Η διπλωματική εργασία συνίσταται στην κατασκευή και τον έλεγχο της κίνησης ενός ιδιόμορφου ρομποτικού βραχίονα προορισμένου να υλοποιεί ελαφρού τύπου εργασίες. Η διάταξη περιλαμβάνει τις τριβο-πολυμερείς αρθρώσεις συνδεόμενες μεταξύ τους μέσω ελαφρών σωλήνων αλουμινίου, τους βηματικούς κινητήρες, καθώς και τις κάρτες οδήγησής τους, τους αισθητήρες μέτρησης γωνίας περιστροφής των αρθρώσεων και τον προγραμματιζόμενο λογικό ελεγκτή (PLC) για τον έλεγχο της κίνησης του βραχίονα. Επίσης, χρησιμοποιείται το λογισμικό SCADA WinCC Flexible για την επικοινωνία του χρήστη με τη διάταξη. Βασικός σκοπός της εργασίας είναι ο έλεγχος κίνησης του ρομποτικού βραχίονα Robolink μέσω βηματικών κινητήρων, οι οποίοι με τη σειρά τους ελέγχονται από το PLC. Ο ρομποτικός βραχίονας Robolink είναι ένας βραχίονας από ελαφριά υλικά, σχεδιασμένος για ελαφριές εργασίες με μεγάλες δυνατότητες σε ταχύτητα αλλά σχετικά μικρή ακρίβεια στην επίτευξη θέσης στο χώρο. Ο Robolink είναι ένας βραχίονας διαμορφώσιμος από το χρήστη, ο οποίος μπορεί να επιλέξει το μήκος των μελών του και συνεπώς την απόσταση μεταξύ των αρθρώσεων, ενώ διατίθεται με διάφορους βαθμούς ελευθερίας, ανάλογα με τις ανάγκες της εφαρμογής. Στη συγκεκριμένη εφαρμογή ο βραχίονας διαθέτει 4 βαθμούς ελευθερίας, δύο περιστροφικούς περί άξονα και δύο περιστροφικούς σε επίπεδο. Η κίνηση του βραχίονα γίνεται μέσω νηματόσχοινων τα οποία κινούν τις αρθρώσεις του και συνδέονται μέσω ειδικών τροχαλιών με τους βηματικούς κινητήρες. Η ανίχνευση της κίνησης γίνεται με κωδικοποιητές (encoders) που βρίσκονται πάνω στο βραχίονα και δίνουν την πληροφορία για τη γωνία περιστροφής κάθε άρθρωσης στο PLC. Τα σήματα των κωδικοποιητών διαβάζονται μέσω της κάρτας μέτρησης FM 350-2 του PLC. Η κάρτα FM 350-2 έχει τη δυνατότητα να μετρά παλμικά σήματα μεγάλης συχνότητας, όπως είναι αυτά των κωδικοποιητών, καθώς και να ενεργοποιεί κάποιες ψηφιακές εξόδους ανάλογα με τον αριθμό των σημάτων που έχει δεχθεί. Το PLC λαμβάνει από τη μονάδα FM 350-2 την ακριβή γωνία περιστροφής κάθε άρθρωσης του βραχίονα και ελέγχει την ενεργοποίηση και φορά περιστροφής κάθε ενός από τους τέσσερις βηματικούς κινητήρες, ελέγχοντας κατ’ επέκταση την κίνηση του βραχίονα. Για τη λειτουργία της διάταξης, ο χρήστης μπορεί να επιλέξει ανάμεσα σε 4 δυνατές λειτουργίες κίνησης του βραχίονα. Οι λειτουργίες αυτές είναι: Χειροκίνητη κίνηση με αναλογικά-γραμμικά ποτενσιόμετρα, κίνηση με χρήση οθόνης αφής, κίνηση προκαθορισμένης επίδειξης και κίνηση επιστροφής στη θέση αναφοράς (Reset). / --

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη και ο έλεγχος ρομποτικού συστήματος για την επεξεργασία βωξίτη. Αφορά συγκεκριμένα το μηχανολογικό σχεδιασμό του συστήματος, την επιλογή εξοπλισμού, τον ηλεκτρολογικό σχεδιασμό, τον έλεγχο με χρήση προγραμματιζόμενου λογικού ελεγκτή (PLC) και τέλος την υλοποίηση εφαρμογής scada / The purpose of this thesis is the development and control of robotic system for processing bauxite. Concern in particular the mechanical system design, the choice of equipment, the electrical design, the control using programmable logic controller (PLC) and finally the creation of scada application.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη της λειτουργίας και τη δημιουργία ενός μικροδικτύου, στο χώρο του Κτηρίου Βαρέων Ηλεκτρολόγων του Πανεπιστημίου Πατρών. Επιπρόσθετα, πραγματεύεται την κατασκευή ενός εξομοιωτή ηλεκτρικής κατανάλωσης φορτίου μονοκατοικίας, με στόχο την εξαγωγή συμπερασμάτων από την σύνδεσή του με το μικροδίκτυο. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Η διπλωματική εργασία έγινε καθ’ όλη τη διάρκεια σε συνεργασία με τους συναδέλλφους Ψαρά Βασίλειο και Παρασκευά Παύλο. Στο μικροδίκτυο είναι συνδεδεμένα αυτήν τη στιγμή Φ/Β πλαίσια η ισχύς των οποίων είναι 1920Wp, και υπάρχει η δυνατότητα τόσο αυτόνομης όσο και διασυνδεδεμένης λειτουργίας. Το μικροδίκτυο εκτός από την φωτοβολταϊκή συστοιχία, έχει τρεις αντιστροφείς συνδεδεμένου συστήματος, που πραγματοποιούν την αντιστροφή της παραγόμενης από τα φωτοβολταϊκά συνεχούς τάσης σε εναλλασσόμενη, ένα μετατροπέα αυτόνομου συστήματος, ο οποίος αναλαμβάνει την δημιουργία και τον συνεχή έλεγχο του αυτόνομου συστήματος και τους συσσωρευτές οι οποίοι αξιοποιούνται για την αποθήκευση της παραγόμενης ενέργειας από τις πηγές παραγωγής ενέργειας του συστήματος. Επίσης, σκοπός της εργασίας είναι η κατασκευή ενός εξομοιωτή ηλεκτρικής κατανάλωσης φορτίου μιας μέσης κατοικίας, ώστε μελλοντικά, με πειράματα πάνω σε αυτήν τη διάταξη, να διαστασιολογηθεί ένα μικροδίκτυο το οποίο θα επαρκεί για τη σταθερή, συνεχόμενη και αξιόπιστη κάλυψη της απαιτούμενης ενέργειας μιας μέσης κατοικίας. Αρχικά, παρουσιάζεται το ενεργειακό πρόβλημα, το οποίο εκ φύσεως οδηγεί στην ανεύρεση νέων πηγών ενέργειας. Εν συνεχεία, αναφέρονται τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας καθώς και η παρούσα κατάσταση όσον αφορά τη χρησιμοποίησή τους. Κατόπιν, παραθέτουμε τον ορισμό καθώς και τις συνήθεις συνιστώσες ενός μικροδικτύου, αναλύοντας θεωρητικά τις κυριότερες μονάδες παραγωγής, μετατροπής και αποθήκευσης ενέργειας. Επίσης, παραθέτουμε μια καταγραφή καθώς και μια ανάλυση όλων των εμπλεκομένων μονάδων του υπάρχοντος μικροδικτύου. Με σκοπό τη μελέτη της λειτουργίας του, την αξιολόγηση των δυνατοτήτων του και την εκτίμηση της παρούσας κατάστασής του, παρουσιάζονται μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν με διάφορα φορτία και εξάγονται κάποια σημαντικά συμπεράσματα. Στη συνέχεια παρουσιάζονται όλες οι εμπλεκόμενες μονάδες του μικροδικτύου που είναι εγκατεστημένο στο εργαστήριο Παραγωγής, Μεταφοράς, Διανομής και Χρησιμοποίησης Ηλεκτρικής Ενέργειας, καθώς και μια σειρά πειραμάτων που διεξήχθησαν. Το επόμενο βήμα ήταν η προσομοίωση τόσο των μετατροπέων ισχύος, όσο και της μεθόδου μέγιστης απομάστευσης ισχύος που χρησιμοποιήθηκε καθώς και του συνολικού συστήματος. Τέλος, αναλύουμε τη διαδικασία υλοποίησης του εξομοιωτή φορτίου, ο οποίος προσομοιώνει ποικίλες οικιακές συσκευές που ελέγχονται από έναν προγραμματιζόμενο λογικό ελεγκτή και παραθέτουμε παλμογραφήματα και μετρήσεις που προέκυψαν από τα πειράματα που διενεργήσαμε μετά την ολοκλήρωση της κατασκευής σε εργαστηριακό περιβάλλον. / The current thesis deals with the study of the operation, as well as the construction of a typical microgrid. Furthermore, the thesis deals with the construction of a resistive-inductive load that emulates the energy consumption of a household. This thesis was conducted in the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion, Department of Electrical and Computer Engineering School of Engineering, University of Patras. The outer purpose of this study is the construction a resistive-inductive load that simulates the energy consumption of a household. The device uses a programmable logic controller (PLC) in order to implement the necessary automation. The main subject of this current thesis was the programming of the PLC and the emulation of the daily operation of electrical devices of a household. Once completed, it will be possible to connect this load emulator to a microgrid so as to optimize its performance and study its operational behavior. This whole thesis was fulfilled through continuous cooperation with colleagues Paraskeuas Paulos and Psaras Vasileios. Initially, the energy problem is presented, a fact that naturally leads to the finding of new energy sources. In addition, the advantages and disadvantages of renewable energy sources are discussed as well as the current state regarding their utilization. Afterwards, the definition and the common components of a microgrid are presented through theoretical analysis of all the related units (energy production, conversion and storage units). Moreover, every installed unit of an existing microgrid in the laboratory is mentioned and analyzed. Aiming to study its operation, evaluate its capabilities and estimate its present state, measurements with varying loads are cited. . The profile and size of a typical energy consumption of a household are presented. Given that, the final choice of the emulation method in laboratory environment was made, using appropriate passive elements (resistors, inductors). Finally, the energy consumption of the load emulator is presented, as it was recorded through the connection to the utility grid, and certain conclusions concerning its operation are made.

Το 1987 στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών και συγκεκριμένα στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών, στα πλαίσια εκπαιδευτικών και ερευνητικών σκοπών, εγκαταστάθηκε ένα πλήρες αυτοματοποιημένο σύστημα παράγωγης και παροχής ηλεκτρικών τάσεων. Το σύστημα εξελίχθηκε, κατασκευάστηκε και τοποθετήθηκε από την εταιρεία Α.S.E.A-A.B.B.. Σκοπός του συστήματος ήταν η παροχή 10 διαφορετικών τύπων τάσεων σε 15 συγκεκριμένες θέσεις εργασίας στο χώρο του Εργαστηρίου. Το Σύστημα ήταν πλήρως αυτοματοποιημένο, καθώς χρησιμοποιήθηκε Προγραμματιζόμενος Λογικός Ελεγκτής (P.L.C.), που ήταν επιφορτισμένος με τον έλεγχο, την εποπτεία και τη διαχείριση του Συστήματος. Επίσης υπήρχε Προσωπικός Ηλεκτρονικός Υπολογιστής άμεσα συνδεδεμένος στο σύστημα, μέσω του οποίου ο διαχειριστής του μπορούσε να παρακολουθεί, να διαχειρίζεται και να διανέμει τον κάθε τύπο από τις προσφερόμενες παροχές . Δυστυχώς, το σύστημα με την πάροδο του χρόνου εμφάνισε βασικά λειτουργικά προβλήματα, με αποτέλεσμα να μειωθεί δραστικά ο αριθμός των παρεχόμενων τύπων τάσεων, αλλά και η ικανότητα διαχείρισης και διανομής αυτών που παρέχονταν. Πιο συγκεκριμένα, το τμήμα τoυ Προγραμματιζόμενoυ Λογικού Ελεγκτή (P.L.C.) και του συνδεδεμένου Η/Υ του συστήματος ουσιαστικά και πρακτικά είχε τεθεί πλέον πλήρως εκτός λειτουργίας. Η διαχείριση και διανομή των όσων παροχών διατίθενται ακόμη γίνεται με τη χρήση κλασσικών διακοπτών σε μια κονσόλα, που έχει κατασκευαστεί ξεχωριστά και έχει ενσωματωθεί στο αρχικό σύστημα. Αποτέλεσμα αυτού ήταν η μείωση των τύπων τάσεων που παρέχονται, όπως προαναφέραμε , αλλά και η παντελής έλλειψη ελέγχου και εποπτείας της λειτουργίας του συστήματος. Στόχος και σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η λύση των προβλημάτων του προαναφερθέντος συστήματος με τελικό αποτέλεσμα την κανονική και ομαλή λειτουργία του. Η λύση που προτείνεται είναι η υλοποίηση και η ενσωμάτωση ενός σύγχρονου δικτύου αυτοματισμού με τη χρήση σύγχρονων P.L.C. καθώς και η ενσωμάτωση ενός συστήματος εποπτικού και διαχειριστικού ελέγχου, λογισμικό τύπου SCADΑ. Στην παρούσα διπλωματική εργασία υπάρχει πλήρης περιγραφή και ανάλυση του συστήματος. Αναλύονται διεξοδικά, τόσο ο τρόπος παραγωγής των τάσεων με τα αντίστοιχα κυκλώματα ισχύος, όσο και ο τρόπος διανομής και διαχείρισης αυτών με τα αντίστοιχα κυκλώματα αυτοματισμού. Εμπεριέχονται εκτενείς αναφορές στα σύγχρονα P.L.C., στον τρόπο λειτουργίας και προγραμματισμού τους καθώς και στον τρόπο με τον οποίο είναι δυνατό να ενσωματωθούν και να λειτουργήσουν στο υπάρχον σύστημα. Επίσης μελετάται ο τρόπος με τον οποίο θα δημιουργηθεί και θα υλοποιηθεί το παραπάνω δίκτυο αυτοματισμού με τη χρήση των P.L.C. και με την παρουσία του εποπτικού συστήματος SCADA. Τέλος δίδονται συγκεκριμένες απαντήσεις τόσο για τον τύπο και το μοντέλο των P.L.C., που είναι απαραίτητα για την υλοποίηση, όσο και για το τον τύπο και τον τρόπο χρήσης του απαραίτητου πακέτου λογισμικού SCADA. / -

Η διπλωματική εργασία συνίσταται στην κατασκευή και λειτουργία, μέσω προγραμματισμού, μιας πειραματικής διάταξης αυτοματισμού που περιλαμβάνει εξοπλισμό όπως πνευματικά έμβολα κλατικού τύπου ή τύπου μυών, αισθητήρες θέσης κλπ.- είτε ανεξάρτητα είτε συνδυασμός αυτών - και έναν Προγραμματιζόμενo Λογικό Ελεγκτή (PLC) που ελέγχει τη λειτουργία της διάταξης. Το κομμάτι του προγραμματισμού αναφέρεται στο PLC. Η πειραματική διάταξη αυτοματισμού που κατασκευάστηκε είναι ένας μηχανικός αναρριχητής. Η διάταξη αναρρίχησης αποτελείται απο 4 έμβολα / τεχνητούς μύες πεπιεσμένου αέρα προσαρμοσμένα στο ένα τους άκρο σε μια κοινή βάση (σώμα του αναρριχητή). Στο άλλο άκρο υπάρχει κατάλληλος μηχανισμός ολίσθησης που τους επιτρέπει να κινηθούν πάνω στην επιφάνεια των κάθετων δοκών αλουμινίου που συνθέτουν τη διαταξη προς αναρρίχηση. Κάθε μηχανισμός ολίσθησης διαθέτει μικρό έμβολο πεπιεσμένου αέρα με χρήση του οποίου επιτυγχάνουμε την παύση της ολίσθησης του άκρου. Η συνδυασμένη και διαδοχική έκταση-συστολή των εμβόλων προκαλεί την κίνηση προς τα πάνω ή προς τα κάτω του σώματος, το οποίο μιμείται κατά έναν τρόπο την αναρρίχηση του ανθρώπου σε σκάλα. Η λειτουργια της διάταξης έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε ο αναρριχητής να φθάνει στο επιθυμητό ύψος το οποίο και θα ορίζεται απο τον χρήστη. Η αναρρίχηση στο επιθυμητό σημείο μπορεί να εκτελεστεί με τέσσερις (4) διαφορετικους τροπους: 1) Αναρρίχηση με λειτουργία μόνο των άνω άκρων. 2) Αναρρίχηση με λειτουργία μόνο των κάτω άκρων. 3) Αναρρίχηση με ταυτόχρονη λειτουργία των άνω και κάτω άκρων. 4) Αναρρίχηση με λειτουργία των άνω & κάτω άκρων και PID έλεγχο θέσης. Ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να ορίσει το επιθυμητό σημείο θέσης και να διαλέξει ένα από τα τέσσερα μοτίβα ανάβασης. Στα τρία πρώτα μοτίβα η έκταση και συστολή των μυών γίνεται με χρήση προκαθορισμένων τιμών πίεσης. Με αυτό το τρόπο για τα τρία αυτά σενάρια κίνησης ο έλεγχος θέσης προσεγγίζει τη διακοπτική ON/OFF θεωρία ελέγχου. Στο τέταρτο σενάριο, η ανάβαση πραγματοποιείται επίσης με το διακοπτικό ON/OFF τρόπο, ο τελικός όμως έλεγχος θέσης επιτυγχάνεται με χρήση PID ελεγκτή. Μετά την ολοκλήρωση ή και κατά την διάρκεια εκτέλεσης του εκάστοτε μοτίβου κίνησης, ο χρήστης έχει επίσης την δυνατότητα ενεργοποίησης της ρουτίνας κατάβασης που επιστρέφει τον αναρριχητή στην αρχική του θέση. / This Diploma Thesis consists of the construction and operation, through the means of programming, of an experimental automated system which includes equipment such as pneumatic cylinders (classic or muscle type), position sensors etc. - combined or independent – and a Programmable Logic Controller (PLC) which controls the functions of the automated system. The programming part is referred to the PLC. The experimental automated system that was constructed is that of a mechanical climber. The climber consists of 4 pneumatic cylinders / artificial muscles, the one end of which is attached to a common body. The other end is attached to a sliding mechanism which allows the movement of the muscles on the surface of the vertical aluminum beams that compose the climbing structure. A small pneumatic cylinder is attached on every sliding mechanism, which is used to stop the sliding of the muscles. The combined and successive outstroke and instroke of the cylinders causes the upward or downward movement of the climber’s body, which mimics in a way the movements of a human body while climbing a ladder. Those functions are designed so that the mechanical climber reaches a desired height, which is set by the user. The climb to the desired height can be executed with four (4) different movement patterns: 1) Climb using only the upper limbs. 2) Climb using only the lower limbs. 3) Climb using the upper and lower limbs simultaneously. 4) Climb using the upper and lower limbs and PID position control. The user can set the desired height and choose one of the four movement routines. During the first three movement patterns, the instroke and outstroke of the cylinders is done with the use of predetermined pressure values. In this way, during those patterns the position control approximates the ON/OFF control theory. During the fourth movement pattern, the climb is executed with the same ON/OFF way but the final position control is done by use of a PID controller. After the completion of a movement pattern, or even during movement, the user can always enable the descendance movement routine which returns the climber to its former position.

Αντικείμενο της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας είναι η παρουσίαση, μελέτη και αξιολόγηση του Προγραμματιζόμενου Λογικού Ελεγκτή «OPTO 22 SNAP PAC». Στα πλαίσια της εργασίας και με τη χρήση του συγκεκριμένου PLC, αναπτύχθηκε μια σειρά προγραμμάτων αυτοματισμού, τα οποία ποικίλουν από στοιχειώδους αυτοματισμούς, όπως η λειτουργία ενός κινητήρα με θερμική προστασία, μέχρι πολύπλοκες εφαρμογές, όπως ο αυτοματισμός της λειτουργίας ενός υποσταθμού διανομής Μέσης Τάσης. Ακόμη, αναπτύχθηκε κι ένα σύστημα γραφικής απεικόνισης SCADA. Τα κεφάλαια 1,2,3,4,7 του παρόντος τεύχους αποτελούν ένα εγχειρίδιο χρήσης του PLC, καθώς στα κεφάλαια αυτά γίνεται παρουσίαση του υλικού και του λογισμικού με το οποίο συνοδεύεται, ενώ γίνεται επεξήγηση βήμα-βήμα της εγκατάστασης του υλικού και του τρόπου λειτουργίας του λογισμικού. Στο κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται τα 22 προγράμματα αυτοματισμού που αναπτύχθηκαν. Έπειτα, στο κεφάλαιο 6 γίνεται σύγκριση του περιβάλλοντος προγραμματισμού του OPTO 22 SNAP PAC με τις γλώσσες προγραμματισμού που έχουν θεσπιστεί από το πρότυπο IEC61131 της διεθνούς ηλεκτροτεχνικής επιτροπής. Ακολούθως, στο κεφάλαιο 8 παρουσιάζεται το σύστημα SCADA που αναπτύχθηκε καθώς επίσης και το αντίστοιχο πρόγραμμα αυτοματισμού της εφαρμογής. Τέλος, γίνεται σχολιασμός των δυνατοτήτων του OPTO 22 SNAP PAC και αναφορά σε πλεονεκτήματα και μειονεκτήματά του. / The following thesis' purpose is to present, study and evaluate the Programmable Logic Controller "OPTO 22 SNAP PAC". During this thesis, a number of automation programms were developed which vary between simple applications such as the automatic function of a motor using two buttons (start-stop), and more complicated applications such as the design of the automatic protection of an AC/AC High Voltage Transformer. Furthermore, A SCADA project was developed. At chapters 1,2,3,4,7 the reader can find the presentation of the product and a kind of manual for the PLC. Chapter 5 is the presentation of the automation programms. At chapter 6, there is a comparison between PAC Control Basic and SFC. Then, at chapter 8 the SCADA project is presented. Finally, there is a reference of positives and negatives of OPTO 22 SNAP PAC.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη μιας διάταξης ανεμογεννήτριας με σύγχρονη μηχανή με μόνιμους μαγνήτες η οποία συνδέεται μέσω dc διασύνδεσης με το δίκτυο. Τη dc διασύνδεση τη δημιουργεί ένας dc πυκνωτής και από την πλευρά της μηχανής υπάρχει ένας ac/dc πλήρως ελεγχόμενος ανορθωτής ισχύος ενώ από την πλευρά του δικτύου βρίσκεται ένας dc/ac πλήρως ελεγχόμενος αντιστροφέας ισχύος. Σκοπός της εργασίας είναι αρχικά να μελετήσουμε θεωρητικά το συνολικό σύστημα της ανεμογεννήτριας χρησιμοποιώντας το μετασχηματισμό Park για τη μοντελοποίηση του στο d-q πλαίσιο αναφοράς. Στη συνέχεια προχωρούμε στον υπολογισμό των εξισώσεων στο χώρο κατάστασης και τελικά προτείνουμε ένα σύστημα ελέγχου το οποίο βασίζεται στους PI ελεγκτές. Τέλος, προσομοιώνουμε το παραπάνω σύστημα με τη βοήθεια της εφαρμογής Simulink του λογισμικού MATLAB και μελετώντας τα αποτελέσματα, εξάγουμε τα ανάλογα συμπεράσματα. / This thesis deals with the study of a wind turbine device with a permanent magnet synchronous machine which is connected with the grid side via a dc interconnection. The dc link is created by a dc capacitor and on the machine side there is an ac / dc power converter while on the grid side there is a dc / ac power converter, both of which are totally controlled. Aim of this thesis is to study the complete wind turbine system in the d-q rotating vertical axes system through the Park transformation. Then we calculate the state space equations and propose a control system based on PI controllers. Finally, we simulate the complete system with the MATLAB Simulink and having studied the results, we draw conclusions.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία προσομοιώθηκε, μέσω του προγράμματος Matlab και συγκεκριμένα μέσω της εργαλειοθήκης Simulink, ένα υβριδικό μικροδίκτυο το οποίο αποτελούνταν από μια φωτοβολταϊκή διάταξη των 85W, ένα συσσωρευτή ιόντων-λιθίου (Liion battery), δυο DC-DC μετατροπείς και ένα R-L φορτίο. Στην συνέχεια πραγματοποιήθηκαν 4 διαφορετικές τεχνικές ελέγχου σε 2 σημεία, έναν στην πλευρά του φωτοβολταϊκού και έναν στην πλευρά της μπαταρίας. Ο έλεγχος στην πλευρά του φωτοβολταϊκού στόχευε το ρεύμα του φωτοβολταϊκού κάθε χρονική στιγμή να έχει την κατάλληλη τιμή προκειμένου να επιτυγχάνεται η μέγιστη ισχύς μέσω σημείου απόδοσης της μέγιστης ισχύος (MPPT). Ο έλεγχος στην πλευρά της μπαταρίας έχει ως σκοπό την διατήρηση της τάσης του φορτίου στα 100 V.(Vload_reference=100V). Οι έλεγχοι που πραγματοποιήθηκαν ήταν με χρήση PI ελεγκτών, έλεγχοι εκμεταλλευόμενοι την παθητικότητα του Euler-Lagrange συστήματος (PBC), με χρήση ασαφών (fuzzy) ελεγκτών και με χρήση νευρο-ασαφών (neuro-fuzzy) ελεγκτών. / In this diploma thesis a DC hybrid microgrid was simulated by using the program Matlab and specifically the toolbox Simulink. The microgrid consists of a photovoltaic array, a Li-ion battery storage, two DC-DC converters and an R-L load. Four different control methods were then applied to our system in 2 places, one on the photovoltaic array and one on the battery. The one on the photovoltaic array aimed that the PV current would be such that every time the maximum power from the PV would be achieved through a maximum power point tracker. The one on the battery has the purpose of maintaining the load voltage at 100 Volts. The control methods which were implied were PI controllers, passivity based control, fuzzy controllers and neuro-fuzzy controllers.

Η προσομοίωση της κίνησης των ζώων αποτελεί αντικείμενο έρευνας στον τομέα της ρομποτικής από το 1960. Έκτοτε έχουν κατασκευαστεί πολλά ρομπότ τα οποία εξομοιώνουν πλήρως την κίνηση των θηλαστικών, των πτηνών και των ερπετών και συμπεριφέρονται ακριβώς όπως αυτά. Συγκεκριμένα στον τομέα των ερπετών ο Hirose το 1972 παρουσίασε το τον ACMIII, το πρώτο φίδι ρομπότ, το οποίο μπορούσε να κινηθεί μόνο σε λεία επιφάνεια, προσομοιώνοντας την κίνηση του φιδιού. Εν συνεχεία, με την πρόοδο της τεχνολογίας και τον πνευματικό κόπο χιλιάδων επιστημόνων, κατασκευάστηκαν διάφορα εξελιγμένα μοντέλα ρομπότ-φιδιών με τεράστιες δυνατότητες. Αποτελεί, πλέον, πραγματικότητα η ύπαρξη ρομπότ-φιδιών, που μπορούν να κινηθούν σε οποιαδήποτε επιφάνεια. Στη διπλωματική αυτή πραγματοποιήθηκε η κατασκευή και η λειτουργία ενός σύνθετου ενεργοποιητή αποτελούμενου από μια συστοιχία πνευματικών μυών πεπιεσμένου αέρα και ελεγχόμενου μέσω ενός προγραμματιζόμενου λογικού ελεγκτή (PLC). Τα έμβολα συνδέονται μεταξύ τους είτε με σταθερή είτε με ελεύθερη άρθρωση επιτρέποντας στη συστοιχία να κινηθεί ευθύγραμμα ή καμπυλόγραμμα αντίστοιχα. Κατά την ευθύγραμμη κίνηση η κατασκευή αποτελείται από 7 τεχνητούς μύες, οι οποίοι συνδέονται μεταξύ τους με σταθερή άρθρωση και τροφοδοτούνται από ψηφιακές βαλβίδες. Επίσης, η συστοιχία είναι εφοδιασμένη με μια συμπαγή σιδερένια κατασκευή ως ουρά και έναν αυτοσχέδιο μηχανισμό φρένων. Ο χρήστης, αφού φορτώσει το αντίστοιχο πρόγραμμα στην CPU του PLC, με το πάτημα ενός μπουτόν ξεκινά την κίνηση της διάταξης. Στο πρόγραμμα αυτό χρησιμοποιείται ένα πλήθος από χρονομετρητές οι οποίοι καθορίζουν πότε πραγματοποιείται η διαστολή και η συστολή των εμβόλων ρυθμίζοντας έτσι τη συμπεριφορά του πνευματικού ενεργοποιητή. Στην παρούσα διπλωματική αναλύθηκαν 3 μοτίβα ευθύγραμ-μης κίνησης. Στο πρώτο μοτίβο η συστολή και η διαστολή είναι ανεξάρτητες, στο δεύτερο έχουμε διαδοχική συστολή/διαδοχική διαστολή και στο τρίτο η διαστολή επικαλύπτει τη συστολή. Η διακοπή της κίνησης γίνεται μέσω του μπουτόν λήξης. Για το σενάριο της οφιοειδούς και της πλάγιας κίνησης η κατασκευή αποτελείται από 5 τεχνητούς πνευματικούς ενεργοποιητές. Οι 4 χρησιμοποιούνται ως ενεργό μέρος της συστοιχίας, ενώ ο πέμπτος ως κεφαλή. Ανάμεσα στα έμβολα υπάρχει αρθρωτή ζεύξη με δυνατότητα κίνησης. Έτσι, κατά τη συστολή και την διαστολή των μυών δημιουργείται μια γωνία μεταξύ τους. Ρυθμίζοντας αυτή τη γωνία κατάλληλα μέσω της πίεσης επιτυγχάνουμε την οφιοειδή κίνηση του σύνθετου πνευματικού ενεργοποιητή. Ο χρήστης μέσω μπουτόν έχει τη δυνατότητα να ελέγχει την κίνηση της συστοιχίας. Επιλέγει την έναρξη και τη λήξη της κίνησης καθώς και το αναποδογυρίζει. Στην ευθύγραμμη κίνηση εστιάσαμε την προσοχή μας στην εύρεση του βέλτιστου πλάνου κίνησης ώστε να επιτευχθεί το γρηγορότερο αποτέλεσμα. Από την άλλη μεριά στην καμπυλόγραμμη κίνηση τα πράγματα δεν ήταν τόσο απλά. Κύριο ζητούμενο εδώ ήταν η προσομοίωση της οφιοειδούς κίνησης. Η αδυναμία εφαρμογής του θεωρητικού υπόβαθρου που ήδη υπάρχει για τα φίδια-ρομπότ, εξαιτίας της ασυμμετρίας της κατασκευής, της αδυναμίας να επιτευχθούν οι επιθυμητές γωνίες λόγω παραμόρφωσης του σκελετού και της μη γραμμικής συμπεριφοράς της, οδήγησαν στη διενέργεια πολλών πειραμάτων ώστε να υπερκεραστούν οι δυσκολίες και να επιτευχθεί το επιθυμητό αποτέλεσμα. Παράλληλα, στην πλάγια κίνηση μελετήθηκε η ικανότητα μετακίνησης της συστοιχίας σε ανισόπεδα τερέν. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων παρουσιάστηκε μια πληθώρα προβλημάτων τα οποία έπρεπε να αντιμετωπιστούν τόσο στην ευθύγραμμη όσο και στην οφιοειδή κίνηση. Λόγω της μεγάλης δύναμης που ασκούν οι μύες κατά την εκτόνωσή τους και του μικρού συντελεστή τριβής του εδάφους του εργαστηρίου, η συστοιχία κατά τη διαστολή των εμβόλων ολίσθαινε προς τα όπισθεν, δημιουργώντας έτσι σημαντική καθυστέρηση στην συνολική μετακίνηση της συστοιχίας. Για την αντιμετώπιση του φαινομένου αυτού χρησιμοποιήθηκε ένα σιδερένιο βαρίδιο και ένα αυτοσχέδιο φρένο στην “ουρά” της συστοιχίας, που συγκρατούσαν τη συστοιχία κατά τη διαστολή των μυών και την ωθούσαν προς τα εμπρός. Αυτή η μεγάλη δύναμη των μυών ήταν πρόβλημα και για την καμπυλόγραμμη κίνηση, καθώς προκαλούσε παραμόρφωση του σκελετού, εισάγοντας έτσι σημαντικούς περιορισμούς στη μέγιστη πίεση των μυών. Ταυτόχρονα, οδηγούσε σε “χαλάρωση” των βιδών που συγκρατούσαν την κινούμενη άρθρωση. Εκτός αυτών, ένα επιπλέον εμπόδιο που παρουσιάστηκε ήταν η παρακώλυση της κίνησης από τους σωλήνες που τροφοδοτούσαν τα έμβολα. Αυτό το θέμα ήταν μείζονος σημασίας για την οφιοειδή κίνηση, καθώς αν δεν ομαδοποιούνταν κατάλληλα οι σωλήνες, η μετακίνηση της συστοιχίας ήταν μηδενική. Τέλος, οι βαλβίδες έπρεπε να είχαν τη δυνατότητα της εύκολης μετακίνησης, καθώς, λόγω του περιορισμένου μήκους σωλήνων, εισάγονταν περιορισμοί στο διάστημα που μπορούσε να διανύσει η συστοιχία. Τα θέματα αυτά αντιμετωπίσθηκαν με πρακτικούς τρόπους ώστε η μεταφορά των βαλβίδων να γίνεται εύκολα και με ασφάλεια, χωρίς να παρενοχλείται η κίνηση. Εν κατακλείδι, το αποτέλεσμα της προσπάθειας αυτής ήταν να δημιουργηθεί ένας σύνθετος ενεργοποιητής, ο οποίος έχει τη δυνατότητα να κινείται πλάγια, ευθύγραμμα, καθώς και να προσομοιώνει την κίνηση του φιδιού σε πολύ ικανοποιητικό βαθμό με μικρό όμως αποτέλεσμα ως προς την ταχύτητα. Η χρήση αισθητήρων για μέτρηση της γωνίας που δημιουργείται μεταξύ των εμβόλων και η κατασκευή πιο ανθεκτικού σκελετού, ώστε να αντέχει στη μεγάλη δύναμη που ασκούν οι μύες, θα οδηγούσαν σε ένα καλύτερο αποτέλεσμα αλλά θα ξέφευγε από τα όρια της εργασίας αυτής. / --

Η διπλωματική εργασία συνίσταται στην ανάπτυξη ασύρματου δικτύου αισθητήρων και Προγραμματιζόμενων Λογικών Ελεγκτών (PLCs) στο χώρο του Εργαστηρίου Γενικής Ηλεκτροτεχνίας για την παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο ορισμένων φυσικών μεγεθών. Η διάταξη χωρίζεται σε δύο τμήματα. Το πρώτο αφορά το ασύρματο δίκτυο αισθητήρων (WSN) και περιλαμβάνει τους αισθητήρες, τους πομπούς αποστολής δεδομένων από τους αισθητήρες και το δέκτη λήψης δεδομένων από όλους τους πομπούς. Το δεύτερο αφορά το ασύρματο δίκτυο των PLCs και περιλαμβάνει τα PLCs, τους επικοινωνιακούς επεξεργαστές και τις μονάδες ασύρματης επικοινωνίας, για την επιτυχή ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ τους. Επίσης, χρησιμοποιείται το λογισμικό WinCC – Flexible για τη δημιουργία εποπτικού σταθμού παρακολούθησης των τιμών των μεγεθών (σύστημα SCADA). Βασικός σκοπός της εργασίας είναι η ενοποίηση των δύο δικτύων ώστε να είναι δυνατή η μεταφορά δεδομένων μεταξύ των διάφορων συσκευών, σύμφωνα με τις απαιτήσεις μια πιθανής απλής βιομηχανικής διεργασίας. Οι αισθητήρες είναι διασκορπισμένοι στο χώρο του εργαστηρίου και παίρνουν μετρήσεις για ένα φυσικό μέγεθος ο καθένας. Τα μεγέθη προς μέτρηση είναι: εξωτερική θερμοκρασία, εσωτερική θερμοκρασία, υγρασία, πίεση δικτύου πεπιεσμένου αέρα, ύψος, ρεύμα και βάρος. Κάθε αισθητήρας είναι ηλεκτρικά συνδεδεμένος με ένα πομπό, ο οποίος αναλαμβάνει τη μετάδοση των μετρήσεών του σε ένα δέκτη. Ο πομπός μεταδίδει δεδομένα μέσω της μονάδας επικοινωνίας XBEE, η οποία εσωκλείεται μαζί με το ολοκληρωμένο κύκλωμα λειτουργίας της σε περίβλημα κατάλληλο για την προστασία της σε απαιτητικές βιομηχανικές συνθήκες. Κάθε ζευγάρι αισθητήρα και πομπού μετάδοσης συνιστά ένα περιφερειακό κόμβο του WSN. Όλα τα δεδομένα λαμβάνονται από τον κεντρικό κόμβο – δέκτη του WSN. Από τον κεντρικό κόμβο είναι δυνατή η απεικόνιση των μετρήσεων σε κατάλληλο περιβάλλον του λογισμικού TC-Central, που συνοδεύει τις συσκευές του WSN, καθώς και η ανατροφοδότηση τους στο ασύρματο δίκτυο των PLCs. Το λογισμικό TC-Central χρησιμοποιείται επιπλέον για τη ρύθμιση βασικών παραμέτρων του WSN, όπως είναι η διεύθυνση των πομπών στο δίκτυο και ο ρυθμός μετάδοσης δεδομένων. Για την ανατροφοδότηση των μετρήσεων στο δίκτυο των PLCs χρησιμοποιούνται οι 4 αναλογικές έξοδοι του κεντρικού κόμβου του WSN. Τα 3 PLCs της διάταξης διασυνδέονται τόσο ενσύρματα, μέσω δικτύου PROFIBUS-DP, όσο και ασύρματα μέσω τοπολογίας Σημείο-προς-Σημείο. Στην παρούσα εφαρμογή χρησιμοποιείται μόνο η ασύρματη σύνδεση μεταξύ των PLCs, όπου αυτά ακολουθούν μέθοδο πρόσβασης στο δίκτυο κυρίου – εξαρτημένου, με έναν κύριο και δύο εξαρτημένους σταθμούς. Κάθε PLC περιλαμβάνει επικοινωνιακό επεξεργαστή CP 342-5 για την ενσύρματη σύνδεση, καθώς και επικοινωνιακό επεξεργαστή CP 340 και μονάδα ασύρματης επικοινωνίας ARM-IOS RS232/485 για την ασύρματη σύνδεση. Ο επικοινωνιακός επεξεργαστής αποτελεί το συνδετικό κρίκο μεταξύ της μνήμης του PLC και της μονάδας επικοινωνίας. Σε περίπτωση μετάδοσης δεδομένων, αυτά μεταφέρονται από τη μνήμη στον επεξεργαστή και στη συνέχεια στη μονάδα επικοινωνίας, ενώ σε περίπτωση λήψης ακολουθείται η αντίστροφη πορεία. Από τις αναλογικές εξόδους του δέκτη, τα μεγέθη μεταφέρονται μέσω καλωδιακής σύνδεσης, στην κάρτα αναλογικών εισόδων ενός εκ των εξαρτημένων PLC. Από εκεί μεταδίδονται στον άλλο εξαρτημένο, μέσω του κύριου σταθμού, ο οποίος συνδέεται με το σύστημα SCADA. Στο χώρο του εργαστηρίου έχει αναρτηθεί οθόνη, για την απεικόνιση των τιμών των μεγεθών σε όσους βρίσκονται εντός. / The thesis consists in developing a wireless sensors and programmable logical controllers (PLCs) network in Systems and Measurements Laboratory in order to monitor on-line some physical values. The experimental set-up is divided in two parts. The first part is related to the wireless sensors network (WSN) and consists of the sensors, the transceivers and the receiver, which collects data among all sensor nodes. The second part is related to the PLCs' wireless network and consists of the PLCs, the communication processors and the wireless networking modules. In addition, software WinCC-Flexible is used in order to implement a monitoring station of measured values (SCADA system). The thesis' basic goal is to unify the networks, so that data transfer among used devices is achieved, according to the standards of a possible industrial application. Sensors are dispersed in the laboratory and measure a physical value per each. The measured values are: outdoor and indoor temperature, relative humidity, pneumatics' network pressure, height, current and weight. Each sensor is electrically connected to a transceiver, which transmits measured data to the receiver. The transceiver transmits data through the radio frequency module XBEE, which is enclosed into a special cover, suitable for protection in demanding industrial conditions. Each sensor-transceiver pair constitutes a WSN's sensor node. All data is received by the WSN's central node-receiver. On-line monitoring of all measured values is possible through the receiver, by use of TC-Central software, which is also used in order to set WSN's parameters, such as sensor nodes' addresses and data sample rate. Moreover, the receiver contains four analog outputs, which can be used to redirect four received signal in external devices. These analog outputs unify the two wireless networks, by retransmitting four selected measured values to the PLCs' network. The PLCs' network consists of 3 PLCs, networked both wired (PROFIBUS-DP) and wireless (Point-to-Point topology). In the current application only the wireless connection between the PLCs is used, following master / slave media access method, including 1 master station and 2 slave stations. Each PLC includes a communication processor CP 342-5 for wired connection, as well as a communication processor CP 340 and a RF module ARM-IOS RS232/485 for wireless connection. The communication processor connects the PLC's memory and RF module. A PLCs' network slave station is connected to the SCADA system. In the laboratory, a screen has been posted, so that measured values can be visible by everyone inside.