|
عنوان :
طراحي و ساخت سيستم بهينه سازي مصرف انرژي براي روشنايي معابر
نام نويسندگان
:
تقی سامی - سعیدعباچی زاده
شرکت مهندسي مشاور نيروي آذربايجان (منا)
واژههاي کليدي:
روشنايي معابر- فتوسل - سيستم روشنايي هوشمند - مديريت مصرف - صرفه جويي
چكيده :
در اين مقاله ابتدا نگاهي گذرا به مشكلات سيستم فرمان چراغ هاي روشنايي معابر عمومي
داشته و سپس باتوجه به مشكلات اساسي سيستم مذكور , يك سيستم ابتكاري معرفي شده كه
در حاليکه ايرادات سيستم قبلي را نداشته, داراي امكاناتي اضافه همچون مديريت مصرف
انرژي بوده و از نظر هزينه نيز مقرون به صرفه مي باشد. اساس كار آن برپايه ميكرو
پروسسور بوده ومبناي كار محاسبه طلوع وغروب شرعي مي باشد . چون سيستم كنترل بصورت
نرم افزاري مي باشد پس امكانات اضافي وحتي خود سيستم هزينه اضافي چنداني نخواهد
داشت. اين سيستم بطور آزمايشگاهي ساخته شده و مورد آزمايش قرار گرفته و نتايجي
مطلوب و مورد نظر بدست آمده است
مقدمه:
با توجه به اين كه روشنايي معابر به خصوص معابر عمومي جز يكي از پر مصرف ترين محلها
از لحاظ مصرف انرژي الكتريكي بوده, از طرف ديگر از ضروري ترين سيستم ها از لحاظ
امنيت اجتماعي و فردي مي باشد, اين دو هدف فوق در كنار هم گوياي اين مسئله مي باشد
كه استفاده و مديريت هوشمندانه مي تواند باعث صرفه جويي به مقدار زيادي در مصرف
انرژي شود.
مشكل ديگر به مدار آمدن سيستم روشنايي معابر در پيك
بار بوده كه اين مشكل را دو چندان مي كند كه بطور كلي مي توان درموارد زير خلاصه
كرد:
اول اينكه باعث افزايش مقدار پيك شبكه شده و دوم اينكه همه چراغ هاي يك منطقه
تواماً و يكجا به مدار مي آيند که باعث تزريق يك تنش به شبكه مي شود.
بنا به مسائل ذكر شده وجود يك دستگاه مديريت خودكار مي تواند بسياري از مشكلات را
حل كند.
در سيستم روشنايي معابر هم اكنون از فتوسل استفاده مي شود ولي سيستم فتوسل داراي
مشكلاتي است كه در حين كار عملاً ملاحظه مي شود كه مهمترين آنها به شرح زير مي
باشد:[4]
1- قابل ذكر است براي پايدار كردن سيستم فتوسل ( روشن وخاموش كردن منطقي) طراحان
مجبور هستند يك ناحيه هيسترزيس براي فتوسل تعريف كنند كه نبود اين عامل (هيستزيس)
باعث مي شود هنگام روشن شدن سيستم با كمترين تغيير مقدار شدت روشنايي محيط,(طبيعي و
غير طبيعي) دستور خاموشي چراغ ها صادر شودو اين سيكل معيوب تكرارمي شود . با افزودن
يك ناحيه هيسترزيس براي فتوسل مشكل مذكور حذف شده ولي باعث وسيع شدن گستره عملكرد
فتوسل مي شود و سالانه بنا به عدم كاركرد درست آنها شاهد روشن ماندن چراغ ها در روز
و از آن خطرناك تر روشن نشدن چراغ ها در شب ها كه اولا باعث افزايش تصادفات, سرقت
ها و همچنين بالا رفتن ميزان نارضايتي مردم از كاركرد شركت هاي برق مي شود.
2- در شهر هايي كه مشكل آلودگي هوا دارند بخصوص شهري مانند تهران , فتوسل ها بطور
مطلوب عمل نمي كنند براي اينكه فتوسل ها داراي يك قسمت شفاف يا شيشه اي هستند كه
سنسور اصلي( فتوسل) در زير آن قرار دارد و آلودگي و دوده روي اين قسمت نشسته و باعث
تيره شدن رنگ قسمت شفاف مي شود. اين عامل بطور ممتد افزايش يافته و باعث اختلال در
عملكرد فتوسل مي شود.
3- همچنين سيستم فتوسل قابليت انعطاف پذيري نداشته و يك سيستم تك كاره بوده و هيچ
كار مديريت مصرفي را نمي تواند انجام دهد.
با توجه به علل فوق لزوم ايجاد يك تحول اساسي در سيستم فرمان روشنايي معابر الزامي
مي باشد, سيستمي كه داراي مشكلات سيستم قبلي نبوده و همچنين با در نظر گرفتن مزاياي
اقتصادي ( كوتاه مدت و سرمايه گذاري بلند مدت ) بتواند با سيستم هاي موجود رقابت
كند .
سيستم طراحي شده بر پايه و اساس ميكرو پروسسور بوده ويك سيستم هوشمند مي باشدو به
علت اينكه اكثر كارها بوسيله نرم افزار انجام مي شود اولاً قابليت انعطاف پذيري
فراواني داشته و ثانياً از نظر هزينه مقرون بصرفه مي باشد به تعبير ديگر چون اكثر
امكانات با استفاده از برنامه نويسي ايجاد شده است و هزينه برنامه نويسي ( در توليد
صنعتي ) در مقايسه با سخت افزار خيلي ناچيز مي باشد.
سيستم طراحي شده داراي دو قسمت است كه قسمت اول يك pack مي باشد كه جايگزين سيستم
فتوسل هاي موجود مي شود و قسمت دوم يك كنسول مي باشد كه در اختيار شركت توزيع مي
باشد و به وسيله آن تنظيمات اوليه و در صورت لزوم تنظيمات بعدي صورت مي گيرد. بطور
كلي كاركرد و وظايف سيستم طراحي شده بدين صورت مي باشد:
1- روشن وخاموش كردن روشنايي معابر بر اساس محاسبه طلوع آفتاب , غروب آفتاب و به
تعبير ديگر يك زمان مشخص (10 دقيقه بنا به آزمايشات تجربي) بعد از طلوع آفتاب فرمان
قطع را صادر كردهو يك زمان مشخص ديگر ( همان 10 دقيقه ) قبل از غروب آفتاب دستور
وصل سيستم روشنايي را صادر مي نمايد. البته قابل ذكر مي باشد كه كليه تنظيمات از
جمله زمان روشن و خاموش كردن وتك تك پارامترها قابل تنظيم و تعريف مي باشد.
حتي روز هاي ابري كه اكثر فتوسل ها عمل مي كنند دستگاه طراحي شده هيچ عكس العملي در
هوا هاي ابري نشان نمي دهد چون اولاً بنا به دستورالعمل هاي شركت هاي توزيع روشن
شدن چراغ ها در هواي ابري مطلوب آن شركت ها نمي باشد و دوماً روشن وخاموش شدن ممتد
چراغ ها باعث استهلاك تجهيزات شبكه از جمله خود چراغ ها و كنتاكتورها مي شود.[4]
2- سيستم مديريت انرژي الكتريكي يكي ديگر از مزاياي اين طرح مي باشد چون سيستم
اساساً بر پاپه ميكرو پروسسور بوده قابليت تصميم گيري وسيعي را داشته واين مديريت
به چندين صورت مي تواند صورت گيرد كه به دو تاي آن اشاره مي گردد:
الف- حالت اول بدين صورت است كه هنگام روشن كردن چراغ ها همه آنها را يكجا به مدار
نمي آورد بلكه در سه مرحله به مدار مي آورد البته اين امكان از نظر كابل كشي در
اغلب آنها موجود مي باشد چون كابل كشي اغلب بصورت سه فاز مي باشد ودر اين صورت مي
توان در سه مرحله با اختلاف زمان راه اندازي هر فاز ( 2 دقيقه) روشن كرده كه اين
تدبير باعث مي شود استرس وتنشي كه به شبكه در اثر روشن شدن يكجا كليه لامپ ها به
شبكه تزريق مي شد به 33% تقليل يابد .
ب- حالت دوم بدين صورت است كه به اقتضاي هر محل دستگاه طوري برنامه ريزي شود كه در
ساعتي از مدت كار, تعداد لامپ هاي سيستم روشنايي تقليل دهد .كه در ساده ترين صورت
در يك تير با لامپ چهار تايي دو از آنهارا خاموش كند و يا در معابري كه كه بعد از
يك ساعت معين ديگر لزومي به شدت روشنايي بالا نيست چراغ را يك در ميان خاموش كند.
نقطه مهم ديگر اين است :
كه با استفاده از اين طرح مي توان در مغازه ها يا تابلو هاي تبليغاتي نيز باعث صرفه
جويي قابل ملاحظه اي در مصرف انرژي شد.قابل توضيح است كه اكثر چراغهاي تابلو هاي
تبليغات شهرداري ولامپ هاي نئون كه براي تبليغات بكار مي روند تا صبح روشن مي مانند
در صورتي كه فقط تا ساعت 1بامداد مفيد مي باشند ولي به علت محدوديت مغازه داران
وشهرداري اين چراغ ها تا صبح روشن مي مانند .
سيستم روشنايي هوشمندSLS (smart lighting system)
سيستمي طراحي وساخته شده "سيستم مديريت هوشمندSLS "نام گرفته است .كه در ذيل به
نحوه كاركرد سخت افزاري آن اشاره مي شود :[1,5,6,9]
كاركرد سخت افزاري سيستم در شكل) 1 (بصورت بلوك دياگرام نشان داده شده است. سيستم
از 6 قسمت اساسي تشكيل شده است يكي از قسمت ها ي آن واحد CLOCK و يا همان ساعت
دستگاه است كه اين قسمت در وحله اول سيكل ماشين را توليد و سپس ثانيه را توليد وحفظ
مي كند و در مراحل بعدي دقيقه , ساعت , روز , ماه و سال راتوليد و در مراحل بعدي در
اختيار پردازنده قرار مي دهد اين قسمت قابليت اعمال 30 و يا 31 روز وهمچنين سال
كبيسه را دارد و دقت عمل كرد آن 1/8μs (ميكرو ثانيه ) مي باشد قسمت دوم قسمت حافظه
سيستم كه از نوع EEPROM مي باشد .[2,3]
قسمت سوم واحد فرمان يا رله است كه در اين مدل دستگاه سه رله پيش بيني شده يعني
قابليت انجام سه مرحله را دارد و قسمت بعدي قسمت تغذيه مدار مي باشد اين مدار از
برق شهر V 220 ,HZ 50 تغذيه شده و براي مواردي كه برق شهر قطع مي شود , براي اينكه
ساعت سيستم بتواند به كار خود ادامه دهد و از باطري پشتيبان تغذيه مي شود .
همه اين واحد ها كه توضيح داده شد جمعا ً سيستم مديريت هوشمندSLS راتشكيل ميدهند كه
جايگزين فتوسل مي شود و قسمتي كه بصورت نقطه چين )شكل 1 ( مشخص شده است همان قسمت
كنسول يا تنظيم كننده است كه در كل براي براي همه سيستم هاي نصب شده يك عدد مي باشد
و به وسيله آن تنظيمات صورت مي گيرد .
علت جدا كردن اين قسمت) كه از صفحه نمايشگرLCD و كيبورد تشكيل شده است( از سيستم
pack نصب شده بجاي فتوسل, اين است كه اولا ً بخاطر كم كردن قيمت دستگاه كاري بسيار
مناسب بوده چرا كه روي هر دستگاه به آن نيازي نيست و دوماً اينكه به لحاظ امنيتي و
دستكاري ساعت و كاركرد آن بهتر است اين قسمت به راحتي در اختيار عموم نباشد. قابل
ذكر است نمونه ساخته شده در مجتمع عالي آموزشي و پژوهشي آذربايجان موجود مي باشد.
شكل 1- بلوك ديگرام كاركرد سيستم مديريت هوشمندSLS
شكل 2- شبيه سازي پروژه در نرم افزار پلوتيوس
شكل3- مدل ساخته شده اوليه
نتيجه گيري:
با توجه به مشکلات ذکر شده سيستم روشنایی معابر موجود, وجود سيستم مديريت هوشمند
كاملاً ضروری مي باشد. سيستم معرفی شده دارای امکاناتی منحصر بفرد بوده و نصب و
بهره برداری از آن باعث صرفه جویی وبهینه سازی در مصرف انرژی خواهد شد. این سيستم
سازگار با فرهنگ مصرف کشور بوده آزمايشات انجام گرفته مبني بركاركرد مطلوب آن مي
باشد. كاربرد ديگر آن همان طور كه ذكر شد صرفه جويي انرژي در تيزرهاي تبليغاتي
شهرداري و شركت ها بوده كه با اطلاع رساني مناسب و حمايت ارگان هاي مسئول مي توان
به هدف اصلي رسيد و پيشنهاد مي گردد پس از ساخت نمونه صنعتي ضد آب بر روي چند عدد
از فتوسل هاي موجود جايگزين شده تا كاركرد آن بصورت كاملاً عملي مورد بررسي قرار
گرفته و در صورت وجود اشكالات ساختاري اقدام به برطرف كردن آنها بشود .
تشكر و قدر داني:
در پايان از جناب آقاي دكتر تقي زادگان مدير امور پژوهشي مجتمع عالي آموزشي و
پژوهشي آذربايجان وجناب آقاي مهندس نهال پروري معاونت محترم بهره برداري شركت توزيع
نيروي برق تبريز وهمچنين آقاي مهندس اميني از شركت توزيع برق آذربايجانشرقي كه در
طي 2 سال انجام پروژه اينجانبان را با رهنمود هاي خود ياري كرده اند تقدير و تشكر
مي نمايم.
مراجع :
1- ميكرو كنترولر هاي AVR / علي كاهه / انتشارات نص چاپ چهارم 1384
2- واسط هاي كامپيوتري / تاليف علي مزيدي ترجمه دكتر قدرت الله سپيد نام / انتشارات
خراسان چاپ اول 1381
3- اسلات هاي توسعه و طراحي كارت ها / شيرزاد شهرياري/ انتشارات جهاد دانشگاهي مشهد
1378
4- دستور العمل هاي شركت توزيع تهيه شده در مركز استاندارد و تحقيقات وزارت نيرو
5- Claus Kühnel/ Programmieren der AVR RISC Mikrocontroller mit BASCOM-AVR /376
Seiten ISBN 3-907857-04-6/year2003
6- http://www.mcselec.com/index.php?option=c
om_docman&task=cat_view&gid=83&Itemi d=54
7- http://www.sxlist.com/techref/ubicom/lib/io/dev/modem/index.htm
9- http://batronix.com/electronic/datasheets/microcontroller.shtml
10- http://www.ckuehnel.ch/
برای دریافت متن کامل
مقاله به صورت
PDF
اینجا راکلیک کنید .
Designing and
Manufacturing of Energy Consume Optimization System for Public Places Lighting
Abstract
There are some problems in command system of lighting in public places. In this
paper firstly, there was an overview about these problems, after that a fully
complete proper system was introduced.
A
micro processor based system is used to eliminate such problems and is based on
sunrise and sunset in each day. Because of software controlling system, there is
no need to extra equipment and it will be economical. In addition to, there is
one more advantage, this system enable to set energy management.
A
prototype model of such system was manufactured and the results were
satisfactorily. |
