Uzman sistem destekli gözetimli denetim ve veri toplama sistemi ile dış aydınlatmanın kontrolü
Control of outdoor lighting system by expert system supported supervisory control and data acquisition
Yazar: SELÇUK ATİŞ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. NAZMİ EKREN
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Enerji = Energy
Dizin: Uzman sistemler = Expert systems

Özet:
Bu tez çalışmasında, Marmara Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesinde zeki bir dış aydınlatma kontrol sistemi geliştirilmiştir Zeki dış aydınlatma kontrol sistemi, elektrik enerjisinin daha verimli kullanımı için lamba gruplarının kontrolü ve izlenmesi, bir lamba grubunda yük tahmini, bir lamba grubunda arıza teşhis ve güç hatlarında arıza teşhis olarak dört fonksiyona sahiptir Zeki bir dış aydınlatma kontrol sistemi için uzman sistem destekli gözetimli denetim ve veri toplama sistemi kurulmuşturGerçek zamanlı uzman sistemler bilgisayar ve mikrodenetleyici tabanlı olarak iki farklı ortamda oluşturulmuştur Uzman sistemler, bilgi-tabanlı kurallardan tasarlanmıştırBilgisayar ortamında bilgi tabanlı kurallar yazılarak gerçekleştirilen uzman sistem, merkezi gerçek zamanlı uzman sistem olarak isimlendirilmiştir Bu uzman sistem; saha veri yolu ve programlanabilir kontrolörün arayüzlerini kullanarak ethernet üzerinden dört farklı fonksiyonu yürütmek için gerçekleştirilmiştirMerkezi gerçek zamanlı uzman sistemin ilk fonksiyonu, gerçek zamanlı kontrol ve izlemededir Gerçek zamanlı kontrol ve izleme için iki farklı uygulama yapılmıştır İlk uygulamada, gerçek zaman ve dış ortamdaki aydınlık düzeyi bilgisinin yorumlanarak uygun zaman dilimleri arası lambaların devreye alınması ve çıkarılması için gerekli kontrol işaretleri üretilmiştir İkinci uygulamada, kontrol sisteminden alınan bilgilerin yorumlanarak, lambaların çıkışları gözlenmiştir Bu fonksiyonunun kural tabanı 102 adet kuraldan oluşturulmuşturGerçek zamanlı kontrol ve izleme fonksiyonun uygulandığı okul dönemi çalışma şeklinde elektrik enerjisinde ortalama %34,04 tasarruf elde edilmiştir Bu fonksiyon sadece Teknik Eğitim Fakültesi dış aydınlatmasına uygulanırsa, ilk kurulum maliyeti de dikkate alındığında altı yılın sonunda sistemin kâr edeceği tahmin edilmektedir Sistem, Marmara Üniversitesi Göztepe yerleşkesine uygulanırsa 2-3 yıl sonunda kâr edeceği tahmin edilmektedir Elektrik tüketim bedelindeki yıllık artış %6'dan daha yüksek olursa bu süreler kısalacaktırMerkezi gerçek zamanlı uzman sistemin ikinci fonksiyonu, gerçek zamanlı yük tahmini fonksiyonudur Bu fonksiyon, A blok sürekli lamba grubuna bağlı lambaların güç değerlerini tahmin etmek için tasarlanmıştır Bu fonksiyonunun kural tabanı 138 adet kuraldan oluşturulmuşturMerkezi gerçek zamanlı uzman sistemin üçüncü fonksiyonu, gerçek zamanlı lamba arıza teşhis fonksiyonudur Bu fonksiyonda, A blok sürekli lamba grubunun faz akım değerinin yorumlanarak lamba grubunun aktif olup olmadığını tespit etmek ve lamba arızalarını belirleyerek gerekli açıklamaları üretmek amacı ile tasarlanmıştır Bu fonksiyonunun kural tabanı 19 adet kuraldan oluşturulmuşturMerkezi gerçek zamanlı uzman sistemin dördüncü fonksiyonu, gerçek zamanlı hat arıza teşhis fonksiyonudur Bu fonksiyon, lambaların bağlandığı üç fazda, gerçek zamanlı hat arızası olup olmadığını tespit etmek ve gerekli açıklamaların üretilmesini sağlamak için oluşturulmuştur Bu fonksiyonunun kural tabanında 36 adet kural kullanılmıştırMerkezi gerçek zamanlı uzman sistemde, saha veri yolu standardı üzerinde oluşabilecek arızalarda veya saha veri yolu üzerindeki modüllerin devre dışı edilme durumlarında, sinyalin kesildiği blok veya bloklarda, dış aydınlatma kontrol edilemez Bu durumda, dış aydınlatmada sürekliliği sağlamak için, binaların her bloğunda mikrodenetleyici kullanılarak, merkezden bağımsız kontrol eden uzman sistem tabanlı zeki kontrol noktaları kurulmuştur Mikrodenetleyicinin program hafızasına, enerji tüketimini en uygun düzeyde tutan bir uzman sistem yazılarak, uzman sistem tabanlı denetleyici yapılmıştır Uygulama esnasında ortalama %31,78 tasarruf elde edilmiştir Bu sistem, sadece Teknik Eğitim Fakültesi dış aydınlatmasına uygulanırsa ve ilk kurulum maliyeti de dikkate alındığında ilk yılın sonunda yaklaşık 2000 YTL kâr edeceği tahmin edilmektedirGerçekleştirilen zeki dış aydınlatma kontrol sistemi elektrik enerjisinin daha verimli kullanılmasını, arızalara zamanında müdahale edilmesi, esnek bir yapı oluşması, Ethernet üzerinden kontrolü ve izlenmesi, bina yönetim sistemlerine entegre olmasını sağlamıştır Gerçekleştirilen sistem, kontrol, izleme, yük tahmini ve hata teşhisi olarak adlandırılan dört fonksiyonun bir arada kullanıldığı ilk uzman sistemdir Uzman sistem tabanlı zeki kontrol noktalan dış aydınlatma kontrolü için aydınlatma tekniğinde ki ilk uygulamadır

Abstract:
in this work, an intelligent outdoor lighting control system is designed for Technical Education Faculty at Marmara University. The intelligent outdoor lighting control system has four functions that control and monitör lamp groups for more effıcient use of electrical energy, load estimation and fault diagnosis in lamp groups, and fault diagnosis in power supply lines. A supervisory control and data acquisition system with expert system support is constructed as an intelligent outdoor lighting control system.The real-time expert systems are composed of two different environments as computer and microcontroller bases. The expert system is designed employing knowledge-based rules.The expert system is designed by writing the knowledge-base rules in a computer environment, called central real-time expert system. The central real-time expert system is designed to execute four different functions on ethernet by using the fıeldbus and interfaces of the programmable controller.The fırst function of the central real-time expert system is the real-time control and monitoring. Two different applications are designed for real-time control and monitoring. in the fırst application, necessary control signs for turning on/off of lamps in reasonable time intervals are produced with interpretion of the information on real time and outdoor illumination level. in the second application, the output of the lamps is observed with the interpretion of the information obtained from the control system. The rule base of the fırst function has 102 rules.The real-time control and monitör function has been applied during the teaching term and about 34.04% saving has been obtained in electrical energy. it is estimated that if this function is applied to outdoor lighting of the Technical Education Faculty, the system will pay back in six years. If the system is implemented at Marmara University Göztepe Campus, the system will pay back in 2-3 years. If the annual increase in the cost of electricity becomes higher than 6%, then the pay back period shortens.The second function of the central real-time expert system is the real time load estimation function. This function is designed to estimate the power values of lamps connected to A Block lamp groups. The rule base of the second function has 138 rules.The third function of the central real-time expert system is the real-time fault diagnosis of lamp. This function is designed to determine whether the phase current value of the A Block lamp group is active or not and to make necessary explanations by determining the lamp faults. The rule base of this function consists of 19 rules.The fourth function of the central real-time expert system is the real-time fault diagnosis of power line. This function is designed to determine whether there is a real-time power supply line fault in the three phases where the lamps are connected to and to make necessary explanations. The rule base of the fourth function has 36 rules.in the central real-time expert system, faults that may occur on the fıeldbus Standard or in case the modules on the fıeldbus are inactivated, in block or blocks where the signal is turned off, the outdoor lighting cannot be controlled. in that case, the expert system based intelligent control nodes that control independently from the center have been designed for ensuring the outdoor lighting control by using the microcontroller in each block of buildings. Loading an expert system in the program memory of the microcontroller keeps the energy consumption at the most suitable level an expert system based controller is designed. During the application, about 31.78% saving in electricity consumption has been obtained. If this system is only applied to the outdoor lighting of the Faculty and the fırst installation cost is considered, it is estimated that about 2000 YTL profıt will have been made at the end of the fırst year.The designed intelligent outdoor lighting control system ensures more effıcient use of electrical energy, stepping in faults on time, a flexible structure, control and monitoring on Ethernet and integration with the building management systems. The designed system is a novel expert system that has four functions, control, monitör, load estimation and fault. The expert system based intelligent control nodes are applied for the fırst time in lighting technology for outdoor lighting control.