Çift ısıtma sistemli endüstriyel çamaşır makinesinin modellenmesi ve kontrolü
Modeling and control of an indüstrial washing machine with a dual heating system
Yazar: GÖKHAN EREN
Danışman: DOÇ. DR. LEVENT ÇETİN
İzmir Katip Çelebi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Endüstriyel çamaşır makineleri, farklı sektörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle tekstil işletmeleri, çamaşırhaneler, hastahaneler ve oteller makinelerin kullanım alanlarının başında gelmektedir. Bu tip işletmelerde, çamaşırların yıkanması, enerji tasarufu ve maliyeti açısından önem arz etmektedir. Endüstriyel çamaşır maknelerinin, enerji tüketimine en çok etki eden süreç çamaşırların ve suyun ısıtılmasıdır. Bu sebeple, bu çalışmada endüstriyel çalışma makinelerinin ısıtma sistemlerinin kontrolü problemi ele alınmıştır ve bu problemin çözümüne yönelik olarak iki aşamalı bir çözüm önerisi geliştirilmiştir.
Çalışma kapsamında, öncelikle endüstriyel çamaşır makinelerini oluşturan yapısal ve işlevsel bileşenler incelenmiş ve çamaşır makinesinde kullanılan ısıtma sistemlerinin dinamik davranışlarının incelenmesi için deneysel veriler ile modelleme çalışması yapılmıştır. Bu çalışma sonucunda buharlı ısıtma ve doğal gazlı ısıtma sistemlerinin matematik modelleri elde edilmiştir. Bunun neticesinde kontrol sistemi geliştirmek için sistem üzerinde hangi parametrelerin etkin olduğu belirlenmiştir.
Çalışmanın ikinci aşamasında, endüstriyel çamaşır makinesinde buharlı ve doğal gazlı ısıtma sistemlerinin beraber kullanılması için kumanda devresi önerilmiştir. Bu önerilen kumanda devresinin makinenin çalışma şartlarına bağlı olarak sıcaklık kontrolünü yapabilmesi için iki kademeli bir kontrol yapısı önerilmiştir. Üst kademe kontrolcü, referans sıcaklık değeri ve yükleme durumuna bağlı olarak iki ısıtma sisteminin hangi oranda kullanılacağını ve alt seviye kontrolcü ise sıcaklık değişimine bağlı olarak çalışma zamanını kontrol etmektedir. Bu iki kontrolcü yapısı da bulanık mantık tabanlı kontrol yaklaşımı kullanılarak tasarlanmıştır. Önerilen kontrol yapısının işlevselliği farklı işletim senaryoları ile denenmiş ve elde edilen sonuçlar, geliştirilen sistemin aynı işletim senaryolarında daha az enerji harcadığını göstermiştir.

Abstract:
Industrial washing machines are widely used in many sectors. Textiles, laundrettes, hospitals and hotels are among the top users. In such establishments, washing the laundry is important in terms of energy management and costs. The process that most affects the energy consumption of industrial washing machines is the heating of the laundry and water. Therefore, This thessis focuses on the control problem of the heating systems of industrial washing machines and presents a two-step solution proposal for the problem.
At initial stage of study, the functional and structural parts of industrial washing machine were studied in detail. Specifically, the heating system alternatives are considered and an experimental study was conducted to obtain experimental data driven models.The obtained models for natural gas and steam heating systems were analyzed to reveals the efective parameters for temperature control design.
The second stage of the study focused on control of dual heating system. Initilally, the required structural modifications were considered and a sequence based control structure was developped. Then, a two level controller scheme was proposed for temperature control. The supervisory level controller for evaluating the temprature reference and loading conditions and low level controller for controlling heating power. The supervisory control outputs the ratio of the power flow from natural gas and steam heating systems in given time sequence and the low level control ouputs the duty ratio for each heating system. Both of the controllers were designed using fuzzy logic based (Mandani Type) control methodology. Eventually, a simulation study is conducted to present the performance of the proposed control system in realistic operation scenarios. The results showed that the proposed system consumes less energy in similar operating conditions.