجيتالي خطاها و ضبط ترتيب حوادث و وقايع
- پيش‌بيني قانونمندنگهداري سيستم كه اين مورد هنوز يك فن‌آوري نوظهور است.
-
درISCS به دليل قابليت اطمينان بايد سيستم تغذيه مجهز بهUPS باشد و وسايل وتجهيزات حياتي از پشتيبان همزمان و موازي برخوردار باشند. (Redundancy)
سيستمهاي كامپيوتري اتوماسيون پستها حداقل ازپنج سالپيش، نصب شده‌اند. براي پاسخگويي به برخي مسائل نظير ايمني كاركنان كهباطيف وسيعي از تجهيزات برقي سروكار دارند. افزايش بازده كاري وصرفه‌جويي در سرمايه باعث شده تا بسياري از شركتها به سيستمهايي بارابط تصويري(CRT) براي كاربران رو بياورند.
(Person Machine Interface) PMI
براي كاربران به عنوان يك جايگاه عملياتي است تا همشرايط پستها را نظارت كنند و هم از طريق آن عمليات معمول يا اضطراريمربوط به كليدها را انجام دهند.
در حقيقتPMI تنها قسمتي از يكسيستم كنترل مجتمع اتوماسيون يك پست برق است و ساير قسمتها عبارتنداز:
وسايل الكترونيكي هوشمندIED، شبكه‌هاي ارتباطي، سايتهايكامپيوتر و سيستمهاي عامل.
در اين مقاله مزايا و معايب واقعي وپيشنهاديPMI بررسي و چگونگي به كارگيري ومجتمع‌ كردن تكنولوژي‌هايقسمتهاي مختلف و روش رفع موانع آن در يك سيستم كنترل پست برق تحليلمي‌شود.

حركت به سمت استفاده بدون خطر از تجهيزات
به خاطراينكه هر وسيله، مشخصات فني خاص خود را دراد و صنعت‌برق در بسياري ازجاها با طيف وسيعي از تجهيزات برقي مربوط به سالهاي مختلف روبروست و بهلحاظ ايمني كاركنان عملياتي سيستم، به خصوص در محدوده پستها، اينكاركنان تنها روي چند وسيله محدود كار مي‌كنند (تا خوب به آن مسلطباشند). اين مساله باعث مي‌شود كه قابليت انعطاف سيستم اداري كاركنانكم شود، يعني شرايط استخدام مشكلو هزينه آموزش و تربيت نيروي ماهر زيادمي‌شود. پيش‌بيني مي‌شودكه پيشرفت شغلي آن دسته از كاركناني كهآموزشهاي اضافي (و به روز) مي‌بينند، محدود شده و اين باعث افزايشخطرپذيري آنها در كارهاي عملياتي شود.
برخي شركتهاي برق براي انجامعمليات در محوطه پست ها، يكPMI در اختيار كاركنان قرار مي دهند تاكاركنان بتوانند از طريق آن به قطع‌كننده‌ها، ترانسفورماتورها و سايرتجهيزات فرمان قطع و وصل بدند. PMI اپراتور را از حركت در اطراف پستبي‌نياز مي‌كند و در نتيجه خطراتي كه متوجه افراد است ر ا كاهشمي‌دهد.

مزاياي واقعي
به خاطر هزينه زياد تجهيزات و(معمولاً) رشد كم تقاضاي (مصرف) سيستم، كمتر اتفاق مي‌افتد كه تجهيزاتدو پست كاملاً يكسان باشد. بنابراين اگرتجهزات از سازندگان مختلفي تهيهشوند كه تكنولوژي، رابطها و پيكربندي وسايل آنها با يكديگر اختلافداشته باشد، امري عادي است. حتي براي تجهيزات يكسان، تنظيم‌هاي عملياتي(مانند محدودكننده‌هاي بار و تنظيم‌هاي حفاظت) براي هر وسيله به صورتاختصاصي تنظيممي شود. در نتيجه به خاطر ايمني كاركنان عملياتي سيستم،به خصوص در محدوده پستها، آنها تنها روي جند وسيله محدود كار مي‌كنند(تا خوب به آن مسلط باشند). PMI اپراتور را از حركت در اطراف تجهيزاتبي‌نياز مي‌كند و در نتيجه خطرات را كاهش مي‌دهد اين بحث در سالهايآينده يكي از مباحث مهم ايمني و سلامت شغلي است. به خصوص در پستهايقديمي كه قطع‌كننده‌هاي مدار براي فرونشاندن قوس ناشي ازقطع‌كننده‌ها،‌ امكانات كافي ندارند.
با بالا رفتن سرعت و صحت عملكاركنان، شركتها مي‌توانند از كاركنان خبره در قسمتهاي ديگر سيستم نيزاستفاده كنند و بازده كاري افراد بالا مي‌رود.
تابلوهايmimic كهفن‌آوري قبلي مورد استفاده در پستها بود، دو اشكال اساسي دارند. يكياينكه آنها از تعداد زيادي اجزاي جداگانه تشكيل شده است كه نياز بهنگهداري زيادي دارد. ديگر اينكه اضافه كردن يك نمايشگر يا كنترل‌كنندهبه سيستم خيلي پرهزينه است.
PMI
اين معايب را ندارد، ميزان خرابينرم‌افزار و سخت‌افزار مربوط به آن (پس از نصب و آزمايش) خيلي كم است. تنها قسمتي كه احتمال بيشترين خرابي را دارد صفحه نمايش است. اما چوندر مواقعي كه استفاده نمي‌شود معمولاً خاموش است. در مقايسه با صفحاتنمايش با كاربردهاي معمول، عمر بيشتري دارد. همچنين در مقايسه با روشتابلوmimic از نظر فضا صرفه‌جويي زيادي دارد و اگر براي اتوماسيون يكپست جديد از اين روش استفاده كنيم. از نظر كار ساختماني نيز صرفه‌جويياساسي مي‌شود. با واگذاري عملياتهايي نظير تنظيم ولتاژ ترانسفورماتور ومديريت بار به نرم‌افزار، كاهش بيشتري در تعداد تجهيزات امكان‌پذيرمي‌شود. كمتر شدن تجهيزات نظارت و كنترل به معني كاهش هزينه‌هاينگهداري است.
اتوماسيون پستهاي مبتني بر نرم‌افزار، مي‌تواند فرصتخود چك كردن و تشخيص خطاي قابل ملاحظه‌اي را فراهم كند. مثلاً اشكالاتولتاژ را تشخيص دهد و به ساير اپراتورهاي محلي يا دورتر اعلام كند. ازديگر امكاناتPMI بيان راحت و ساده امكانات تصويري مانند طرح و صفحهتصوير رنگها، قلمها، نشانه‌هاي تجهيزات و متحرك‌سازي (برخي فرايندهايسيستم) است.
اپراتورهاي پستهاي امروزي، ممكن است فردا اپراتورهايمركز كنترل باشند، لذا كار روزمره باPMI حداقل فايده‌اي كه براي شركتو خود او دارد، آمادگي بيشتر براي آموزشهاي آينده است. اپراتورهايپستهاي امروزي، ممكن است فردا اپراتورهاي مركز كنترل باشند. لذا كارروزمره باPMI حداقل فايده اي كه براي شركت و خود او دارد. آمادگيبيشتر براي آموزشهاي آينده است. اپراتورهاي پست هاي امروزي، ممكن استفردا اپراتورهاي مركز كنترل باشند. لذا كار روزمره باPMI حداقل فايدهاي كه براي شركت و خود او دارد آمادگي بيشتر براي آموزشهاي آيندهاست.
در بعضي از سيستمها، مي‌توان در يك زمان اطلاعات سيستم را همبه سيستم محلي و هم به ايستگاه مركزي ارسال كرد. در اين حالت ايمنيذاتي سيستم به خاطر اينكه دو اپراتور به اطلاعات يكساني از سيستمدسترسي دارند بيشتر مي‌شود. البته دو اپراتوري بودن سيستم همه‌جا مناسبنيست. پارامترهايي مانند مباحث كاري، ظرفيت و انعطاف‌پذيري ايستگاهاصلي و نرم‌افزار ايستگاه فرعي، پروتكل ارتباط و محدوديتهاي باندفركانسي مهمترين مباحثي هستند كه در هر وضعيت و حالتي بايد موردتوجهقرار گيرد.

معايب
با گسترش ايستگاههاي كامپيوتري، شركت‌هامجبورند افرادي را كه توانايي نگهداري و ايجاد سيستم (يا حداقل تواناييتغيير پيكربندي سيستم) PMI را دارند به كار گيرند. افرادي با اينمهارت‌ها طبيعتاً خيلي ماندگار نيستند و اين در درازمدت ممكن است به يكمشكل تبديل شود و شركت‌ها مجبور شوند از افراد يكديگر به صورت نوبت كاراستفاده كنند.
PMI
برخي هزينه‌هاي كوچك به سيستم تحميل مي‌كند نظيرهزينه‌هاي سخت‌افزارPC، هزينه طراحي اوليه و هزينه نگهداري بعدي ازسيستمPMI، اما اين هزينه‌ها با مزاياي آن جبران مي‌شود. ضمن اينكهافزايش سرعت عملياتي، ايمني و قابليت اطمينان كه به خاطر استفاده ازPMI حاصل مي‌شود، ممكن است فوايد پنهان ديگري نيز در برداشته باشد،مانند: كاهش اضطراب كاركنان عملياتي و افزايش رضايتمشتري.

كنترل از راه دور ايستگاهها و تجهيزات آن
كنترل ازراه دور ايستگاهها از دهه 1960 شروع شد و در حدود دهه 70، جايگزينيوسايل الكترومكانيكي با ابزارهاي نيمه‌هادي در مرحله ابتدايي و مقدماتيبود.
يك طرح اتوماسيون پست، قبل از دهه 90 به طور معمول شامل سهناحيه عملياتي اصلي بود: كنترل نظارتي و جمع‌آوري داده‌ها(Scada) كنترل پست شامل اندازه‌گيري و نمايش، حفاظت، نمايي از اين سيستم درجدول 1 ديده مي‌شود. تجهيزات اتوماسيون مورد استفاده در هر يك از نواحيبه طور عمده شامل وسايل الكترومكانيكي نظير وسايل اندازه‌گيري، رله‌هاو وسايل حفاظت، زمان‌سنج‌ها، شمارنده‌ها و وسايل نمايش آنالوگ وديجيتال بود. سيستم‌هاي آنالوگ و ديجيتال اطلاعات دراين سيستم‌ها را درمحل وسايل و يا روي پانلهاي مدل سيستم نمايش مي‌دهند. همچنين دراينپانلها سوئيچهاي الكترومكانيكي قرار داشت كه اپراتورهاي پست براي كنترلوسايل اوليه داخلي پست استفاده مي‌كردند. معمولاً براي نمايش تجهيزاتمربوط به هر يك از سه ناحيه عمليات اصلي قسمتي از پانل كنترل اختصاصداده شده بود.
با ظهور ريزپردازنده‌ها دردهه 70، شرايط عوض شد. سازندگان تجهيزات پست‌ها جايگزيني وسايل الكترومكانيكي ساخت خود را باوسايل نيمه‌هادي شروع كردند. اين وسايل مبتني بر ريزپردازنده‌ كه بعداًدر صنعت به وسايل الكترونيكي هوشمند(IED) معروف شدند، مزاياي چندينسبت به وسايل قديمي داشتند. آنها قابليتهاي اضافي نظير تشخيص خطا،‌خودچك كردن توانايي ذخيره داده‌ ها و ثبت وقايع، رابطهاي مخابراتي و واحدورودي خروجي مجتمع با قابليت كنترل از راه دور داشتند. همچنين به خاطراينكه چندين قابليت را مي‌توان در يكIED فشرده ساخت،‌مي‌توان وسايلجانبي را حذف كرد. براي مثال، وقتيIED به يك ترانسفورماتور ولتاژ وجريان در مدار وصل است. اين وسيله مي‌تواند همزمان وظيفه حفاظت،اندازه‌گيري و كنترل از راه دور را به عهده بگيرد.
از امتيازات جالبتوجهIED قابليت اطمينان، راحتي نگهداري و سرعت مشكل‌دهي و پيكربنديسيستم است.
دهه 70 و اوايل دهه 80 كه اين وسايل عرضه شدند به خاطرشك و ترديد در موردقابليت اطمينان آنها و همچنين هزينه زياد، از آنهااستقبال نشد. اما با كمتر شدن قيمت و پيشرفت در قابليت اطمينان و اضافهشدن قابليتها، آنها پذيرش بيشتري پيدا كردند.
در همين حال، شركتهايبرق جايگزين كردنPLC را به جاي رله‌هاي الكترومكانيكي (كه درمنطقهرله‌اي و منطق كنترل حفاظت در تابلوهاي تجاري و معمول كنترل پستها بهكار مي‌رفتند) شروع كردند. البته فروشندگان تجهيزات هنوز اين روند رامتوقف نكرده‌اند.آنها همچنين زير سيستم رابط گرافيكي كاربر را گسترشدادند. به طوري كه اكنون روي يك سكوي كامپيوتري ارزان قيمت متكي بهPC قابل اجراست. اين سكوهاي گرافيكي براي برقراري يك رابط انسان ماشيني(PMI) پيشرفته‌تر (نسبت به اندازه‌گيري‌هاي قديمي آنالوگ و صفحات نمايشديجيتال) از واحدهاي كنترل از راه دور وPLC استفاده كردند. هر چهتوابع و فعاليتهاي اتوماسيون پستها در يك دستگاه تنها فشرده‌تر مي شد،مفهوم يكIED گسترش مي‌يافت. اين كلمه هم‌اكنون در مورد يك وسيله مبتنيبر ريزپردازنده‌ با يك درگاه ارتباطي (مخابراتي). كه همچنين شاملرله‌هاي حفاظت، اندازه‌گيريها، واحدهاي خروجي، PLCها، ثبت‌كننده‌ هاديجيتالي خطا و ثبت‌كننده ترتيب وقايع نيز مي‌شود، به كارمي‌رود.


گفته‌هاي گروه‌كاري
IED اولين سطح فشرده‌سازياتوماسيون است. اما حتي با استفاده گسترده از آن نيز تنها جزيره‌هايياز اتوماسيون در بين پستهاي مختلف پراكنده مي‌شوند. صرفه‌جويي بيشترموقعي حاصل مي شود كه تمامIEDها در يك سيستم كنترل ايستگاههاي متمركز(ISCS) قرار گيرند. تحقق سيستمهاي كنترل كاملاً مجتمع، هزينه‌هايسيم‌كشي، تعمير و نگهداري، مخابراتي و عملياتي را كاهش و كيفيت برق وقابليت اطمينان سيستم را افزايش مي‌دهد.
اگر چه اين مزايا ارزشمنداست اما مجتمع كردن سيستم اتوماسيون ايستگاهها (مثلاً در آمريكايشمالي) پيشرفت كمي داشته است و دليل عمده آن اين است رابطهايسخت‌افزاري و پروتكلها برايIED استاندارد نيستند. تعداد پروتكل‌هابرابر تعداد سازندگان وسايل و يا بلكه بيشتر، به خاطر اينكه توليدات يككارخانه نيز اغلب پروتكلهاي مختلفي دارند.
يك راه‌حل براي اين مشكلنصب و برقراري يكgateway است كه به عنوان يك سخت‌افزار ورابط پروتكلبينIED و يك شبكه عمل مي‌كند. gateway به شركت برق اجازه مي‌دهد تا بااجزاي يك شبكه و پروتكل ارتباطي مشترك، وسايل مختلف را با هم روي يكايستگاه مجتمع كند. gateway به يك رابط فيزيكي بينIED و استانداردهايالكتريكي شبكه و همچنين به يك مبدل پروتكل بين آنها است.
Gateway
باعث مي‌شود تمامIEDها ازديدگاه شبكه مورد استفاده در پست، از نظرارتباطي يكسان به نظر برسند. از آنجا كه براي هرIED يك نرم‌افزارنوشته شده اين وضعيت نرم‌افزار نيز كار را پيچيده‌تر و مشكل‌تر كردهاست. براي مثال ممكن است يك شركت بخواهد تعدادي رله حفاظت از نوعDEL،رله‌هاي حفاظت فيدر از نوعABB، مونيتورهاي با كيفيت بالايGE Multilim اندازه‌گيريهايPML و يكPLC نوعModicon را در سيستم كنترلي ايستگاهيخود مجتمع كند. رله‌هايSEL براي ارتباط از يك فرمتASCLL كه توسطSEL پشتيباني مي‌شود استفاده مي‌كند. رله‌هايABB وGE پروتكلENP3.00 رامورد استفاده قرار مي‌دهند و اندازه گيري هايPML نيز از همين پروتكلاستفاده مي كنند. در حالي كهPLC براي ارتباط از پروكتلModbus كهModicon تهيه كرده است،استفاده مي كند. براي داشتن تمام اينIED ها وپروتكلهاي نامتجانس آنها روي يك سكوي كامپيوتري،استفاده از درگاهبهترين راه حل است.
درگاه نه تنها به عنوان يك رابطه بين لايهفيزيكي شبكه محلي و درگاههايRS232/RS485 كه رويIED ها هستند عمل ميكند بلكه به عنوان يك مبدل پروكتل،پروكتلهاي خاص هرIED را (مانندSEL DNP3.0 ياModbus) به پروكتل استاندارد مورد استفاده شبكه محلي نصب شدهترجمه
مي كنند.

درگاهها
دو روش در استفاده از درگاه برايارتباط دادن وسايل با شبكه ايستگاهي مورد توجه است. در يك روش برايوسيله هوشمند يك درگاه ارزان قيمت تك ارتباطي استفاده مي شود و در روشدوم از يك درگاه كه داراي چندين گذرگاه است براي ارتباط با چندينIED استفاده مي شود (شكل 1). اينكه كدام روش اقتصادي تر است به محل استقرارIED ها بستگي دارد. اگر آنها در يك محل مركزي جمع شده باشند روشاستفاده از چند درگاه مطمئناً مناسبتر است.
يك مشكل ديگر كه هنگاممجتمع كردنIEDها بايد مورد توجه قرار گيرد پيكربندي تجهيزات است. تعداد زيادي ازIEDها تنها يك درگاه ارتباطي دارند كه دو منظور راپشتيباني مي‌كند. يكي دريافت داده‌هاي گذشته و داده‌هاي زمان حاضرسيستم و ديگري خواندن و چندين كانال به صورت ترتيبي كار كند. اگرIDEهادر تمام ايستگاه پخش شده باشند، هزينه كابل‌كشي ممكن است خيلي سنگينشود.
همبند شدن قسمتهاي منطقي و هماهنگ عمل كردن، به يك كابل‌كشيمخرب نياز دارد. چرا كه معمولاً وروديها به صورت سخت‌افزاري به محلهايمناسب وسيله متصل مي‌شوند. اين ارتباط مي‌تواند به صورت يك شبكه محلي(LAN) به عنوان يك نوع مسير ارتباطي خوب برقرار شود.
سرعت مسيرارتباطي براي انتقال اطلاعات حفاظت پست بايد بالا باشد (با زمان انتقال2-4 ميلي‌ثانيه و اين مقدار اجباري است) يعني بدترين محدوديت قابلپيش‌بيني زمان انتقال منظور شود
براي جايگزيني و تعويض كابل‌كشيشبكه بايد قابليتهاي اضافه‌تري در مواجهه با تغييرات محيطي (فيزيكي والكتريكي) و تاخير در پردازش و فراخواني داده و قابليت سنكرون شدنداشته باشد. سنكرون شدن در شبكه‌هاي كنترل ايستگاهي، براي تحليل وقايعگذشته و تعيين ترتيب وقايع در يك سيستم حادثه ديده حياتي است. اما دقتدر حد ميلي‌ثانيه كه مناسب اين نوع كارها باشد، به ندرت در پروتكلهايشبكه‌هاي سطح بالا پيش‌بيني شده است. اگر چه به نظر مي رسد به خاطر اينمشكلات استفاده ازLAN روش خوبي نيست، اما به كمك ماهواره مي‌توان بهوسايل مورد نياز، سيگنال سنكرون كننده (زمان يكسان) ارسال كرد و مشكلسنكرون نبودن سيستم را برطرف كرد.
در سيستمهاي آينده مبتني براستانداردهاي بازLAN دسترسي به قسمت سوم تجهيزات و مجموعه‌هاي مهارتيآسانتر است. استفاده گسترده‌تر و معمولتر از استاندارد باعث مي شود تاقسمت سوم تجهيزات به سازگار بودن محصولاتشان با محصولات يكديگر مطمئنشوند و به عنوان آخرين مزيت، اين براي سرمايه‌گذاران اشتغال خوبي استكه به سادگي تجهيزات خود را با يكي از تجهيزات بزرگ موجود وپايه‌سازگار كنند.
جدا از بحث مربوط به نيازهاي يك شبكه، در حالحاضر دو شبكه استاندارد وجود دارد. حداقل آنها در بين شركت‌ها وسازندگان آمريكا و اروپا بيشتر از همه مورد توجه هستند. اين دوعبارت‌اند از: اترنت و پروفيبوس. هيچكدام از آنها تمام نيازهايپيش‌گفته را برآورده نمي‌كنند، اما هر دو راه‌حلهاي تجاري خوبيهستند.
مزيت بزرگ، اترنت اين است كه سخت‌افزار و امكانات آن راسازندگان زيادي عرضه مي‌كنند، از كاربردهاي چند لايه پشتيبانيمي‌كند،‌كيفيت مناسب دارد پشتيباني پروتكل شبكه مطابق با استانداردهايصنعتي و كميت ناچيز وسايل آزمايش است. اما مهمترين نقص آن براي استفادهدر پست، طبيعت احتمالي و غيرقطعي است كه در نسخه استاندارد استفاده شدهاست (البته روشهايي براي رفع اين مشكل ابداع شده است)
از شبكهپروفيبوس براي فرآيندهاي صنعتي در اروپا خيلي وسيع استفاده مي‌شود وقطعي و غير احتمالي گزارش شده است. اما پروتكل‌هاي شبكه و لايه‌هايكاربردي تنها به استانداردهاي تعريف شده پروفيبوس محدود مي‌شود وتجهيزات و سخت‌افزار اضافي آزمايش خيلي بيشتر از آنهايي است كه براياترنت در دسترس است.
به فرض اينكه تمام مشكلات و مباحث مربوط بهسخت‌افزارIED، تكنولوژيهايLAN و پروتكلIED وLAN حل شده باشد، سوالبعدي اين است كه تمام اين اطلاعات مجتمع را به چه روش اقتصادي و مناسبيبراي اپراتور پست نمايش دهيم.

رابطهاي غيرمبهم مناسبكاربر
رابطه انسان – ماشين(PMI) شايد مهمترين قسمت در كلISCS باشد. از طريق اين رابط است كه اپراتور پست بايد كل پست را نظارت وكنترل كند.
داده‌ها بايد براي اپراتور با دقت و آشكار بيان شود. امكان خطا و يا ابهام نبايد وجود داشته باشد. چرا كه عمليات اپراتورروي تجهيزات سيستم مهم و حساس است، همان طور كه ايمني افراد اهميتدارد.
تكنولوژي انتخاب شده دراينجاPC است. PC يك مركز كامپيوتريقوي براي كاربردها فراهم مي‌كند. نرم‌افزارهاي گرافيكي براي ارتباط باكاربرPC را قادر مي‌كند كه به صورت يك وسيله پيشرفته نظارت و كنترلبراي اپراتورهاي پست باقي بماند. كارت‌هاي شبكه زيادي براي ارتباطPC با شبكهLAN در دسترس است. همچنين محدوده انتخاب كامپيوترهاي قويگسترده است. Pentium Pro, Pentium) و...)
در يك دستگاه كامپيوتري،نرم‌افزارهاي كنترل نظارتي و ثبت اطلاعات،‌داده‌ هاي سيستم را از طريقاطلاعات،‌داده‌هاي سيستم را از طريقIEDهاي واصل به شبكه جمع‌آوري و دريك پايگاه داده مركزي ذخيره مي‌كند. سپس داده‌ها به راحتي توسطنرم‌افزارهاي كاربردي و رابطهاي گرافيكي در دسترس كاربر هستند. عملياتSCADA مي‌تواند هر دستور كنترلي اجرا شده به وسيله اپراتور را بهIED مورد نظر بفرستد. در حال حاضر بسياري از نرم‌افزارهاي گرافيكي بهاپراتورها كمك مي‌كنند تا كار نظارت و كنترل پستها را با راندمانبالايي انجام دهند. وضوح تصوير خوب و قابليت كامل گرافيكي بسياري ازنرم‌افزارها به اپراتورها امكان مي‌دهد تا اطلاعات را به صورت‌هايمختلف ببيند (به صورت جدولي، شماتيكي و يا هر نوع روش مناسب ديگر). حتيبرخي بسته‌هاي نرم‌افزاري قوي توانايي اين را دارند كه بسياري ازفرآيندهاي داخل يك پست را با متحرك‌سازي نمايش دهند. شكل 2 مروري سريعبر وضعيت يك پست اتوماسيون مجتمع را نشان مي‌دهد.

پيشرفت‌ دراقتصادي شدنطرح
طرحiscs كه ازIEDها، LANها، پروتكلها، رابطهايگرافيكي كاربران(PMI) و كامپيوترهاي ايستگاهي تشكيل شده، پايه و اساسپستها و ايستگاهها خودكار است.اما بلوكهاي ساختماني كاربردي (كه متشكلاز نرم‌افزارهاي عملياتي و نگهداري است). باعث سوددهي و توليد نتايجمطلوب شده و سرمايه‌گذاري در يكiscs را توجيه مي‌كند.
كاربردهاي دردسترس يا در حال توليد امروزي كه باعث افزايش ظرفيت و سود سيستممي‌شوند تحت عناوين زيرند:

براي بازده عمليات: كاهش ولتاژ،كاهشVAR، متعادل كردن بار ترانسفورمرها و متعادل كردن بار فيدرها
براي قابليت اطمينان عملياتي: تشخيص خطا، مجزا كردن خطا و اصلاح سيستم،مديريت بار، بارزدايي، كليدزني راكتور و خازن و انتقال بار.
برايكاهش نگهداري: نظارت مدار شكن‌ها، نظارت ترانسفورمرها، ضبط ديجيتاليخطاها و ضبط ترتيب وقايع
نگهداري بر اساس پيش‌بيني به كمك‌قوانين
اين موارد آخري اگر چه هنوز يك تكنولوژي نوظهور است، اماقادر است آنقدر قابليت اطمينان سيستم را بالا ببرد كه به تنهاييسرمايه‌گذاري در يكiscs را از نظر اقتصادي توجيه كند.

لزوموجود پشتيبان براي سيستم
هر چه تعداد عمليات بيشتري بر روي يك سيستمتنها متمركز شود، اهميت قابليت اطمينان سيستم افزايش پيدا مي‌كند. برايمثال مشكلات كامپيوتر با قطع برق، ممكن است اجزايي از سيستم را به طورموقت از كار خارج كند. در يك طراحي خوب براي سيستمهاي كنترل مجتمعايستگاهي بايد امكان خرابي تجهيزات سيستم را در نظر داشت و سيستمهايكنترلي و نظارتي پشتيبان كافي قرار داد. بنابراين بايد همه تجهيزات وعملياتهاي مهم از پشتيبان برخوردار باشند. يك سيستم كنترل و حفاظتپشتيبان كه به عمليات سيستم كامپيوتري وابسته نباشد، بايد براي انجامعمليات مناسب وجود و سيستم براي قطع ناگهاني برق آمادگي داشتهباشد.

بررسي ساير موانع
در مجموع يكiscs از يك سكويكامپيوتري پشتيباني مي‌كند تا تمام فعاليتهاي يك پست برق در يك سيستممنفرد هوشمند و خودكار مجتمع شود. شركتهاي هماهنگ با اين محيط رقابتيبه چند فايده دست پيدا مي‌كنند. صرفه‌جويي در هزينه‌هاي عمليات ونگهداري افزايش قابليت اطمنيان و معماري مدولار و قابل انعطاف كه درنتيجه به نيازهاي مشتري سريعتر پاسخ مي‌دهد و سرويسهاي مشتري بهتريفراهم مي‌كند.
با وجود اين قبل از پياده سازي اتوماسيون كامل پستها،مهندسان شركت با مشكلات چندي روبرو هستند. يك بررسي كه اخيراً شركتتحقيقي نيوتن – ايوان انجام داده است اين موارد را به ترتيب اهميت واندازه به صورت زير فهرست مي‌كند.
توجيهي نبودن كامل درستي پروژه،كمبود نقدينگي، عدم اعتقاد مديريت به فلسفه كار، كمبود مهارت مورد نيازدر شركت، نبود تكنولوژي مناسب و اهميت هزينه‌هاي تغييرات مورد نيازسيستم براي بعضي از مديران.
معمولاً دو مانع اول وابسته هستند،‌بهاين معني كه سرمايه‌گذاري موقعي انجام مي‌شود كه بتوان ثابت كرد نسبتسود به هزينه مثبت است. اما در شركتهاي كوچك شده امروزي پيدا كردن وقتو منابع مالي كافي براي توجيه اين كار بسيار سخت است. به خصوص اگر دانشداخلي مجموعه ناكافي باشد. دراين حالت تعدادي از مشاوران فني كارآزموده مي‌توانند درطرح و توسعه يك پروژه معقول و گويا كمك كنند. همچنين برخي از سازندگان رده اول تجهيزات اتوماسيون پستها مي‌توانند ازنظر دانش فني نيز به خريداران براي توجيه و نصب سيستم كمككنند.

مطالعه وضعيت اتوماسيون پستها در چند شركتبرق

الف) شركت «انرژي استراليا»
اين شركتها بزرگترين شركتخدمات انرژي در استراليا است و يك پنجم نياز انرژي برق استرالياراتامين مي‌كند. در حال حاضر اين شركت، شش سيستم اتوماسيون پست مبتنيبر صفحه نمايش دارد و سه پست ديگر از اين نوع در دست اقدام دارد. سهشركت سازنده اين سيستم‌ها را پشتيباني مي‌كنند و اولين نمونه در سال1993 فروخته شده است.
قبل از كامپيوتري كردن سيستم از يك تابلويكنترل تركيبي(CCB) استفاده مي‌شد كه تمام قسمتهاي نمايش و كنترل برروي آن سوار مي‌شد. بعضي از اين تابلوها از قسمتهاي كنترلي كوچكترتشكيل مي‌شد كه براي تعمير قابل جابه‌جايي بود و برخي از آنها ازتابلوهاي ثابت تشكيل مي‌شد. در هر دو صورت هزينه طراحي، ساخت وتعمير ونگهداري آنها بالا بود. درانرژي استراليا از چهار نمونهCCB استفادهشده بود.
در طرحي كه ازRTU‌هاي پراكنده در سيستم استفاده مي شود،اگر چهRTUهاي اضافي و شبكه ارتباط به همراه آن يك هزينه اضافي است،اما اطلاعات اضافي كه از سيستم به دست مي‌آيد نظير عملكرد رله‌ها، خودنظارتي و ثبت خطاها جبران اين هزينه اضافي را مي‌كند. يك نمونه سيستماتوماسيون در شكل 3 ديده مي‌شود.
در طراحي اتوماسيون پستها قوانينزير توسط «انرژي استراليا» به كار گرفته شده است.
سيم‌كشي برايسيستم اتوماسيون بايدحداقل ممكن باشد. يعني به طور معمول يكRTU ساده وارزان قيمت درداخل تابلو قرار مي‌گيرد و به يك يا دو وسيله يا تابلويديگر وصل مي شود، يا حداكثر به پنج رله هوشمند محلي متصل بهbus وصل ميشود.
تعداد صفحه رابط با كاربرد معمولاً دو تا نيست، اما طرح بهگونه‌اي است كه صفحه نمايش مي‌تواند توسط هر يك ازSMUها استفادهشود.
عمليات اتوماسيون براي هر كار عملياتي مناسب با سطح همان كارانجام مي‌شود.
اين قوانين ثابت نيستند، اما بر اساس پارامترهاي زيربه صورت قابل انعطاف اعمال مي شوند:
اهميت ايستگاه
تجهيزات وامكانات فيزيكي موجود
تكنولوژي قابل دسترسي
يكي از فوايد سيستمPMI نسبت به سيستمCCB براي شركت انرژي استراليا اين بود كه هزينه آنكمتر از نصف هزينه يك سيستم مشابهCCB بود.
با تركيب برخي وسايلبرايPMI يك پشتيبان قرار مي‌دهند (چرا كه در صورت خرابيPMI كارعملياتي براي اپراتور روي تجهيزات كليدزني خطرناك خواهد بود). مثلاً ازتابلويmimic به عنوان پشتيبان استفاده مي شود.
سيستمهاي نمايشPMI معمولاً دوگانه نبوده بلكه منفرد است، چون قابليت اطمينان آنها بالااست و در ضمن به طور دايم استفاده نمي‌شود و در ساعات غيرضروري خاموشهستند.

ب) شركت «قدرت الكتريكي آمريكا»
قدرت الكتريكي آمريكا(AEP) در كلمبوواهايو تشكيل شده ودر هفت ايالت، با جمعيت حدود هفتميليون نفر، فعاليت دارد. AEP تا سال 1997 ده سيستم اتوماسيون ايستگاهينصب شده است.
فوايد مشاهده شده در اتوماسيون پستها كه شاملPMI هستند عبارتند از:
كاهش هزينه به خاطر كاهش تجهيزات و فضايساختماني
كمتر شدن هزينه طراحي و نگهداري
بيشتر شدن انعطافو توان عمليات سيستم: آرايشPMI به راحتي مي‌تواند به گونه‌اي انتخابشود كه داده‌هاي عملياتي را در فرمتهاي مختلف بيان كند يا با ديگرداده‌ها تركيب كند.
تمركز اطلاعات: داده‌هاي سيستم در يك محل قرارمي‌گيرد و استفاده از آنها را براي عمليات ساده مي‌كند.
درAEP مي‌توان حدود 20% كاهش هزينه در سيستم كنترل و حفاظت يك پست توزيع رانشان داد. بيشترين صرفه‌جويي از حذف تابلوهاي كنترل ناشي شدهاست.
از روش مجتمع كردن اتوماسيون سيستم به طور وسيع استفاده شدهاست تا بسياري از فاكتورهاي هزينه‌اي مانند ساخت و نصب و نگهداريدرازمدت سيستم كنترل ايستگاه كاهش داده شود.
تقريباً پنج رله هوشمند(بسته به اندازه ايستگاه) نيازهاي عملياتي در يك ايستگاه توزيع راانجام مي‌دهند (اندازه‌گيري، اخطارها، حفاظت، كنترل وSCADA). اينرله‌ها به وسيله يك شبكه محلي و از طيقModbus بر پايه پروتكل ارتباطيبه يكديگر وصل هستند.
ايستگاههاي كامپيوتري رابطهاي اوليه اي تهيهديده‌اند تا اطلاعات در يك روش معمول وسازماندهي شده بيان شوند. نمايشگرهاي رله‌اي پشتيباني براي سيستم كنترل و نمايش ايستگاهكامپيوتري است. هر قسمت از اطلاعات در دسترس روي ايستگاهPMI در قسمتجلوي يكIED نيز دردسترس است. اين روش براي پيدا كردن اطلاعات كميسخت‌تر است و به اندازه سيستم گرافيكي مورد استقبال نيست.
IED
هايمورد استفاده قابل برنامه‌ريزي هستند. IED رابط كاربرAEP را بهگونه‌اي طراحي كرده است كه اجازه تغيير موقعيت سوئيچهاي كنترل رامي‌دهد. رابط كنترليIED به سادگي استفاده از ايستگاه فرعيPMI نيست،اماAEP اعتقاد دارد كه اين روش مي‌تواند به عنوان يك كنترل پشتيبان درصورت از دست رفتن ايستگاه فرعيPMI عمل كند.

ب) شركتComEd آمريكا
اين شركت چهارمين شركت بزرگ برق در آمريكا است. طرحاتوماسيون پستها تنها روي دو پست جديد اجرا شده و براي بعضي پستها دردست انجام است. در اين شركت يك پروژه جديد به منظور جمع‌آوري داده‌هايبادقت بالا (جهت حفاظت و تحليل جريان خطا) تعريف شده است. اگرچه (بهعنوان قسمتي از شبكهWAN) كارهاي نظارت و كنترل از طريق مركز كنترلانجام مي‌شود اما حفاظت سيستم به پروژه اتوماسيون واگذار نشدهاست.
ComEd
كنترلهاي محلي تجهيزات را برنداشته و آنها در زمان خرابيسيستم اتوماسيون پست به عنوان پشتيبان عمل مي‌كنند.
رابطWAN برايComEd كاربرد اصلي را دارد. اين شبكه اجازه مي‌دهد تا هر يك از محل‌هايكامپيوتري بتواند اطلاعات خود را بامحل ديگر مبادله كند و در نتيجهامكان كاربرد اتوماسيون توزيع را فراهم كند. همچنين اين مساله در سطوحبالاتر باعث مجتمع‌تر شدن بين اپراتور محلي و مركزي مي‌شود.
اخيراًيك آزمايشگاه كاري ايجاد شده است تا تغييرات نرم‌افزاري قبل از نصب آنروي ايستگاه كامپيوتري، آزمايش شود.

 

 


انتقال دانش فني سيستمكنترل نيروگاهي

 

 

مهندس فرزاد سرلتي - مهندس حميدرضاجهانيان
سيستم كنترل گسترده(DCS) ، نيروگاه سيكل تركيبي ، انتقالدانش فني


موضوع اين مقاله گزارش تجربه اي موفق در امرانتقال دانش فني يك نوع سيستم كنترل نيروگاه به نامTeleperm XP بين دوشركت زيمنس و گروه صنعتي ندا است كه براي اولين بار در ايران انجامگرفته است. اين امر نه تنها در ايران سابقه نداشته بلكه براي شركتزيمنس نيز در اين گستردگي براي سيستمTXP تازگي داشته است. در جرياناين انتقال دانش فني ، طرف خارجي ، براي اولين بار دفتر مهندسي پروژهرا در خارج از كشور خود و در ايران تشكيل داد. جدول 1 نحوه تقسيم كار ووظايف طرف داخلي را بطور كلي نمايش مي دهد.

1-
چگونگي آغازهمكاري و تقسيم كار بين شركتها
در سال 1996 اجراي 14 ماجول سيكلتركيبي مستقر در 6 نيروگاه كشور آغاز شد. براي افزايش توان مهندسي كشور، شركت مپنا ( مديريت پروژه هاي نيروگاهي كشور ) اين قرارداد را بهجزاير توربين ، ژنراتور ، بويلر ، برج خنك كن و سيستم كنترل تقسيم كردهو به پيمانكاران خارجي تكليف كرد كه هر كدام براي خود همكاري داخلياختيار كرده و دانش فني ساخت و مهندسي را به طرف هاي ايراني انتقالدهند. بر اساس اين سياست شركت زيمنس نيز كه برنده جزيره سيستم كنترلنيروگاه شده بود ملزم به انتخاب همكار ايراني گرديد. از آنجا كه شركتندا قبلا تجارب زيادي در استفاده از سيستم هايPLC زيمنس از نوعSimatic S5 در سيستم هاي كنترل فولاد مباركه ، كوره بلند ذوب آهناصفهان و كوره هاي پاتيلي داشت از طرف بخشA&D (Automation & Drive) زيمنس به بخشPGL‌ كه مسئول سيستم كنترل نيروگاه است معرفي شد. جهت اطمينان از انجام صحيح انتقال تكنولوژي ، قرارداد همكاري بين بخشPGL زيمنس و ندا و نحوه انتقال دانش فني با نظارت شركت مپنا تهيه ومبادله شد. در اين قرارداد تامين سخت افزار سيستم كنترل ، آموزش پرسنلندا و نظارت بر انجام صحيح مهندسي به عهده زيمنس و اجراي كار مهندسيتفضيلي سخت افزار ، شركت در آزمايش كارخانه ايFAT ، نظارت بر نصب ،نظارت بر راه اندازي ، آموزش پرسنل كارفرما و ارائه مدارك فني براي نصبو مطابق ساخت ، در حيطه مسئوليت ندا قرار گرفت
2- مختصري راجع بهسيستم هاي مدرن كنترل نيروگاهها
بطور كلي هر سيستم كنترل نيروگاهيبايد حداقل امكانات ذيل را در اختيار بخش هاي مهندسي و اپراتوري قراردهد.(شكل 2)
الف – امكان ارتباط با تجهيزات پروسه مانند شيرها ،موتورها وActuator ها، و نيز دريافت سيگنال هاي
آنالوگ و ديجيتال.AS (Automation System)
ب – امكان نمايش و قرائت وضعيت سيستم مثلسطح درام ها ، دما در نقاط مختلف بويلر ، سطح كندانسور و غيره.PM (Process Monitoring)
پ – امكان ثبت اطلاعات ، اعلام خطا و هشداردر سيستم. (OM)
(Operation Monitoring)
ت – امكان برنامه ريزيمطابق نياز پروسه و امكان و تنظيم بهينه حلقه هاي كنترلي(Engineering System) ES
ج – امكان اعمال فرامين توسط اپراتور در شرايط موردنياز. (AS)
چ – امكان كنترل اتوماتيك در سطوح مختلف. (AS)
درسيستمTXP كار ارتباط با فيلد بوسيلهAS ها انجام مي پذيرد. (شكل3)
AS
شامل كارت هاي هوشمندFUM و پردازشگر قويCPU948R است و كارمهندسي توسطES انجام مي شود. درES بوسيلهFUP Editor سيستم كنترل وبوسيلهMMI Editor صفحات مونيتورينگ طراحي مي شود. امكان مشاهده وهمچنين كنترل پروسه توسط(OT) Operating Temrminal انجام مي شود. قابلتوجه است كه در سيستم هاي قديمي تر براي نمايش و كنترل از سيستم هايجداگانه استفاده مي شود امكان ثبت بلند مدت اطلاعات توسط(SU) Server Unit و برقراري ارتباط ميانOT وAP توسطPU فراهم مي شود. در عمل ،كليه اطلاعات توسط دو باسPlant Bus وTerminal Bus بين اجزا سيستممنتقل مي شود.

3-
چگونگي طراحي و اجراي سيستم كنترل نيروگاههايپروژه 6CCPP
در پروژه 6ccpp فرض بر همانندي كليه ماجولها با يكديگربوده است. (شكل 4)
كار ماجول اول از سه جهت اهميت و البته دشواريبيستري داشت:
الف – اينكه اولين تجربه شركت ندا بود و طبيعتاً بااشكالات بسياري روبرو مي شد كه بايستي رفع شود.
ب – مشابهت سايرواحدها با واحد اول ، حساسيت كار روي ماجول را شدت مي بخشد ، زيرا درصورت اجراي صحيح ماجول اول ،‌ ماجول هاي بعدي با تغييرات نسبتا كم و باسرعت زيادي قابل اجرا بودند
پ – نظارت شركت زيمنس روي كار طراحي پساز اولين ماجول منتظر قائم عملاً با اتمام مي رسيد. قبل از اينكه بهنحوه سازماندهي كار بپردازيم لازم است راجع به كارتهاي هوشمندTXP وتفاوت آن با كارتهايPLC‌ توضيحاتي داده شده است. در سسيستم هايPLC براي ارتباط با فيلد معمولا از چهار نوع كارت ورودي ديجيتال و آنالوگ وهمچنين خروجي هاي ديجيتال و آنالوگ استفاده مي شود. مثلا براي كنترل يكموتور از دو نوع كارتDI براي دريافت سيگنال هاي وضعيت موتور وDO برايارسال فرامين استفاده مي شود. براي يك شير كنترلي كه به طور پيوسته ازصفر تا صددرصد باز يا بسته مي شود هر چهار نوع كارت ضروري است. چون ضمناينكه بايد بطور پيوسته بوسيله كارتAO وضعيت شير كنترل شود ، بايستيموقعيت شير نيز بوسيلهAI تحت كنترل باشد در اين صورت براي يك تجهيزخاص بايد از چهار نوع كارت استفاده كرد. در برخي از سيستم هاي كنترلينيروگاهي هنوز از همين كارت هايPLC استفاده مي شود. در سيستمTXP امااز كارتهاي هوشمند استفاده مي شود كه براي هر تجهيز يك كارت بخصوص درنظر گرفته شده است. مثلا كارتFUM 210 براي كنترل موتور يا شيرهايموتوري كه سيگنال هايDO وDI دارند طراحي شده است يا كارتFUM 280 براي كنترل پيوسته شيرهاي كنترلي مناسب است كه هم خروجي وروديهايآنالوگ و هم خروجي وروديهاي ديجيتال مي پذيرد. لذا براي هر مصرف كنندهالكتريكي در فيلد تنها يك كارت هوشمند پيش بيني مي شود. با اين مقدمهبه نحوه طراحي سيستم كنترلTXP براي يك نيروگاه معين ميپردازيم.
اولين قدم، دريافت اطلاعات از پروسه اي است كه بايد كنترلشود. (شكل 5) مثلا در مورد بويلر يا برج خنك كن ، تعدادI/O ها ،P&I دياگرامها ، تعداد مصارف الكتريكي مانند شيرهاي موتوري وهمچنين منطقي كه بايستي سيستم كنترل طبق آن پروسه را كنترل كند ، ازجمله مهمترين اطلاعاتي است كه بايد توسط سازنده خط يا اصطلاحاًProcess Owner داده شود.پس از اين مرحله ، كار طراحي به دو شاخه موازي تقسيم ميشود : سخت افزار و نرم افزار (شكل 6)
طراحي در بخش سخت افزار شاملطراحي تابلويDCS ، تعداد كارتهاي مورد لزوم ، محل قرار گرفتن كارتهايهرراك ،‌توليد فايل سيم كشي تابلويDCS و مارشالينگ است. در اينجابايستي اشاره مختصري راجع به سيستم كد گذاري آلماني كه در نيروگاه هااستفاده مي شود بنماييم.اين سيستم كهKKS نام دارد(Kraft Koding System) براي هر تجهيز نام گذاري خاص خود را دارد كه مي تواند بر اساسموقعيت تجهيز در پروسه يا محل فيزيكي و جغرافيايي باشد. در كار ما آنچهملاك است محل استقرار وسيله در پروسه است. مثلاL بخشي از سيستم آب وبخار است ياk ياM ماشينهاي اصلي مانند توربين و امثالهم. اين تعريفKKS هم در نرم افزار و هم در سخت افزار يكسان و واحد است. هيچKKS دوبار تكرار نمي شود. براي مثال 1LAB10AA001 مربوط است به ولو كنترلي(AA) شماره 1 (001) از تانك ديرتور(LAB10) بولير 1 (1) .
اگر درسيستمPLC تعداد و آرايش ورودي ها و خروجي ها(I/O) اهميت دارد، درTXP مبنا برKSS است. ممكن است براي يكKSS چندI/O در نظر گرفته شود. مثلاKSS مربوط به يك شير موتوري 8 عدد ورودي و خروجي استفاده شود. از آنجاكه درTXP از كارتهاي هوشمند استفاده مي شود ، براي هر نوعKSS كارتمتناسب با آن انتخاب مي شود. اولين قدم در طراحي سخت افزار تعريف انواعتجهيزاتي است كه ممكن است در سيستم مورد استفاده قرار گيرد. مثلا برايهر يك از انواع شيرهاي موتوري ، شيرهاي كنترلي و غيره يك سمبل طراحي ميشود. به اين طراحيTypical مي گويند. اين انواع بايستي جامع باشدبطوريكه همه تجهيزات استفاده شده در پروسه را شامل شود. بدين ترتيب هروسيله اي كه در فيلد وجود داشته باشد و لازم باشد بوسيله سيستم كنترلهدايت شود حتما يك نوع سمبل خاص خود را در سيستم تعريف شده دارد. نكتهمهم در طراحي سخت افزار سيستم كنترل اين بود كه تابلوهايDCS كلاً درآلمان و در كارخانه زيمنس واقع در شهر كارلسروهه بوسيله روبوت سيمكشي
مي شد. نمونه اي از اين تابلوها در شكل 7 نمايش داده شده است. عليرغم حجم بالاي سيم كشي اين وسيله بدون خطا كار سيم كشي را انجام ميداد اما فايلWire Wrap كه بوسيله آن روبات مخصوص، سيم كشي مي كرد درتهران ساخته مي شد. هر اشتباهي در ايجاد فايل مزبور باعث سيم كشي غلطروبات و اشكالات جدي در زمان راه اندازي مي شد. كما اينكه يك بار خطايناخواسته در فايل ارسالي به آلمان باعث شده بود دو عدد از تابلوهايDCS واحد اول نيروگاه شهيد رجايي بطور ناقص سيم كشي شوند. نتيجه اينكههمكاران ما مجبور شدند بطور شبانه روزي مشكل را رفع كنند تا وقفه اي دركار پيش نيايد. در بخش نرم افزار ما مي توانيم به دو صورت كار مهندسيرا سازمان دهيم. (شكل 8)
يكي اينكه كار برحسب پروسه تقسيم شود. دراينصورت در هر بخش مانند بويلر يا برج خنك كن ، افراد اختصاص يافته همكار كنترل را توسطFUP Editor طراحي مي كنند و هم تصاويرOT و آلارمهارا توسطMMI Editor
مي سازد. در روش ديگر مهندسين معيني كار كنترلبخشهاي مختلف پروسه را انجام مي دهند و شخص يا اشخاصي فقط باMMI كاركرده و سيستم مونيتورينگ همه بخش ها را انجام مي دهند. در اين روشدرك فرايند كار بخصوص براي همكاران متخصصMMI ضعيف
مي شود ولي بدليلمهارت استفاده از اديتورها سرعت كار بالا مي رود. ما ابتدا از روش اخيراستفاده كرديم ولي پس از خاتمه كار طراحي و بخصوص آغاز راه اندازياولين ماجول منتظر قائم عملا به روش اول بر گشتيم به اين معني كه هر يكاز همكاران در بخش معيني از پروسه تبحر مي يافت و در همان بخش هم با هردو اديتور كار مي كرد. در ابتدا موضوع كار ما طراحي سيستم كنترل بويلرو بخش عمومي نيروگاه بود ولي بعدا كار طراحي سيستم خنك كن نيروگاه نيزبه آن اضافه شد. چرا كه ابتدا تصميم شركت مپنا بر آن بود كه سيستم خنككن را بوسيلهPLC كنترل كند. ولي بعدا به درستي اين عقيده تغيير كرده وسيستم برج خنك كن نيز در دل سيستمDCS قرار گرفت. پس از خاتمه كارFAT در آلمان و رفع عيوب مشخص شده ، سيستم كنترلي از آلمان به نيروگاهمنتظر قائم حمل و كار راه اندازي اولين ماجول در منتظر قائم آغاز شد. در آن زمان استفاده از پرسنل گروه صنعتي ندا براي نصب و راه اندازيسيستمDCS بدليل تجربه و آشنايي كسب شده و اينكه خود ، كار طراحي راانجام داده بودند بهترين انتخاب مپنا بود. براي گروه صنعتي ندا هم بدونكسب تجربه ذي قيمت كار در سايت و دوران راه اندازي زنجيره كارDCS نيروگاهي هرگز تكميل نمي شد.
كار راه اندازي اولين ماجول در زمستان79 انجام گرفت و واحد در روزهاي پاياني سال و نوروز 80 بطور آزمايشي باشبكه سنكرون شد. لازم به ذكر است كه اين كار سترگي بود كه انصافاً شركتمپنا توانست با در اختيار گرفتن بهترين مديران و كارشناسان ايراني وخارجي اين بار را سالم و در محدوده زماني پيش بيني شده به مقصد برساند. نصب و راه اندازي قسمت هاي مكانيكي ،‌ برقي و تاسيساتي بويلر ،‌ توربين، ژنراتور ، برج خنك كن و تجهيزات جانبي به اندازه اي گسترده و متنوعاست كه بدليل تازگي خود با چالش هاي جدي روبرو و ارزش آن را دارد كههمكاران در شركت مپنا گزارشي از راه اندازي اولين ماجول نيروگاه منتظرقائم جهت حفظ آن تجربه براي آيندگان تهيه نمايند. گروه صنعتي ندا مفتخراست كه در بخش كوچكي از اين كار بزرگ سهيم بوده و مشاركت داشتهاست.

4-
تصحيح و تكميل برنامه كنترل متناسب با شرايط و نياز كار
بعد از نيروگاه منتظر قائم نيروگاه شهيد رجايي دومين نيروگاه ازسري 6 نيروگاهي بود كه بايستي راه اندازي مي شد ،‌ در طراحي سيستمكنترل نيروگاه شهيد رجايي ديگر نظارت و كمك زيمنس بسيار كم و محدود بهحضور دوره اي همكاران زيمنسي و فقط در شرايط مورد لزوم شده بود. برخلاف پيش بيني ، سيستم كنترل نيروگاه شهيد رجايي تغييرات قابل توجهينسبت به منتظر قائم داشت. نوع بسياري از شيرها تغيير كرده بود كهبايستي متناسباً در سيستم كنترل نيز اين تغييرات داده مي شد. همچنينتامين آب مورد نياز سيكل بخار از نيروگاه موجود تامين مي شد كه سيستمكنترل مربوط به خود را مي طلبيد. اعمال اين تغييرات كار ساده اي نبود. كما اينكه درست قبل از شروع راه اندازي واحد اول متوجه شديم كه تغييرشيرهاي نيروگاه در بخش سخت افزار پيش بيني شده ولي تغييرات لازم رويFunction block مربوطه در نرم افزار انجام نشده است كه اين مشكل باتلاش جدي همكاران بگونه اي حل شد كه خللي در كار راه اندازي وارد نكرد. نيروگاه بعدي نيروگاه فارس بود. بويلر اين نيروگاه برخلاف ديگر نيروگاههاي پروژه نه از شركت فاسترويلر بلكه از هانجونگ كره جنوبي خريداري شدهبود. تجارب و دانش كسب شده قبلي ما را قادر ساخت كه طي يك قراردادجداگانه با شركت مپنا سيستم كنترل جديدي براي بويلر جديد طراحي كنيم. اين كار كاملا مستقل و بدون مشاركت و كمك شركت زيمنس انجام گرفت. خوشبختانه راه اندازي نيروگاه فارس نشان داد كه اين طراحي كامل بوده وكمترين تغيير را در حين راه اندازي احتياج داشته است. در مسير اجرايپروژه با مشكلاتي روبرو مي شديم كه بايستي رفع مي شدند. نياز كار ،توسعه و پيشرفتهايي را مي طلبيد كه فراتر از تعهدات قراردادي ما بود. طراحي سيستم هاي آموزش خاص براي اين پروژه و تداركات و مديريت كار رويچند نيروگاه بطور همزمان از اين گونه موارد است.
اما شايد مهمتريندستاوردها يكي تربيت راهبر سيستم(Administrator) و ديگري پياده كردننرم افزارTXP روي سخت افزار هاي كامپيوتري قوي تر و متفاوت با سختافزارهاي تامين شده توسط زيمنس باشد. سخت افزارهايي كه زيمنس درقرارداد پيش بيني كرده بود در همان فاز اول سفارش شده بود. لذا هر چندبراي اولين نيروگاه قابل قبول بود ولي با توجه به پيشرفت صنايعالكترونيكي كامپيوتري به لحاظ نظري امكان استفاده از سيستم هاي با سرعتبالاتر وجود داشت كه پروژه امكان تامين آن را نداشت. لازم به ذكر استكه سيستم عاملTXP ، Unix است و كار كردن با اين سيستم عامل به هيچ وجهبسادگي كار با سيستم هايWindows نيست. در سيستمUnix شناسايي سختافزار جديد ضروري است. به همين دليل استفاده از يك كامپيوتر پيشرفتهديگر بسادگي ميسر نبود. ولي خوشبختانه نه تنها اين مشكل رفع شد بلكهاكنون سيستمXP روي كامپيوتر هايLabtop هم قابل نصب است. طبيعي است دربخش تربيتAdministrator سيستم و همچنين تحولات سيستمهاي سخت افزاري ،همكاران زيمنس سهم بسزايي داشتند كه بايستي ذكر و قدردانيكرد.



5-
آموزش
يكي از وظايف عمده گروه صنعتي ندا دراين قرارداد هدايت و اجراي برنامه هاي آموزش سيستمDCS به پرسنلنيروگاهها بود كه بمدت 12 ماه براي جمعا 120 نفر از پرسنل نيروگاههااجرا شد. مهمترين مشخصه كار آموزش ما اين بود كه اين دوره ها بر اساسنياز كار و آنچه واقعا در سيستم كنترل مورد استفاده قرار گرفته بود ،طراحي شد. به همين دليل اين دوره هاي زيمنس بودند كه بطور استانداردبراي آموزش سيستمDCS اجرا مي شود. اين شركت توانسته است با اتكا بهقابليتهاي فني كشور و متخصصين مستعد ايراني طلسم خارجي بودن سيستمكنترل نيروگاهي را بشكند و آن را در سطح وسيعي گسترش دهد.
بر اساستجربه اين پروژه كارهايي بموازات انجام گرفت كه در آينده نيز قابلگسترش است از آن جمله مي توان از انعقاد قراردادي با شركتFramatome نام برد كه مسئوليت بخش آموزشي توربين بخار زيمنس را بعهده دارد. طياين قرارداد ما ضمن كمك به برگزاري دوره هاي آموزشي ، مدرس نيز تربيت ودر اختيار گذاشتيم. اين دوره ها شامل توضيحات مربوط به نيروگاه سيكلتركيبي و سيستم كنترل توربين مي شود. گروه صنعتي ندا بر پايه ارائهآموزش با كيفيت سيستمDCS موفق شد كار آموزشي نيروگاهRiffa در كشوربحرين را نيز از زيمنس بگيرد. اين همكاري در راه اندازي واحدهاي بعدياين نيروگاه ادامه خواهد يافت.

6-
مستند سازي
نظر باينكهكار نصب سيستم كنترل توسط اين شركت انجام نمي گرفت توليد و ارائهاطلاعات لازم براي نصب سيستم كنترل توسط واحدهاي ديگر اهميت بسزاييداشت. به نسبت حجم پروژه ، مقادير قابل توجهي مستندات بصورت كاغذي والكترونيكي توليد و مورد استفاده قرار گرفته است. با اختصار ، حجم ايناطلاعات در فازهاي مختلف پروژه بصورت زير بوده است:
فاز اجرا : بيشاز 300 جلد مدرك
فاز مستند سازي : بيش از 3500 جلد مدرك

7- نتيجه گيري
همكاري شركت زيمنس ، پيمانكار بخش كنترل نيروگاههايموسوم به 6CCPP با طرف ايراني كه در ابتدا با اكراه و تحت فشار شركتمپنا صورت گرفت در طول اجراي پروژه با استقبال شركت مزبور روبرو شده واكنون بگونه اي است كه شركت مزبور از همكاري با شركتهاي مشابه ايرانيحتي در كشورهاي ديگر استقبال مي كند. در طول اين همكاري علاوه بر آنكهشركت ايراني توانسته است براي اولين بار كار مهندسي تفضيلي سيستم كنترل، ساخت تابلوهاي كنترل نظارت برنصب و راه اندازي آنها را به خوبي انجامدهد بلكه در پاره اي موارد موفق شده است با توجه به شرايط كار ، نسبتبه افزايش قابليتهاي نرم افزار مزبور نيز گامهايي بردارد. علاوه بر آنتهيه بسته هاي آموزشي در رابطه با سيستم برداران ، مهندسان مشاور وشركتهاي پيمانكاري ديگر از جمله ثمرات اين همكاري موفق بودهاست.



 

 


استفاده از ازن درنيروگاهها

 

 

مهندس عبداله مصطفايي


مدتهايمديدي است كه در عمليات تصفيه آب از روش كلرزني با هدف ضدعفوني كردن آباستفاده مي‌شود. تحقيقات ساليان اخير نشان داده است كه استفاده از كلرباعث ايجاد تركيبات تري هالومتان(THM) خواهد شد كه سرطان‌زا تشخيصداده شده‌اند.
كشورهاي اروپايي جهت حل اين مشكل ساليان درازي است كهاز سيستم توليد و تزريق ازن براي اين هدف استفاده مي‌كنند. در آمريكانيز در پي تصويب قوانين جديد در مورد ميزان قابل قبول تركيب(THM) درآب آشاميدني ، تصفيه‌خانه‌ها مجبور به بكارگيري سيستمهاي جديدتر وبويژه سيستم توليد و تزريق ازن شده‌اند به نحوي كه طي دهه 1990 تعدادتصفيه‌خانه‌هاي آب كه از سيستم ازن استفاده مي‌كرده‌اند، از 40 واحد بهحدود 260 واحد بالغ شد.
در كشور ما نيز تلاشهايي جهت استفاده از ازندر تصفيه‌خانه‌هاي آب صورت پذيرفته است كه در اين بين مي‌توان بهتصفيه‌خانه‌هاي آب شهرهاي همدان، اهواز و اصفهان اشاره كرد. البتهسيستم ازن داراي كاربرد وسيعي در تصفيه آبهاي بطري است چون باعث افزايشاعتماد به اين گونه آبها خواهد شد. در ايران نيز براي اينگونه آبها ازدستگاه ازن استفاده مي‌شود.
قابل ذكر است كه در سطح جامعه موارديوجود دارند كه نياز به بازنگري به روشهاي متداول تصفيه را پررنگ‌ترمي‌كند:
-
نياز به بهبود استانداردهاي آب با افزايش رفاه عمومي
- خطرناك بودن سيستمهاي تزريق كلر موجود و احتمال انفجار كپسول‌هايكلر
- انتشار بيماري‌هاي مختلف به دليل آلودگي آبهاي استخر، سونا،جكوزي و ديگر مراكز عمومي و تفريحي
- آلوده شدن منابع آب به انواعآلاينده‌هاي شيميايي جديد كه به نوعي تا مدتي نيز امكان تشخيص آنهاوجود ندارد و عموماً داراي اثرات خطرناك در درازمدت هستند.
در چندسال گذشته درگوشه و كنار كشور چندين حادثه ناگوار در ارتباط با كلر رخداده است كه گوياي ضعف شديد در ارتباط با شناخت، طراحي، اجرا وبهره‌بردازي و نيز عدم اهميت‌دهي به مسايل ايمني است.
علاوه بر مطلبفوق نياز به يك ماده اكسيدكننده قويتر، تاسيسات آب و فاضلاب را به سويازن هدايت كرده است.
در تصفيه آب و فاضلاب شهري و صنعتي از ازن براياهداف مختلفي استفاده مي‌شود:
الف)‌ضدعفوني كردن
ب) اكسيداسيونآلاينده‌هاي معدني
ج) اكسيداسيون آلاينده‌هاي آلي با هدف حذفرنگ
د)‌افزايش قابليت تجزيه‌پذيري تركيبات آلي
ه) اكسيداسيونآلاينده‌هاي مولد طعم و بو از قبيل آلاينده‌هاي فنلي
و)‌كنترلپيش‌سازهاي محصولات جانبي حاصل از عمليات ضدعفوني(DBP)
ز)‌كاهشميزان كلر موردنياز

1- شيمي ازن
ازن در دماي اتاق بصورت يكگاز وجود دارد. اين گاز بدون رنگ بوده و داراي بوي تندي است كه درغلظت‌هاي
ppmV 05/0 – 02/0 (كه كمتر از حد خطرناك براي سلامتياست)‌ به آساني قابل تشخيص است. البته گاز ازن به تنهايي سمي و خورندهنيز هست.
در بين مواد شيميايي مصرفي در تصفيه آب، ازن به عنوان يكاكسيدكننده قوي مطرح است و از اين رو مي‌تواند جهت اكسيداسيون تعدادزيادي از مواد آلي و معدني موجود در آب مورد استفاده قرار گيرد. اساساً‌اين تركيبات آلي و معدني هستند كه مقدار نياز به ازن را تعيينمي‌كنند. ازن اندكي در آب محلول است يعني در دماي 20 درجه سانتيگراداگر آب با ازن (100 درصد) در تماس قرار گيرد، حلاليت آن 570 ميلي‌گرمدر ليتر است.
هر چند حلاليت ازن بيش از اكسيژن است ولي حلاليت كلردوازده برابر ازن است. غلظت ازني كه در تصفيه آب مورد استفاده قرارمي‌گيرد كمتر از 14 درصد است كه اين باعث محدودشدن انتقال جرم گاز ازندر آب مي‌شود و بدين دليل است كه غلظت ازن در آب بين كمتر از 1/0ميلي‌گرم در ليتر تا يك ميلي‌گرم در ليتر در حال تغيير است . البته تحتشرايط بهينه به غلظت‌هاي بالاتر نيز مي‌توان دست يافت.
تحقيقات پايهنشان داده است كه ازن حين تصفيه آب فوري از طريق يك مكانيزم پيچيده‌ايكه مربوط به توليد راديكال‌هاي آزاد است، تجزيه مي‌شود . اينراديكال‌هاي آزاد هيدركسيل، جز فعال‌ترين عوامل اكسيدكننده آب بشمارمي‌روند و با سرعت واكنشM-1S-11013-1010 با هيدروكربن‌هاي آرماتيك،تركيبات غيراشباع، الكل‌هاي آليفاتيك و اسيد فرميك واكنش مي‌كنند. ازسوي ديگر قابل ذكر است كه نيمه عمر راديكال‌هاي آزاد هيدركسيل در حدودميكروثانيه است و بنابراين غلظت اين راديكال‌ها به بيش ازM 12-10نخواهد رسيد.
همانطوري كه در شكل (1) نشان داده شده است، ازنتوسط يكي يا هر دو مكانيزم زير با يك محلول واكنشمي‌كند:
1)‌
اكسيداسيون مستقيم تركيبات توسط ازن مولكولي
2) اكسيداسيون تركيبات توسط راديكال‌هاي آزاد هيدروكسيل كه طي تجزيه ازنتوليد شده‌اند.
اصطلاحاً گفته مي‌شود كه اين دو مكانيزم براي يافتنمواد شيميايي و اكسيدكردن آنها با هم رقابت مي‌كنند. بايد گفت كهاكسيداسيون مستقيم نسبتاً‌كند انجام مي‌شود (در مقايسه با اكسيداسيونراديكال‌هاي آزاد هيدركسيل).

شكل (1) واكنش‌هاي اكسيداسيونتركيبات طي فرايند ازن زني آب

ولي در عوض غلظت ازن محلول بيشتراز راديكالهاست برعكس واكنش راديكال هيدركسيل سريع است اما در شرايطمعمول ازناسيون، غلظت آنها نسبتاً كم است.
يكي از تحقيقات انجام شدهنشان داده است كه:
-
تحت شرايط اسيدي مهمترين مكانيزم، اكسيداسيونمستقيم با ازن مولكولي است.
-
در شرايط كه راديكالهاي هيدروكسيلتوليد مي‌شوند از قبيل زماني كهph زياد است و يا در معرضUV قرارداشته و يا پراكسيد هيدروژن اضافه شده است، اكسيداسيون با هيدركسيل ازاهميت بيشتري برخوردار است.
تجزيه سريع ازن طي چند مرحله انجاممي‌شود. هر چند مكانيزم دقيق و نيز واكنش‌هاي مربوطه معلوم نيستند وليمدلهايي براي بيان مكانيزم ارايه شده است. عقيده بر آن است كهراديكالهاي هيدروكسيل بعنوان يك محصول واسط در تجزيه ازن بدست مي‌آيندو به ازاي هر مول ازن 5/1 مول راديكال آزاد هيدروكسيل حاصل مي‌شود. راديكال‌هاي آزاد هيدروكسيل در حضور تعداد زيادي از تركيبات موجود درآب از تجزيه ازن بدست مي‌آيند. براي محاسبه ازن موردنياز بايستي مواردزير را مورد توجه قرار داد:
§
واكنش با مواد آلي طبيعي(NOM) موجوددر آب – اكسداسيونNOM منجر به تشكيل آلدئيدها، اسيدهاي آلي و آلدوكتواسيدها مي‌شود.
§
محصولات جانبي حاصل از اكسيداسيون مواد – اينمحصولات جانبي معمولاً از تجزيه بيولوژيكي بدست مي‌آيند و مي‌توانمقدار آنها را از عوامل(AOC)
Assimilable Organic Carbon
يا كربنآلي محصول قابل تجزيه بيولوژيكي(BDOC) بدست آورد.
§
تركيبات آليمصنوعي(SOCS) – اگر شرايط مساعد باشد برخي از تركيباتSOC مي‌توانداكسيده و مينراليزه شود. جهت محصول به مينراليزاسيون كامل بايداكسيداسيون با راديكالهاي هيدروكسيل، مكانيزم غالب باشد و مثالي از ايننوع فرآيندهاي پيشرفته اكسيداسيون است.
§
اكسيداسيون يون بروميداكسيداسيون يون بروميد منجر به تشكيل اسيد هيپوبرومو، يون هيپوبروميت،يون برومات، مواد آلي برومينه و برومامين‌ها مي‌شود (شكل 2) .
§
معمولاً يون‌هاي بي‌كربنات و كربنات بصورت قلياييت سنجيده مي‌شوند. اينيونها راديكال‌هاي هيدروكسيل را تخليه كرده و راديكال‌هاي كربنات تشكيلمي‌دهند. اين واكنش‌ها در فرآيندهاي پيشرفته اكسيداسيون كه مكانيزماكسيداسيون راديكالي، مكانيزم غالب است از اهميت بسزايي برخورداراست.

شكل (2) واكنش‌هاي ازن و يون برومايد

2- توليد ازن
از آنجايي كه ازن يك مولكول ناپايدار است بايد آن را در محل مصرفدر هنگام تصفيه آب، توليد كرد. ازن معمولاً‌از تلفيق اتم اكسيژن بامولكول اكسيژن بدست مي‌آيد:

اين واكنش گرماگير بوده و نيازمندمقدار قابل توجهي انرژي است.
Schonbein
براي اولين بار سنتز ازن رااز طريق الكتروليز اسيد سولفوريك، كشف كرد . هر چند ازن از چند طريققابل توليد است وليCorona Discharge روش غالب در صنعت توليد ازن است. البته ازن را مي‌توان از تاباندن نورUV به گاز حاوي اكسيژن و نيزواكنش‌هاي الكتروليتي و يك سري تكنولوژي‌هاي ديگر بدست آورد.
گاهيCorona Discharge را بعنوان تخليه الكتريكي بدون صدا
(Silent Discharge) نيز مي‌شناسند و در آن يك گاز حاوي اكسيژن از بين دوالكترود كه با يك ماده دي‌الكتريك پوشانده شده است ، عبور مي‌دهد. ولتاژ اعمال شدن به الكترودها باعث عبور الكترونها در عرض فاصله تخليهمي‌شود. اين الكترون‌ها انرژي لازم جهت شكستن مولكول‌هاي اكسيژن رافراهم آورده و باعث ايجاد ازن مي‌شوند. شكل (3) نشان‌دهنده شماتيك سادهيك دستگاه مولد ازن است.

شكل (3) اصول كار مولد ازن

2-1- اجزاي سيستم
همانطوري كه در شكل 4 ديده مي‌شود، سيستم تصفيه آب باازن داراي چهار جزء اصلي است: يك سيستم تغذيه گاز، يك سيستم مولد ازن،سيستم تماس با ازن و سيستم تجزيه گازهاي نامطلوب.
وظيفه سيستم تغذيهگاز آن است كه گاز اكسيژن خشك و تميز را به سيستم مولد تحويل دهد. درسيستم تماس با ازن نيز گاز غني از ازن با آبي كه بايد تصيفه شود درتماس قرار گرفته و زمان تماس لازم جهت ضدعفوني كردن (يا واكنشهاي ديگر) در اختيار آنها قرار داده مي‌شود. در مرحله نهايي نيز چون ازن يك گازسمي است بايد غلظت آن به حد كمتر از حد خطرناك رسانده شود. در بعضي ازتصفيه‌خانه‌ها، گاز ناخواسته كه غني از ازن است به ابتداي قسمت تماسبرگشت داده مي‌شود تا از مصرف ازن كاسته شود بعضي از سيستم‌ها نيزداراي يك بخش سرمايش ناگهاني مي‌باشند تا ازن باقيمانده در محلول رانيز حذف كنند.

شكل (4) شماتيك ساده سيستم ازن

3- استفادهاز ازن براي تصفيه آب و فاضلاب
3-1- تاريخچه ازن در اروپا وآمريكا
در سال 1893 ازن براي اولين بار درOudshoorn هلند برايتصفيه آب مورد استفاده قرار گرفت. در اروپا از اين ماده بنحو وسيعي درضدعفوني كردن و اكسيداسيون آب آشاميدني استفاده مي‌شود ولي سرعت رشد آندر آمريكا كمتر شده است. در سال 1987 تصفيه‌خانه لس‌آنجلس با ظرفيت 3/2ميليون مترمكعب در روز با سيستم ازن به بهره‌برداري رسيد. از اوايل دهه1990 در آمريكا حدود 40 تصفيه‌خانه آب از ازن در تصفيه آب آشاميدنياستفاده مي‌كرده‌اند. رشد اين موضوع بحدي بوده است كه در اواخر دهه1990 تعداد اين تصفيه‌خانه‌ها به بيش از 260 واحد رسيده است (شكل5).
در تصفيه آب از ازن براي ضدعفوني كردن و اكسيداسيون تركيباتموجود در آب استفاده مي‌شود . در گذشته از ان در ابتدا با اهدافي غيراز ضدعفوني كردن استفاده شده است كه در اين مورد مي‌توان به حذف رنگ وكنترل بو و مزه اشاره داشت. امروزه با توجه به افزايش استانداردهاي آبو تصويب ضوابطي در مورد محصولات جانبي از ضدعفوني كردن(DBP)، استفادهاز ازن با هدف ضدعفوني كردن نيز شديداً در حال گسترش است.

شكل(5) نمودار رشد استفاده از ازن در آمريكا

3-2- تاريخچه تصفيه آببا ازن در ايران
در سال 1377به دليل افزايش روزافزون آلودگي رودخانهكارون در استان خوزستان كه باعث ايجاد طعم و بوي نامطبوع در آب رودخانهشده بود، تصميم گرفته شد تجهيزات ازن زني در تصفيه‌خانه آب شماره يكشهر اهواز نصب و مورد بهره‌برداري قرار گيرد. طبق اطلاعات جمع‌آوري شدهاين تجهيزات پس از حدود 140 روز از شروع بهره‌برداري از مدار خارج شدندكه دليل آن نيز خوردگي پوسته خارج مولد ازن عنوان شد. اين موضوع بههمين وضعيت باقي ماند تا اينكه مجدداً در تابستان سال 1379 با تعويضژنراتور ازن، تجهيزات توليد و تزريق ازن درمدار بهره‌برداري قرارگرفت.
همانطوري كه ذكر شد هدف اصلي در كاربرد ازن در اينتصفيه‌خانه، اكسيد كردن تركيبات ناخواسته توسط ازن بود كه باعث بهبودكيفيت آب بخصوص از لحاظ طعم و بو بوده است كه ضمناً‌ گندزدايي 100درصدي را نيز بهمراه داشته است.
البته درگذشته دور نيز در همدان ازسيستم ازن استفاده شده است ولي امروزه در مدار بهره‌برداري قرار ندارد. با توجه به بررسي‌هاي انجام شده سومين تصفيه‌خانه‌اي كه از ازن برايتصفيه آب شهري استفاده كرده است، تصفيه خانه باباشيخ علي در اصفهاناست. با توجه به بعضي از مشكلاتي كه در كشور در ارتباط با ازن بوجودآمده بود، مسؤولان تصفيه‌خانه اصفهان ابتدا يك دستگاه كوچك توليد ازنخريداري كردند (با ظرفيت 20 گرم ازن در ساعت) كه در پايلوت خود نصبكردند و پس از اخذ نتايج مطلوب اقدام به خريداري دو واحد با ظرفيت 9كيلوگرم ازن در ساعت شده است. بنا به اطلاعات كسب شده قيمت اين واحدهانيز 000/600 يورو بوده است.
درهمين راستا و با توجه به تغييرسياستهاي شركتهاي آب و فاضلاب به جايگزيني مواد ضدعفوني‌كننده واكسيدكننده قويتر از كلر، قرار شده است كه در تصفيه‌خانه جديد همداننيز از ازن استفاده شود و بقيه اين شركتها نيز به دنبال جايگزيني ازنبا كلر هستند كه اين موضوع نشان‌دهنده بازار مناسبي براي مولدهاي ازندر كشور است.
در حال حاضر تعدادي از شركتهاي داخلي كه نمايندگيشركتهاي خارجي را دارند، در حال مونتاژ قطعات وارداتي سيستم ازناتورهستند.

4-
تصفيه آب برج‌هاي خنك‌كن بوسيله ازن
حدوداً يكقرن است كه اكسيژن به شكل ازن شناخته شده است و قابليت بالاي آن برايگندزدايي آب نيز معلوم شده است. آب برج‌هاي خنك‌كننده بايد تصفيه شوندتا از ايجاد لايه‌هاي معدني و ميكروبي جلوگيري شود چون اين لايه‌هامي‌توانند از كارآيي سطوح انتقال حرارت برج بكاهند. استفاده از ازن درتصفيه آب برج‌هاي خنك‌كن كار نسبتاً‌ جديدي است كه در حال تعميم يافتناست. در اين قسمت سعي بر آن است كه تجربيات بكارگيري از يك چنينتكنولوژي در برج‌هاي خنك‌كن واقعي مورد بررسي قرار گرفته و نتايج ومزاياي آن بيان شد.

4-1-
مكانيزم صرفه‌جويي انرژي و جلوگيري ازايجاد بيوفيلم در تجهيزات برج خنك‌كن تر
در سيستم تصفيه‌ آب برجخنك‌كن به كمك ازن، هواي محيط ابتدا فشرده شده و سپس خشك شده و يونيزهمي‌شود تا ازن توليد شود. اين ازن به آب گردشي برج افزوده مي‌شود و درعرض چنددقيقه باكتري، جلبك و ويروسهايي را كه در محيط آبي برج زندگيمي‌كنند را نابود مي‌كند. اين كار داراي چند مزيت مهم است. بايد توجهداشت كه گاهي ميكروارگانيزم‌هايي وجود دارند كه براي سلامتي انسانخطرآفرين هستند مثلLegionella Pneumophila كه باعث بيماري لژيونرمي‌شود و غالباً در برج‌هاي خنك‌كن ديده شده‌اند. بعلاوهميكروارگانيزم‌ها تمايل دارند كه به صورت بيوفيلم در گوشه و كنار سيستمخنك‌كننده تجمع يابند و از بازده انتقال حرارت بكاهند كه اينكار باعثافزايش مصرف انرژي و نيز افزايش هزينه‌هاي تعمير و نگهداريمي‌شود.
يكي از مشكلات ديگر تشكيل رسوبات است كه به خوبي به بيوفيلممي‌چسبند . اين رسوبات نيز مي‌توانند از كارايي انتقال حرارتي كاسته ومشكلاتي براي سلامتي انسان ايجاد كنند.
روش مرسوم تصفيه آب برجخنك‌كن، استفاده از تصفيه با مواد شيميايي و بلودان كردن آب با هدفكاستن از سطح ناخالصي‌ها است. اين روش باعث افزايش هزينه راهبري وتعمير و نگهداري برج‌هاي خنك‌كن مي‌شود. هر چند اگر از سيستم ازن نيزاستفاده شود به بعضي از مواد شيميايي نياز است. ولي با اين وجود سيستمازن باعث كاهش مقدار و هزينه مواد شيميايي مي‌شود.

4-2-
انتخابتكنولوژي
طي بيست سال گذشته، تصفيه با ازن به يكي از تكنولوژي‌هايبا صرفه از لحاظ انرژي تبديل شده است. در اين بخش سعي بر آن است كه بابررسي نتايج و تجربيات موضوع روشن‌تر شود.
در يك تحقيق خارجي ازاطلاعات سازندگان ، مصرف‌كنندگان ، شركتهاي بازرگاني، مؤسسات تحقيقاتيو ديگر قسمت‌هاي دخيل در اين تكنولوژي استفاده شده است. در اينبررسي‌ها مصرف انرژي، هزينه و مزاياي زيست‌محيطي مورد توجه قرارگرفته‌اند. به علاوه تكنولوژي‌هاي مختلف از اين لحاظ كه تازه واردبازار شده‌اند و يا قبلاً جواب خود را به صورت عملي داده باشند،تقسيم‌بندي شده‌اند و مواردي مورد توجه بوده‌اند كه جواب خود را بهصورت عملي ارايه داده باشند. براين اساس روش تصفيه آب برج به كمك ازنمناسب تشخيص داده شد (شكل 6).

شكل (6) سيستم آب برجخنك‌كن

4-3- پتاسيل‌هاي اين روش
طي بيست سال گذشته بهبودسيستمها باعث شده است كه بتوان مولدهاي تجاري ازن را در اندازه‌هايكوچك بنحوي ساخت كه علاوه بر آنكه از لحاظ اقتصادي به صرفه است، سيستمقابل اعتمادي نيز باشد. هر چند استفاده از ازن در تصفيه آب برج خنك‌كنكار جديدي است ولي به دليل مزاياي آن، بازار روبه رشدي دارد. نصب وراهبري اين سيستم مناسب بوده و تعداد باكتري‌ها كاهش يافته و در نتيجهتشكيل بيوفيلم روي سطوح انتقال حرارت كاهش مي‌يابد. كاهش مصرف انرژي،افزايش بازده عملياتي و كاهش امور مربوط به تعمير و نگهداري علاوه برصرفه‌جويي در هزينه‌ها، داراي منافع زيست‌محيطي نيز هستند چون فاضلابحاصل از بلودان نيز يكي از مسايل مهم است.

4-4-
كاربرد
دلايلزيادي وجود دارد كه باعث جلب توجه بسوي ازن مي‌شود كه در اين بارهمي‌توان به بالا بودن هزينه مواد شيميايي و يا خطيربودن مديريت اينمواد اشاره كرد و يا هنگامي‌كه هزينه تخليه فاضلاب به محيط زيست زيادبوده و يا اينكه قوانين بنحوي است كه فاضلاب بلودان بايد پيش از تخليهمورد تصفيه قرار گيرد . اين تكنولوژي حتي براي برج‌هاي خنك‌كن متصل بهسيستم تهويه مطبوع و نيز فرآيندهاي صنعتي سبك نيز قابل بكارگيرياست.
سازندگان مدعي هستند كه از اين سيستم در برج‌هاي خنك‌كن چوبي وفلزي با ظرفيتهايton 1000-60 مي‌توان استفاده كرد. در استفاده ازتكنولوژي ازن چهار ضابطه‌اي فني بايد مورد توجه قرار گيرد:
-
كيفيتآب جبراني كه افزوده مي‌شود تا جايگزين آب از دست رفته طي تبخير وبلودان باشد (سختي و ميزان مواد معدني از عواملي هستند كه در كارآييتاثيرازن دخيل مي‌باشند).
-
دماي عملياتي مبدل حرارتي (اگر اين دمابيش از حد زياد باشد، ازن سريعاً و قبل از اثرگذاري از بينمي‌رود).
-
ميزان در معرض خوردگي بودن مواد (ميزان جايگزين‌هاي آنهاو نيز محافظت‌هاي اضافي در برابر خوردگي).
-
محيط عملياتي برجخنك‌كن (وجود آشغال و مواد آلي اضافي موجب مصرف ازن پيش از گندزدايي آبمي‌شود).
مطالعات «غربالي» و تجزيه و تحليل اقتصادي نيز بايد قسمتياز فرآيند تصميم‌گيري باشد. البته برج‌هاي خنك‌كننده متصل به چيلر كهدر فرآيندهاي صنعتي سبك مورد استفاده قرار مي‌گيرند به همراه سيستم‌هايتهويه مطبوع تجاري فقط يكي از مثال‌هاي مناسب هستند.
در كشور ما نيزتحقيقي در زمينه مزاياي استفاده از سيستم ازن در برج‌هاي خنك‌كن باعنوان «بررسي عملكرد و ميزان تلفات انرژي برج‌هاي خنك‌كن پالايشگاهاصفهان» انجام شده است . دراين تحقيق بررسي اقتصادي سيستم توليد ازنجهت كاهش بلودان برج‌هاي خنك‌كن پالايشگاه اصفهان صورت گرفته است. براساس محاسبات انجام شده در اين تحقيق، استفاده از سيستم توليد ازنسالانه حدود 780 هزار مترمكعب در مصرف آب و حدود 117 هزار دلار درهزينه عملياتي برج‌هاي اين پالايشگاه صرفه‌جويي به دنبال خواهد داشت. ضمناً برآورد اقتصادي صورت گرفته نشان مي‌دهد كه زمان بازگشت سرمايهحدود يك سال خواهد بود.

5-
تصفيه فاضلاب‌هاي صنعتي باازن
واكنش ازن(o3) در فاضلاب را مي‌توان به دو دسته تقسيم‌بنديكرد: واكنش‌هاي مستقيم ازن و تجزيه ناشي از راديكال‌هاي آزاد. برايناساس در محلول‌هاي خالص تجزيه ازن بصورت زيراست:‌


واكنش‌هاي مستقيم ازن نسبت به راديكال‌هاي آزادهيدروكسي بسيار انتخاب‌گر و كند است. سرعت واكنش راديكال‌هاي هيدروكسي(OH*) معمولاً يك ميليون تا يك ميليارد برابر سرعت واكنش‌هاي ازن است. اين راديكال‌ها از پتانسيل اكسيداسيون بسيار زيادتر و خاصيت انتخاب‌گريبسيار كمتر نسبت به ازن برخوردارند. از اين رو به نظر مي‌رسد كه ذرهفعال اصلي در تخريب مواد سمي آلي، راديكال‌هاي آزاد توليد شده هنگامتجزيه ازن باشند.
در فرآيندهاي اكسيداسيون پيشرفته(AOP) ، تجزيهازن با هدف افزايش غلظت راديكال‌هاي هيدروكسي تشديد مي‌شود تااكسيداسيون مواد آلي خطرناك افزايش يابد. گروهي از اين فرآيندهايپيشرفته كه با ازن تلفيق مي‌شوند تا تشكيل اينگونه راديكال‌ها افزايشيابد عبارتند از: پراكسيدهيدروژن، اشعهUV وPH بالا بايد توجه داشت كهازن‌زنيPH بالا جهت اكسيداسيون آمونياك، تجزيه سيانيد و ترسيب فلزات سنگين بسيار مؤثر است.

6-
حذف فلزات سنگين در فاضلاب‌هايصنعتي
مي‌توان از ازن جهت اكسيداسيون فلزات سنگيني كه به راحتياكسيده مي‌شوند، استفاده كرد. از اين فلزات مي‌توان به آرسنيك،آلومينيوم، سرب، نيكل، كروم، مس، كبالت، باريم، روي، كادميوم وكمپلكس‌هاي آلي اين فلزات اشاره كرد. در تحقيقي نشان داده شده است كهقسمت اعظمي ازاين فلزات با قليايي كردن شرايط توسط آهك حذف مي‌شود وفلزات محلول باقيمانده نيز مي‌توانند توسط ازن راسب شوند. اين تصفيه كهتلفيقي از آهك‌زني و ازن است مي‌تواند آلومينيوم، كادميوم، كروم،كبالت، مس، آهن، سرب، منگنز، نيكل و روي را با بازده 5/99 درصد حذف كند.
در اين سيستم از فيلتراسيون در قبل و بعد از ازن‌زني استفادهمي‌شود. فيلتر اول وظيفه حذف مواد معلق خروجي از استخرهاي ته‌نشيني رابرعهده دارد چون مواد معلق باعث افزايش قابل توجه مصرف ازن مي‌شوند وازاين رو جهت صرفه‌جويي در مصرف ازن، فيلتراسيون امري ضروري است. فيلتردوم وظيفه حذف فلزات و نيز كمپلكس‌هاي فلزي محلول را كه توسط ازناكسيده شده‌اند، برعهده دارد. البته هر دو فيلتر از نوع ماسه‌اي مي‌باشند..

نور پردازي پل كابلي تبريز

روشنايي بيلبوردهاي جاده اي شيراز

نصب سيستم برق اضطراري (UPS) نداجا

طراحي سيستم اضطراري (LED) براي پتروشيمي تبريز

 ساير پروژه هاي انجام شده