Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen DavazdahEmami,Eman Ezadi
محسن دوازده امامی (استاد مشاور) ایمان ایزدی نجف آبادی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ramin Yavari
رامین یاوری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Design and implementation of automatic monitoring and control system for a lab-scaled boiler
Boilers are closed pressurized vessels which are used for heating water or generating water steam through combustion (combination of air fuel). In many commercial and industrial systems, boilers are used to heat the environment or provide the required process heat. Therefore, reducing their fuel consumption even slightly, can play an important role in reducing energy consumption and pollution. Nowadays, there are many ways to increase boiler efficiency. Closed-loop control of boiler is the most cost-effective and available method for increasing boiler efficiency and reducing pollution. In this research, a manually operated lab-scale boiler is setup for automatic control and monitoring. Values of boiler parameters such as air flow, fuel flow, outlet water temperature, inlet water temperature and exhaust temperature are measured by using image process algorithms and installed sensors and are sent to computer. Based on these measurements, values of efficiency and fuel–air equivalence ratio are calculated online. Some experiments are carried out on the boiler to obtain the operating point of the system, which is the desired fuel–air equivalence ratio in which efficiency is high and pollution is low. According to the conducted experiments it is determined that the boiler should work at a fuel–air equivalence ratio of 0.87. The control strategy implemented in this study is that at any moment the amount of fuel flow is determined, by controlling the equivalence ratio with reference 0.87. The desired air flow rate is calculated at any moment and it is given to the controller as a set point. Thus, by controlling the air flow, the fuel–air equivalence ratio remains in the desired value. The actual results of the implementation of this algorithm confirm its proper operation. Measurement of flows are delayed by 25 seconds due to the delay caused by image processing. For improving operation of the system, an inferential controller is added to the control algorithm to compensate the delay. This controller uses model of air actuator for computing air flow’s value when it is not available. The actual results of this algorithm are also presented in this paper. Key Words : Combustion Control, Lab-scaled Boiler, Image Processing, System Identification, Inferential Controller
بویلر یک مخزن بسته است که از طریق احتراق (ترکیب سوخت و هوا)، آب گرم یا بخار آب تولید می‌کند. در بسیاری از تجهیزات تجاری و صنعتی، از بویلرها برای گرم کردن محیط یا تامین گرمای مورد نیاز فرآیند استفاده می‌شود. بویلرها از بزرگ‌ترین مصرف‌کنندگان انرژی محسوب می‌شوند، بنابراین کاهش مصرف سوخت آن‌ها هرچند به میزان اندک، می‌تواند نقش مهمی در کاهش مصرف انرژی و آلایندگی ایفا کند. امروزه روش‌های بسیاری برای افزایش بازده بویلر وجود دارد. مقرون به صرفه‌ترین و در دسترس‌ترین روش برای افزایش بازده بویلر و کاهش آلایندگی، کنترل حلقه‌بسته بویلر است. موضوع این پژوهش، نصب یک سیستم نظارت و کنترل اتوماتیک بر روی یک بویلر آزمایشگاهی است. مقادیر متغیرهای بویلر، از جمله دبی هوا، دبی سوخت، دمای آب خروجی، دمای آب ورودی و دمای اگزوز با استفاده از الگوریتم‌های پردازش تصویر و سنسورهای نصب‌شده روی بویلر محاسبه و به کامپیوتر منتقل می‌شوند. سپس مقادیر بازده و نسبت معادل (نسبت هوا به سوخت) بر اساس اندازه‌گیری‌های انجام شده به صورت آنلاین محاسبه می‌شوند. در ادامه آزمایش‌هایی بر روی بویلر انجام می‌گیرد تا نقطه‌ی کار سیستم به دست آید. نقطه‌ی کار در واقع نسبت معادل مطلوبی است که در آن بازده زیاد و میزان آلاینده‌ها کم باشد. با توجه به آزمایش‌های انجام شده مشخص شد که بویلر باید در نسبت معادلی برابر با 0/87 کار کند. بر اساس این مقدار مرجع ، استراتژی کنترل اجرا شده در این پژوهش به این صورت است که پس از مشخص شدن مقدار دبی سوخت در هر لحظه ، توسط کنترل نسبت با توجه به نسبت معادل برابر با 0/87 ، میزان دبی هوای مطلوب در هر لحظه محاسبه و به عنوان مقدار مرجع به کنترل‌کننده داده می‌شود. بدین ترتیب با کنترل دبی هوا ، نسبت معادل در مقدار مطلوب باقی می‌ماند. نتایج عملی پیاده‌سازی این الگوریتم نیز عملکر مناسب آن را تایید می‌کند. اندازه‌گیری دبی‌ها با تاخیری 25 ثانیه‌ای به دلیل تاخیر ناشی از پردازش تصویر همراه است. برای بهبود عملکرد سیستم، یک کنترل‌کننده‌ی استنباطی به الگوریتم کنترل اضافه می‌شود تا تاخیر ایجاد‌شده را جبران کند. این کنترل‌کننده، زمانی که دبی هوا در دسترس نیست از مدل عملگر تنظیم هوا برای محاسبه‌ی دبی هوا استفاده می‌کند. نتایج عملی حاصل از این الگوریتم نیز در این پژوهش ارائه شده است. واژه‌های کلیدی: 1- کنترل احتراق، 2- بویلر آزمایشگاهی، 3- پردازش تصویر، 4- شناسایی سیستم، 5- کنترل‌کننده‌ی استنباطی

تحت نظارت وف ایرانی