The past few years have witnessed a rapid growth in the use of fuzzy logic controllers for the control of processes which are complex and ill-defined. These control systems, inspired by the approximate reasoning capabilities of humans under conditions of uncertainty and imprecision, consist of linguistic 'if-then' rules which depend on fuzzy set theory for representation and evaluation using computers. Even though the fuzzy rules can be built from purely heuristic knowledge such as a human operator's control strategy, a number of difficulties face the designer of such systems. For any reasonably complex chemical process, the number of rules required to ensure adequate control in all operating regions may be extremely large. Eliciting all of these rules and ensuring their consistency and completeness can be a daunting task. An alternative to modelling the operator's response is to model the process and then to incorporate the process model into some sort of model-based control scheme. The concept of Model Based Predictive Control (MB PC) has been heralded as one of the most significant control developments in recent years. It is now widely used in the chemical and petrochemical industry and it continues to attract a considerable amount of research. Its popularity can be attributed to its many remarkable features and its open methodology. The wide range of choice of model structures, prediction horizon and optimisation criteria allows the control designer to easily tailor MBPC to his application. Features sought from such controllers include better performance, ease of tuning, greater robustness, ability to handle process constraints, dead time compensation and the ability to control nonminimum phase and open loop unstable processes. The concept of MBPC is not restricted to single-input single-output (SISO) processes. Feedforward action can be introduced easily for compensation of measurable disturbances and the use of state-space model formulation allows the approach to be generalised easily to multi-input multi-output (MIMO) systems. Although many different MBPC schemes have emerged, linear process models derived from input-output data are often used either explicitly to predict future process behaviour and/or implicitly to calculate the control action even though many chemical processes exhibit nonlinear process behaviour. It is well-recognised that the inherent nonlinearity of many chemical processes presents a challenging control problem, especially where quality and/or economic performance are important demands. In this thesis, MBPC is incorporated into a nonlinear fuzzy modelling framework. Even though a control algorithm based on a 1-step ahead predictive control strategy has initially been examined, subsequent studies focus on determining the optimal controller output using a long-range predictive control strategy. The fuzzy modelling method proposed by Takagi and Sugeno has been used throughout the thesis. This modelling method uses fuzzy inference to combine the outputs of a number of auto-regressive linear sub-models to construct an overall nonlinear process model. The method provides a more compact model (hence requiring less computations) than fuzzy modelling methods using relational arrays. It also provides an improvement in modelling accuracy and effectively overcomes the problems arising from incomplete models that characterise relational fuzzy models. Difficulties in using traditional cost function and optimisation techniques with fuzzy models have led other researchers to use numerical search techniques for determining the controller output. The emphasis in this thesis has been on computationally efficient analytically derived control algorithms. The performance of the proposed control system is examined using simulations of the liquid level in a tank, a continuous stirred tank reactor (CSTR) system, a binary distillation column and a forced circulation evaporator system. The results demonstrate the ability of the proposed system to outperform more traditional control systems. The results also show that inspite of the greatly reduced computational requirement of our proposed controller, it is possible to equal or better the performance of some of the other fuzzy model based control systems that have been proposed in the literature. It is also shown in this thesis that the proposed control algorithm can be easily extended to address the requirements of time-varying processes and processes requiring compensation for disturbance inputs and dead times. The application of the control system to multivariable processes and the ability to incorporate explicit constraints in the optimisation process are also demonstrated.

No description available.

No description available.

The thesis describes a method for the design and implementation of manufacturing control software using structured Petri nets. An earlier design method is presented from which a more formal approach is developed, and a definition for structured Petri nets is given. This definition is then compared to other classes of Petri net found in the literature. A comparison is also made between the proposed design method and other methods described in the literature. The structured Petri nets are then used to create a control structure, which is shown to have properties that allow the detection and diagnosis of faults originating both in the hardware and the software of the system. A detailed discussion is also presented concerning the implementation of structured Petri nets on various types of manufacturing controller and on general-purpose computers. In particular, results are presented from experiments with various implementation methods on programmable logic controllers. Conclusions are then drawn on the various aspects of the work and details of further research possibilities are described.

No description available.

No description available.

No description available.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την μελέτη, ανάλυση και προσομοίωση ενός τυπικού μικροδικτύου με δυνατότητα σύνδεσης στο δίκτυο χαμηλής τάσης το οποίο είναι εγκατεστημένο στο Κτήριο Βαρέων Ηλεκτρολόγων του Πανεπιστημίου Πατρών. Επιπρόσθετα πραγματεύεται την κατασκευή ενός εξομοιωτή ηλεκτρικής κατανάλωσης φορτίου μονοκατοικίας, με απώτερο στόχο την εξαγωγή συμπερασμάτων από την σύνδεση του με το εν λόγω μικροδίκτυο. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός της εργασίας είναι η μελέτη ενός μικροδικτύου, το οποίο συγκροτείται από μια φωτοβολταϊκή συστοιχία ονομαστικής ισχύος 1920W, 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. Ακόμα, σκοπός της εργασίας αποτελεί η κατασκευή ενός εξομοιωτή ηλεκτρικής κατανάλωσης φορτίου μιας μέσης κατοικίας, ώστε μελλοντικά, με πειράματα πάνω σε αυτή τη διάταξη, να διαστασιολογηθεί ένα μικροδίκτυο το οποίο θα επαρκεί για τη σταθερή, συνεχόμενη και αξιόπιστη κάλυψη της απαιτούμενης ενέργειας μιας μέσης κατοικίας. Αρχικά, παρατίθενται τα μειονεκτήματα που παρουσιάζουν οι συμβατικές πηγές ενέργειας, τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα καθώς και οι λύσεις που μπορούν να προσφέρουν οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας σχετικά με το ενεργειακό πρόβλημα που έχει παρουσιαστεί τις τελευταίες δεκαετίες. Κατόπιν δίνεται ο ορισμός των μικροδικτύων, αναλύονται τα δομικά μέρη από τα οποία αποτελούνται και μελετούνται οι αρχές λειτουργίας τους. Εξετάστηκαν οι μονάδες παραγωγής ενέργειας, με έμφαση στα φωτοβολταϊκά, τις μονάδες αποθήκευσης ενέργειας καθώς και τις μονάδες που έχουν πολύ σημαντικό ρόλο σε ένα μικροδίκτυο: τους μετατροπείς ισχύος. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται όλες οι εμπλεκόμενες μονάδες του μικροδικτύου που είναι εγκατεστημένο στο εργαστήριο Παραγωγής, Μεταφοράς, Διανομής και Χρησιμοποίησης Ηλεκτρικής Ενεργείας, καθώς και μια σειρά πειραμάτων που διεξήχθησαν. Το επόμενο βήμα ήταν η προσομοίωση τόσο της φωτοβολταϊκής συστοιχίας, όσο και της μεθόδου μέγιστης απομάστευσης ισχύος που χρησιμοποιήθηκε καθώς και του συνολικού συστήματος. Τέλος, αναλύεται η διαδικασία υλοποίησης του εξομοιωτή φορτίου, ο οποίος εξομοιώνει ποικίλες οικιακές συσκευές που ελέγχονται από έναν προγραμματιζόμενο λογικό ελεγκτή και παρατίθενται παλμογραφήματα και μετρήσεις που προέκυψαν από τα πειράματα που διενεργήθηκαν 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 Mpilianos Sotirios and Paraskevas Pavlos. 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.

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 φορτίου μιας απαιτητικής από άποψης ενέργειας κατοικίας. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Απώτερος σκοπός της εργασίας είναι η συνολική κατασκευή μίας διάταξης για την εξομοίωση της ενεργειακής ζήτησης μιας μονοκατοικίας. Η διάταξη, για την υλοποίηση του αυτοματισμού, διαθέτει έναν προγραμματιζόμενο λογικό ελεγκτή (ΠΛΕ). Ο προγραμματισμός του ΠΛΕ και η εξομοίωση της λειτουργίας των οικιακών συσκευών υπήρξε το κύριο αντικείμενο της παρούσας εργασίας. Μετά την ολοκλήρωσή της θα είναι δυνατή η σύνδεσή της σε ένα μικροδίκτυο με σκοπούς τη βελτιστοποίηση της απόδοσής του καθώς και τη μελέτη της συμπεριφοράς κατά τη λειτουργία του. Η εκπόνηση της εργασίας έγινε σε συνεργασία με τους συναδέλφους Ψαρά Βασίλειο και Μπιλιανό Σωτήριο. 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. Εν συνεχεία 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, παραθέτουμε το προφίλ (κατανομή μέσα στην ημέρα) και το μέγεθος μιας τυπικής ηλεκτρικής ενεργειακής κατανάλωσης, μιας μονοκατοικίας. Έχοντας την τυπική οικιακή κατανάλωση ως δεδομένο, έγινε η επιλογή του τρόπου εξομοίωσής της σε εργαστηριακό περιβάλλον, χρησιμοποιώντας κατάλληλα παθητικά στοιχεία R-L. Τέλος, παρουσιάζουμε την ενεργειακή κατανάλωση του εξομοιωτή, για μια ολόκληρη εβδομάδα, όπως αυτή καταγράφηκε, κατά τη σύνδεσή του στο δημόσιο δίκτυο και εξάγουμε συμπεράσματα για τη λειτουργία του. / 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 Mpilianos Sotirios 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.

Η διπλωματική εργασία συνίσταται στην κατασκευή και έλεγχο μιας πειραματικής διάταξης στην οποία ένα πνευματικό κινητό έμβολο ασκεί σταθερή πίεση σε οποιαδήποτε επιφάνεια διέλθει κάτω από αυτήν. Η διάταξη περιλαμβάνει κύλινδρο και βαλβίδες πεπιεσμένου αέρα, αισθητήρα πίεσης και Προγραμματιζόμενο Λογικό Ελεγκτή (PLC) για τον έλεγχο της διάταξης. Επίσης, πραγματοποιείται έλεγχος μέσω Labview για σύγκριση αποτελεσμάτων. Η διάταξη αποτελείται από μια αναλογική βαλβίδα, μια On/Off βαβλίδα, ένα κύλινδρο πεπιεσμένου αέρα και μια ειδικά κατασκευασμένη διάταξη άσκησης της πίεσης η οποία περιλαμβάνει και τον αισθητήρα μέτρησης της πίεσης. Επίσης υπάρχει ενισχυτής τάσης ο οποίος παρεμβάλλεται μεταξύ του αισθητήρα και της αναλογικής εισόδου του PLC. Στο κάτω άκρο της διάταξης διέρχεται μια τυχαία ξύλινη επιφάνεια. Βασικός σκοπός της εργασίας είναι ο PID έλεγχος της διάταξης μέσω της λειτουργικής μονάδας FM 355. Η μονάδα FM 355 της SIEMENS είναι μια λειτουργική μονάδα που έχει την δυνατότητα να πραγματοποιήσει Hardware PID έλεγχο καθώς και ασαφή έλεγχο σε εφαρμογές θερμοκρασίας. Επίσης, ένα πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό της είναι η δυνατότητα λειτουργίας και όταν υπάρχει απώλεια επικοινωνίας με τη CPU του PLC. Η μονάδα FM 355 ελέγχει την αναλογική βαλβίδα ενώ ο έλεγχος της On/Off βαλβίδας γίνεται μέσω της CPU του PLC. Για τη λειτουργία της διάταξης επιλέγεται η επιθυμητή τιμή της πίεσης που θα ασκηθεί στην επιφάνεια. Αυτή η τιμή τροφοδοτείται στη CPU και κατ’ επέκταση στην μονάδα FM 355. Οποιαδήποτε μετακίνηση της επιφάνειας η οποία οδηγεί σε αλλαγή της πίεσης παρακολουθείται από τον αισθητήρα και γίνεται αυτόματη προσαρμογή της διάταξης ώστε να υπάρχει παρακολούθηση της επιφάνειας. Ο έλεγχος μέσω Labview χρησιμοποιεί ακριβώς την ίδια λογική και πραγματοποιήθηκε για την εξαγωγή πολύ χρήσιμων συμπερασμάτων. / This Diploma Thesis consists of the construction and control of an experimental automated system. In this system a pneumatic moving piston applies constant pressure to any surface that passes under it. The system includes a pneumatic cylinder, pneumatic valves, a pressure sensor and a Programmable Logic Controller (PLC) to control the system. Also, control via Labview is implemented, to be used for results comparison. The system consists of a proportional control valve, an On/Off valve, a pneumatic cylinder and a specially manufactured system for pressure application that also includes the pressure sensor. There is, also, a voltage amplifier that is used between the output of the pressure sensor and the analog input of the CPU. A random wooden surface passes under the experimental system. The primary purpose of the Diploma Thesis is the PID control of the system using the function module FM 355. The FM 355 module from SIEMENS is a function module that is capable of utilizing hardware PID control and fuzzy control in temperature applications. Also, a very important characteristic of the module is the ability to function even when there is loss of communication with the CPU. The FM 355 module controls the proportional valve, while the On/Off valve is controlled by the PLC CPU. In order for the system to work, the desired pressured to be applied must be chosen. This value is inserted into the CPU and from there it is sent to the FM 355 module. Any movement of the wooden surface that leads to a change of pressure, is monitored by the sensor and the system automatically adjusts to track the surface. Control via Labview implements exactly the same logic as mentioned above and was used to extract very useful conclusions.