پایان نامه بررسی سیستم کنترلی TDC2000 و طراحی نرم افزار شبیه ساز آن در صنعت نفت
پایان نامه بررسی و طراحی مدارهای منطقی VLSI توان پایین چکیده در سال های اخیر با پیشرفت تکنولوژی و کوچک شدن ابعاد وسایل الکترونیکی و گسترش مخابرات سیار در جهان، طراحان مدارهای مجتمع بیشتر از قبل به دنبال راه هائی جهت کاهش توان مصرفی و افزایش سرعت عملکرد مدارها بوده و در این زمینه نیز به موفقیت های بسیاری را کسب نموده اند. در این پایان نامه نیز در همین راستا و در جهت کاهش توان مصرفی مدارهای مجتمع، ابتدا به بررسی عوامل مختلف جهت کاهش توان مصرفی پرداخته و در ادامه چندین روش مختلف مداری ارائه شده در مدارهای دومینو (Domino) بررسی شده و سپس دو روش مداری جهت کاهش توان مصرفی پیشنهاد می گردد، که این روش ها برروی گیت های NAND و NOR پیاده سازی و توسط نرم افزار Hspice شبیه سازی شده و با مدارهای مشابه طراحی شده از روش های دیگر مقایسه گردیده است، که این شبیه سازی ها، حاکی از کاهش قابل توجه توان مصرفی نسبت به روش های دیگر است. در ادامه، یک روش جدید جهت طراحی گیت NOR با 32 ورودی ارائه شده و توسط نرم افزار Hspice شبیه سازی شده است، که این مدار نیز در چندین حالت مختلف، دارای توان مصرفی کمتر و سرعت عملکرد بالاتر نسبت به مدارهای ارائه شده دیگر می باشد. مقدمه مدارهای مجتمع دیجیتال همواره به علت سادگی در طراحی، قابلیت پیاده سازی از یک تکنولوژی قدیمی تر به تکنولوژی جدیدتر، کم نویز بودن و کم مصرف کردن توان نسبت به مدارهای آنالوگ، بیشتر مورد توجه طراحان مدارهای مجتمع، قرار گرفته اند. در دهه 80 میلادی بیشترین توجه طراحان بر روی مسئله سرعت و مساحت اشغال شده توسط سطح تراشه، متمرکز بود. اما با پیشرفت تکنولوژی و افزایش تعداد ترانزیستورها در داخل یک تراشه، توان مصرفی توسط ترانزیستورها و در مجموع، توان مصرفی توسط مدارهای مجتمع اهمیت خود را نشان داد و طراحان را وادار نمود تا راهکارهائی جهت کاهش توان مصرفی ارائه دهند. در این راستا مسائلی از قبیل مخابرات سیار و وسائل الکترونیک قابل حمل، نیز باعث گردیدند تا ضرورت کاهش توان مصرفی بیشتر مورد توجه طراحان و مهندسان قرار گیرد. فصل اول کلیات 1-1- اهمیت سرعت و توان مصرفی و سطح اشغال شده در مدارها پس از به وجود آمدن مدارهای دیجیتال، همواره سه مسئله مهم مدنظر طراحان قرار داشته است، که این سه مسئله مهم عبارتند از: 1- سرعت پاسخگوی مدار به ورودی 2- مساحت اشغال شده روی سطح تراشه 3- توان مصرفی توسط تراشه براساس نتایج به دست آمده، توان مصرفی تراشه ها در هر 3 سال به 3 سال، 4 برابر شده است و توان مصرفی در بعضی از تراشه ها به 100 وات رسیده است. به دلیل پیشرفت های انجام شده در فن آوری ساخت مدارهای مجتمع و کوچک شدن ابعاد ترانزیستورها، مساله فضای اشغال شده توسط مدارهای مجتمع تا حدودی کمرنگ و از اهمیت آن کم شده است و مهمترین مسائلی که باقی می مانند، مسئله سرعت و توان مصرفی است که با توجه به کاربرد مدار، هریک از این ویژگی ها می تواند در اولویت طراحی و مدنظر مهندسان طراح قرار گیرد. 2-1- مدارهای دیجیتال و دسته بندی آنها مدارهای دیجیتال که از ترانزیستورهای MOSFET ساخته می شوند، به دو مقوله وسیع زیر تقسیم می شوند: 1- مدارهای ایستا (استاتیک) 2- مدارهای پویا (دینامیک) به اختصار می توان بیان نمود که تمامی گره های یک دروازه ایستا مسیری مقاومتی از طریق ترانزیستورها به VDD یا زمین دارند. اما در مدارهای پویا ولتاژ یک یا چند گره به بار ذخیره شده بر روی یک خازن بستگی دارد. دیگر تمایز این دو مدار، نیاز مدارهای پویا برای درست کار کردن به سیگنال های ساعت متناوب همگاه با سیگنال های داده است. از مدارهای ایستا می توان به دروازه های CMOS و شبه NMOS اشاره نمود. طراحی گیت های منطقی به روش CMOS بسیار سرراست است، به این صورت که دو ترانزیستور NMOS سری عمل AND منطقی و دو ترانزیستور NMOS موازی عمل OR منطقی را انجام می دهند. به نحوی مشابه دو ترانزیستور PMOS موازی عمل AND و دو ترانزیستور PMOS سری عمل OR را انجام می دهند. مدارهای حاصل دروازه های NOR دو ورودی و NAND دو ورودی را که در شکل (1-1) نشان داده شده است، تشکیل می دهند. در روش شبه NMOS، یک ترانزیستور PMOS در مسیر VDD به مدار قرار می گیرد. شکل (2-1) یک گیت NAND دو ورودی شبه NMOS را نشان می دهد. گیت های استاندارد CMOS نسبت به گیت های مشابه شبه NMOS، توان کمتری را مصرف می کنند؛ اما به علت تعداد زیاد ترانزیستورهای PMOS مورد نیاز و بزرگی ابعاد ترانزیستورهای NMOS برای دستیابی به تاخیرهای صعود، نزول یکسان، مساحت بیشتری اشغال می کنند. در مدار معکوس کننده استاندارد CMOS معمولا ابعاد ترانزیستور PMOS دو برابر ابعاد ترانزیستور NMOS در نظر گرفته می شود زیرا مقاومت ترانزیستور PMOS در حالت روشن بودن تقریبا دو برابر مقاومت ترانزیستور NMOS در حالت روشن است، اما در گیت های طراحی شده با روش شبه NMOS، برای داشتن خروجی مطلوب؛ ابعاد ترانزیستورها به صورت تناسبی انتخاب می شوند و معمولا ابعاد ترانزیستورهای NMOS، چند برابر ابعاد ترانزیستور PMOS در نظر گرفته می شوند. که متاسفانه این نسبت زمان های صعود و نزول نابرابری را ایجاد می کند.
پایان نامه بررسی سیستم کنترلی TDC2000 و طراحی نرم افزار شبیه ساز آن در صنعت نفت
|
 |
| دسته بندی | برق ،الکترونیک و مخابرات |
| فرمت فایل | |
| حجم فایل | 3733 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 178 |
پایان نامه بررسی سیستم کنترلی TDC2000 و طراحی نرم افزار شبیه ساز آن در صنعت نفت
چکیده:
کاربرد سیستم از کنترل در صنایع کشورمان در چند سال اخیر افزایش حیرت انگیزی داشته، پیشرفت سریع کامپیوترها و استفاده از آن پدید آمدن سیستم هایی موسوم به (MBDCS) شد.
هم اکنون صنایع بزرگ کشور مانند نفت، گاز، پروشیمی مجهز به سیستم های کنترل گسترده می باشند. بنابراین بررسی و تحقیق درباره سیستم های کنترل فوق بسیار مفید می باشد. طراحی نرم افزار شبیه ساز یک سیستم کنترل گسترده کمک
شایانی در شناخت و عملکرد چنین سیستمی می نماید و می توان از مقاصد آموزشی نیز از آن استفاده نمود.
انجام این پروژه بررسی و شناخت یک سیستم کنترل گسترده واقعی مانند TDC2000 از شرکت Honeywell یک plant واقعی و مدلسازی آن و طراحی نرم افزار شبیه ساز یک سیستم کنترل گسترده می باشد. همچنین امکانات یک سیستم واقعی نیز به آن افزوده شده است.
در نرم افزار فوق رفتار گذرا و داغ هر یک از متغیرها قابل مشاهده بوده که از نظر بدلیهای آماری و مقاصد آموزشی حائز اهمیت می باشد.
مقدمه:
طی سالهای اخیر سیستم های کنترل از یک فرآوری تکنولوژی به نیروی مسطحی در اتوماسیون سنعتی تبدیل شده است، صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، کاغذسازی، نیروگاه ها و پالایشگاه ها و… تنها بخش از قلمرو و کاربرد آن را تشکیل می دهند. این گسترش کاربرد طبعاً سبب رقابت شدید و تبلیغات به منظور فروش سستم های DCS بین کمپانیهای تولید کننده شده است.
در کشور ما نیز این سیستم های به تدریج معمول شد، و هم اکنون دامنه رفیعی از فعالیت های صنعتی کشور را پوشش می دهد برخی از این واحدها عبارت است از:
– سکوی دریایی سلمان: سیستم کنترل گسترده Tdc2000 از شرکت Honey well نصب شده است.
– پتروشیمی اراک: در واحدهای پلی بوتادین، اکسید اتیلن، سیستم Tdc2000 Honey well نصب و راه اندازی شده است.
– سکوی جدید بهرگان ottshore و کارخانه خشکی onshore بهرگان: سیستم یوکرگاوای yokogava (centam 3000 در حال نصب و راه اندازی.
– پتروشیمی تبریز: در واحد olefin و واحد پلی اتیلن سیستم Tdc2000 از شرکت Honey well نصب شده است.
با توجه به روی آوری گسترده بزرگترین صنایع این کشور (نفت، گاز، پتروشیمی) به سیستم های کنترل گسترده، برآن شدیم سیستم های فوق را مورد بررسی قرار داده و نرم افزار شبیه ساز آن را طراحی کنیم. برای این منظور یک واحد (production platform) در نظر گرفته شده که سیستم TDC2000 برتر آن نصب شده است.
این شبیه سازی به توانایی ما در شناخت سیستم و عملکرد بخشهای مختلف افزوده، همچنین وجود خطا یا اشکال در سیستم و نحوه برخورد نرم افزار با این مورد قابل بررسی می باشد این نرم افزار از نقطه نظر آموزشی نیز می تواند بسیار مورد توجه قرار گیرد چرا که اگر بخواهیم بروز اشکالی را در یک سیستم واقعی مثلا روی یک سکوی نفتی تجربه کنیم چه بسا ممکن است باعث ایجاد خطرات جبران ناپذیر شود که مقرون به صرفه نمی باشد.
مطالب ارائه شده عبارت است از:
– معرفی سیستم های مقیاس وسیع و بررسی روشهای مدلسازی این سیستم ها
– بررسی سیستم های سلسله مراتبی
– بررسی جامع سیستم کنترل گسترده و اجزاء تشکیل دهنده آنها
– بررسی سیستم TDC2000 بطور کامل و تجهیزات مربوط به آن
– معرفی یک Plant واقعی و مدلسازی بخش های مختلف آن
– طراحی نرم افزار شبیه ساز یک سیستم کنترل گسترده و بررسی جزئیات آن
در پایان از کلیه اساتید گروه برق دانشکده و تحصیلات تکمیلی بالاخص مدیر محترم گروه برق آقای دکتر الهی که در انتخاب موضوع کمک شایانی نموده اند. تشکر می نمایم همچنین از آقای پور مینا به جهت راهنمایی های ارزنده شان در انجام و یشرفت پروژه قدردانی می نمایم.
فصل یک
کلیات
1-1- هدف:
با توجه به پیشرفت تکنولوژی و بکارگیری کامپیوتر و مدارهای میکروپروسسور در صنایع و بکارگیری روشهای کنترلی جدید در صنعت، بخصوص صنعت، نفت، گاز، پتروشیمی لازمه آشنایی با سیستم کنترل جدید را فرآهم می آورد.
استفاده از سیستم های فوق در صنعت و سکوهای نفتی و کارخانجات خشکی جهت فراورش نفت به فراوان مشاهده می شود در صورتیکه هنوز طراحی این سیستم های توسط شرکتهای خارجی صورت می گیرد.
در راستای این استفاده فراگیری و نصب و راه اندازی و نگهداری این سیستم نیز مطرح می شود با توجه به اینکه هزینه های خرید خارجی چنین سیستم هایی بسیار گران بوده و استفاده کارشناس خارجی هزینه بر می باشد.
پس شناخت چنین سیستمهایی کمک شایانی به صنعت و اقتصاد کشور می نماید. تکنولوژی و سخت افزاری چنین سیستم هایی در کشورمان موجودنمی باشد اما طراحی نرم افزار آن امکان پذیر می باشد. بنابراین بر آن شدیم علاوه بر شناخت اساس کار چنین سیستم هایی به طراحی نرم افزار شبیه ساز آن بپردازیم.
همچنین نرم افزار طوری طراحی شده است که می توان معادلات یک Plant واقعی را در آن قرار داده و آن را شبیه سازی نمود بنابراین وابسته به یک سیستم خاص نمی باشد و دارای عمومیت می باشد. نتایج حاصله در واقع پاسخهای سیستم می باشد که همگی قابل مشاهده هستند.
2-1- پیشینه تحقیق:
صنایع کشور به عنوان مصرف کننده های سیستم های کنترل بوده و شرکتهای داخلی کمتر به دانش فنی این تکنولوژی یا طراحی آن توجه نموده اند.
نرم افزار سیستم ها نیز توسط شرکتهای خارجی سازنده ارائه می شود بنابراین اجرای این پروژه و طراحی نرم افزار سیمولاتور به عنوان قدمهای اولیه در نوشتن چنین برنامه هایی می باشد.
دلایل موضوع فوق نیز انحصاری بودن اطلاعات مربوط به این سیستم ها می باشد و شرکتهای مختلف با وجود اینکه تمایل دارند سیستم ها همگی دارای استاندارد خاص خود باشد اما مسائلی امنیتی نرم افزاری باعث می شود که روشهای مختلفی را بعضاً اعمال کنند که در این صورت دسترسی به اطلاعات بسیار مشکل بوده و تشخیص روش بکار رفته شده امکان پذیر نمی باشد.
بنابراین این اطلاعات منحصر به سازنده این گونه سیستم ها و یا خریدار آن می باشد که در هر دو مورد دسترسی به این اطلاعات کار ساده ای نیست.
