قابلیت استفاده از Strategy Controller: یکی از ابزارهای کاربردی برنامه نویسی در نرم افزار های SCADA می باشد با بهره گرفتن از آن می توان الگوریتم های کنترلی را که دارای سطح پیچیدگی زیادی نیستند را پیاده سازی نمود.در این روش اطلاعات محیطی به نرم افزار منتقل می شود و بعد از انجام فرایند محاسباتی فرمان متناسب به سیستم کنترل ارسال می گردد (SpecView,2012) [31].
قابلیت استفاده از ActiveX Control :با بهره گرفتن از این قابلیت امکان استفاده از برنامه های کاربردی از قبل نوشته شده در نرم افزار های SCADA به عنوان یک شی Object فراهم می گردد.یک شی ActiveX control دارای سه بخش ورودی Input-روش ها یا Methods وخروجی ها Outputs می یاشد .در قسمت روش ها نحوه ارتباط ورودی و خروجی های سیستم مشخص می شود که می تواند شامل یک فرایند کنترلی ساده و یا یک الگوریتم پییچیده محاسباتی بر مبنای منطق فازی باشد[۳۱] .
۳-۱۷-امکان استفاده از OPC در نرم افزار SCADA
(Daneels,1999) [32] امکان استفاده از OPC در سیستم های SCADA را بررسی نموده است .OPC مخفف OLE for Process Control یک درگاه ارتباطی استاندارد را برای دسترسی به اطلاعات سیستم های کنترلی می باشد که از طریق آن نرم افزار SCADA می تواند با سیستم های کنترلی متنوع که می تواند شامل PLC ها و یا نرم افزارهای محاسباتی و مدلسازی مانند MATLAB ارتباط برقرار نماید.با بهره گرفتن از پروتکل OPC امکان تبادل اطلاعات و استفاده از قابلیت نرم افزارهایی که امکان شبیه سازی بر اساس منطق فازی و شبکه های عصبی را دارند فراهم می گردد[۳۲] .

۳-۱۸-استفاده از سیستم های SCADA بر مبنای وب
(Hosny & Mohamed ,2010 ) .
با بهره گرفتن از فناوری های ذکر شده امکان دسترسی از طریق اینترنت به سیستم SCADA میسر می شود.
دسترسی به سیستم SCADA از طریق اینترنت مزایای زیر را در بر دارد :
هزینه اجرائی سیستم SCADA کاهش می یابد.
دسترسی به اطلاعات سیستم با سهولت بیشتری انجام می گیرد.
امکان ارتباط کاربران به صورت سیار از طریق تلفن همراه به سیستم SCADA فراهم می گردد (Ozdemir&Karacor,2006) [22].
۳-۱۹-استفاده از روش های مدل سازی نرم افزاری در مدیریت انرژی
(Clarke et.al,2002 ) [34] استفاده از روش های مدلسازی نرم افزاری در مدیریت انرژی دز ساختمان را مورد بررسی قرار داده است .با توجه به لزوم داشتن دانش فنی در سطح بالا جهت برنامه ریزی سیستم های مدیریت مصرف انرژی بر اساس منطق فازی و یا شبکه های عصبی در سال های اخیر استفاده از نرم افزارهای مدل سازی توسعه زیادی پیدا کرده است .بخصوص در سیستم های مدیریت ساختمان BEMS استفاده از این نوع نرم افزار ها رواج یافته است که از بین آنها می توان به نرم افزار ESP-r اشاره کرد.فرایند مدلسازی در این روش بر اساس به کار گیری همزمان نرم افزار های SCADA و نرم افزار مدل سازی انجام می گردد.در این روش ابتدا اطلاعات پایش شده از محیط از طریق نرم افزار SCADA با بهره گرفتن از پروتکل های استاندارد به نرم افزار مدل سازی انتقال می یابد و پس از انجام مدل سازی خروجی جهت اعمال در فرایند به نرم افزار SCADA انتقال می یابد .در این نوع نرم افزار های مدلسازی اساس فرایند مدل سازی بر اساس رویدادهایی است که در طول زمان تکرار می شوند .مانند روند تغییر دمای محیط در طول چهار فصل یک سال که فرآیندی تکرار شونده است و بنابراین سیستم کنترل می تواند بر اساس اطلاعات موجود در پایگاه داده وضعیت مورد نیاز سیستم را در روزهای آینده پیش بینی نماید[۳۴].
۳-۲۰-جمع بندی تحقیقات گذشته
با توجه به تحقیقات گذشته در مورد کاربرد سیستم های SCADA در بهینه سازی مصرف انرژی می توان رئوس کلی این تحقیقات را به شرح زیر تقسیم بندی نمود :
در بسیار ی از تحقیقات بر ثبت و پایش دقیق پارامترهای مرتبط با مصرف انرژی تاکید شده است[۲۹،۲۷،۱۹،۱۸،۱۶،۳] .
لزوم کنترل اوج بار مصرفی Demand در تعداد زیادی از تحقیقا ت پیشین مورد توجه قرار گرفته است و به عنوان یکی از نکات کلیدی در مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی مورد توجه قر ار گرفته است[۲۷،۱۶،۱۸،۲۱] .
امکان پیش بینی اوج بار مصرفی Demend هم در بسیاری از تحقیقات گذشته مورد بررسی قرار گرفته و بسیاری از محققین سعی نموده اند با بهره گیری از روش های نوین مانند الگوریتم فازی و هوش مصنوعی مقدار مصرف انرژی را پیش بینی نمایند [۲۴،۲۵].
استفاده از فناوری های نوین در کنترل تجهیزات در بسیاری از تحقیقات انجام شده مورد تاکید قرار گرفته است و محققین در گذشته سعی نموده اند با بهره گیری از سیستم های جدیدو روش های مدلسازی و پیاده سازی الگوریتم های کنترلی پیشرفته مانند الگوریتم PID وFuzzy و شبکه هایی عصبی و به کارگیری میکروکنترولرها در کنار سیستم های SCADA ضمن بهبود عملکرد فرایند . کاهش خطا میزان مصرف انرژی و اوج بار مصرفی را تا حد امکان کاهش دهند[۳۴،۳۰،۲۸،۲۶].
استفاده از شبکه های حسگر بی سیم و زیرساخت تلفن همراه در جهت توسعه سیستم های SCADA توسط تعدادی از محققین بیان شده است [۲۳،۲۲].
دربعضی از تحقیقات انجام شده بر استفاده از سیستم های SCADA جهت مدیریت تجهیزات و کاهش استهلاک و افزایش راندمان تاکید شده است [۲۳،۲۱،۱۸،۱۷،۱۶].
در بعضی تحقیقات انجام شده استفاده از قابلیت های نرم افزاری و لزوم پیاده سازی سیستم های SCADA در بستر وب مورد تاکید قرار گرفته است[۳۳،۳۲،۳۱،۲۱].
لزوم اجرای یک برنامه زمانبندی جهت کارکرد تجهیزات در جهت کاهش مصرف انرژی در بعضی تحقیقات پیشین مورد تاکید قرار گرفته است[۲۰،۱۸،۱۶].
در برخی تحقیقات انجام شده بر لزوم داده کاوی متغیرهای مرتبط با مصرف انرژی در جهت افزایش امنیت در سیستم های SCADA تاکید شده است[۲۳،۲۲].
در تحقیقات گذشته بر اهمیت محاسبه نرخ بازگشت سرمایه در پروژه های مدیریت مصرف انرژی تاکید شده است[۱۷] .
۳-۲۱-نتیجه گیری فصل
با توجه به بررسی تحقیقات پیشین در جهت اجرای فرایند آزمایشی این تحقیق درزمینه مدیریت و سازی و بهینه سازی مصرف انرژی در کوره های الکتریکی روش ها زیر به عنوان مبنای طراحی سیستم در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفت .
با توجه به تاکید اکثر محققان بر لزوم کاهش اوج بار مصرفی در سیستم ها به منظور کاهش مصرف انرژی این موضوع به عنوان یکی از راهبرد های اصلی پیاده سازی فرایند آزمایشی انتخاب گردید .در روش پیاده سازی که درفصل بعدی به آن می پردازیم کاهش اوج بار مصرفی در تمامی مراحل به عنوان یک هدف اصلی در نظرگرفته شده است و فرایند به طور مستمر با توجه به این هدف اصلاح شده است.
با توجه به تاکید محققان بر استفاده از تجهیزات و روش های کنترلی نوین در جهت کاهش مصرف انرژی در این تحقیق جهت کنترل فرایند گرمایش کوره های الکتریکی از الگوریتم PID و سیستم کنترل توان SCR بر پایه تکنولوژی میکروکنترولردر راستای نیل به اهداف مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی استفاده شده است .
با توجه به تاکیدبسیاری از محققین بر لزوم پایش دقیق پارامترهای مرتبط با مصرف انرژی این روش به عنوان یکی از اصول اصلی مورد توجه قرار گرفته و کلیه پارامترهای مورد نیاز در بازه زمانی ۱ ثانیه ثبت شده و نمودار آنها رسم شده و در روند پیاده سازی این تحقیق مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته اند.
با توجه به تحقیقات پیشین در مورد پیش بینی اوج بار مصرفی و تاثیر آن بر بهینه سازی و کاهش مصرف انرژی در فرآیندهای آزمایشی انجام شده عمل پیش بینی به عنوان یکی از اصول طراحی سیستم لحاظ شده است .
ضرورت بهبود راندمان سیستم و کاهش استهلاک به عنوان یکی اصول طراحی سیستم مورد توجه قرار گرفته است .
در بعضی تحقیقات پیشین اثر مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی بر بهبود عملکرد فرایند و کاهش خطا در کنترل سیستم مورد توجه قرار گرفته است که در این تحقیق به طور جامع مورد بررسی قرار می گیرد.
در فصل چهارم روش پیاده سازی یک سیستم مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی بر پایه سیستم های SCADA مورد بررسی قرار می گیرد.
۴-روش پیشنهادی ، آزمایشها و نتایج
۴-۱- مقدمه
با توجه به اینکه سیستم های حرارتی و کوره های صنعتی الکتریکی کاربرد زیادی در صنایع ایران دارند و در این بخش با توجه به تحقیقات انجام شده روش طراحی یک مدل کاربردی مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی در کوره های صنعتی الکتریکی با بهره گرفتن از سیستم های SCADA ارائه می گردد.با توجه به قابلیت های نرم افزار اسکادای SpecView جهت طراحی یک سیستم مدیریت مصرف انرژی این نرم افزار مورد استفاده قرار گرفته است . بعد از طراحی یک برنامه کاربردی هرروش کنترلی در یک فرایند با مقیاس آزمایشگاهی اعمال می گردد و اطلاعات بدست آمده در هرروش مورد پایش دقیق قرار می گیرد نتایج بدست آمده از هر روش به همراه نمودارهای مربوط به هر روش مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد .
همانطور که در فصل های قبلی به آن اشاره شد اولین مرحله در مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی شناسایی فرصت ها می باشد .در طراحی یک سیستم کاربردی اولین مرحله بعد از راه اندازی سیستم پایش دقیق متغیر ها می باشد .در ادامه به تشریح فرایند و متغیر های موثر در آن می پردازیم .
۴-۲-اهداف مدیریت مصرف انرژی در کوره های الکتریکی
اولین قدم در مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی تعیین اهداف می باشد.با توجه به پیشینه پژوهشی که در فصل قبل مورد بررسی قرار گرفت در این پژوهش هدف از مدیریت انرژی در کوره های الکتریکی کاهش مصرف انرژی و کاهش اوج بار مصرفی می باشد.
۴-۲-۱-کاهش انرژی مصرفی در کوره های الکتریکی
یکی از اهداف کاهش انرژی مصرفی در کوره های صنعتی می باشد در این مرحله تلاش می شود با بهره گرفتن از سیستم های SCADA و اعمال روش های کنترلی مختلف در فرایند و اصلاح مستمر روش ها بر اساس نتایج بدست آمده میزان مصرف انرژی و اتلاف آن تا حد ممکن کاهش پیدا کند.کاهش مصرف انرژی رابطه مستقیمی یا کاهش هزینه ها دارد و در صورت موفقیت در اجرای این بخش هزینه صنایعی که از این تجهیزات استفاده می کنند کاهش پیدا می کند.
۴-۲-۲-کاهش اوج بار مصرفی در کوره های الکتریکی
در فرایند مدیریت مصرف انرژی کاهش اوج بار مصرفی Demand از اهمیت بسیاری برخودار است تمامی مصرف کنندگان انرژی الکتریکی دارای یک محدوده مجاز مصرف توان هستند و در صورت عبور از این محدوده با جرائم و افزایش ناکهانی هزینه ها روبرو خواهند شد .بنا براین یکی از اهداف مهم در مدیریت مصرف انرژی نگهداری اوج بار مصرفی در محدوده مجاز و کاهش آن تا حد ممکن است .کاهش اوج بار مصرفی علاوه بر کاهش هزینه های مستقیم مصرف انرژی باید کاهش استهلاک تجهیزات و هزینه تعمیرات و نگهداری در صنایع می گردد .از آنجا که معمولا صنایع حرارتی دارای تعداد زیادی از تجهیزات گرمایشی مانند کوره های الکتریکی هستند با کاهش اوج بار مصرفی در هر یک از این تجهیزات میزان اوج بار کلی در سیستم تا حد زیادی کاهش خواهد یافت.
۴-۳- فرایند مصرف انرژی در یک کوره الکتریکی
هدف از به کارگیری یک کوره صنعتی الکتریکی^[۷۰] انجام یک فرایند حرارتی می باشد بدین معنی که در طی این فرایند دمای یک جرم معین از ماده که می تواند جامد و یا مایع و یا گاز باشد در یک زمان مشخص به دمای مورد نظر فرایند برسد که برای انجام این فرایند باید انرژی صرف گردد .در یک سیستم ایده آل که دارای اتلاف انرژی نباشد مقدار انرژی مورد نیاز برای فرایند طبق رابطه زیر تعریف می گردد .
Q=M*C*(T-T0) (4-1 )
Q مقدار انرژی مورد نیاز بر حسب ژول
M جرم ماده ای که به آن انرژی حرارتی اعمال میشود بر حسب کیلوگرم