Daha Önce Yapılan ÇalıĢmalar

Sanayide kullanılan enerjide büyük payı olan ısıl iĢlem fırınlarında enerjinin daha verimli kullanılması doğrultusunda yapılacak revizyonlar kullanılan enerji türü ve uygulanan kontrol yöntemi ile birebir iliĢkilidir. Ġleri kontrol yöntemleri sağladıkları enerji kazançlarıyla ilk yatırım maliyelerini kısa sürede geri ödeyebilmektedir. Hem

6

enerji tasarrufu etmek hem de modern mühendislikte kullanılan ısıl iĢlem süreçlerinin gerektirdiği kontrol doğruluğunu sağlayabilmek için bu tür sistemlerde ileri kontrol yöntemlerinin kullanılmasına yönelik pek çok çalıĢma yapılmıĢtır. Uygulamada bütün sistemler doğrusal olmayan bir davranıĢ gösterirler. PID kontrolcü ile sıcaklığın kontrol edilmeye çalıĢıldığı endüstriyel bir tavlama fırınında özellikle geniĢ çalıĢma aralıklarında kontrolcüye ait parametrelerin sürekli değiĢtirilmesi gerekmektedir. Fakat uygulamadaki zorluğu ve getireceği maliyetlerden dolayı, kontrolcünün parametreleri daha geniĢ bir çalıĢma aralığını kapsayacak Ģekilde seçilmekte bu da idealin altında bir kontrol iĢleminin uygulanmasına yol açmakta ve enerji kayıplarını arttırabilmektedir [8, 9, 10]. Martineau ve arkadaĢları endüstriyel fırınlara uygulanan PID kontrolcülerin çift doğrusallaĢtırılmaları üzerine çalıĢmıĢlardır [11]. Çift doğrusal sistemler doğrusal olmayan durumları, doğrusal olan sistemlere oranla daha iyi modelleyebilmektedir. Yapılan çalıĢma gaz yakıtlı endüstriyel fırınların yüksek sıcaklıklardaki iĢlem performansını ve kararlılığını düzeltmeyi amaçlamıĢtır. Çift doğrusal PID kontrolcü, doğrusal bir PID kontrolcü, çift doğrusal bir kompansatör ve doğrusal olmayan sistemi içerecek Ģekilde tasarlanmıĢtır. Doğrusal olmayan sistemden elde edilen çıkıĢ değeri hem PID kontrolcüye hem de doğrusal olmayan kompensatöre geribeslenmiĢtir. Tasarlanan çift doğrusal kompensatörde doğrusal olmayan sistem doğrusallaĢtırılmakta ve ayar noktası otomatik olarak belirlenmektedir. Tek giriĢ ve tek çıkıĢlı sistemin durum denkleminde, sisteme sağlanan güç çift doğrusal kompensatör katsayılarıyla düzenlenmektedir. Tasarlanan kontrolcü 4 farklı ürün ve 3 farklı fırın boyutu için uygulanmıĢtır. Tasarlanan çift doğrusal PID kontrolcü, PID kontrolcüye oranla değiĢik fırın boyutları için ortalama güç gereksimini % 3-4 oranında ortalama azaltmıĢtır [11].

Sürekli sinterleme fırınları geleneksel malzeme fırınlarından farklı olarak bölümlerden oluĢmakta ve her bölüm arasında ısı alıĢveriĢi meydana gelmektedir. Bundan dolayı kontrol doğruluğu azalmakta ve sistemin matematik modelinin doğru olarak kurulması zorlaĢmaktadır [12, 13, 14]. Shu-kun ve arkadaĢları yaptıkları çalıĢmada sürekli tip sinterleme fırınlarının sıcaklık kontrol sistemleri üzerinde

7

çalıĢmıĢlar ve çalıĢmada uzman kontrol sistemi kullanmıĢlardır [14]. Ele alınan sinterleme fırını bölgelere ayrılmıĢ olup bunlar sırasıyla yağ giderme, soğutma, ön ısıtma, sinterleme bölümleridir. Sistem ele alınırken, yağ giderme bölümü 3, ön ısıtma bölümü 2, sinterleme bölümü ise 3 parçaya bölünmüĢtür. Geri besleme her bir ana bölümün ortasında yer alan termoelektrik çiftlerle sağlanmıĢtır. Isıtıcı direnç her bir bölgenin arasından geçmekte ve her bölgede rölelerle kontrol edilmektedir. bölgelerin sıcaklığını ölçmek için 11 adet termoelektrik çift kullanılmıĢtır. Kullanılan uzman kontrol sisteminin çalıĢma prensibi Ģu Ģekildedir; sisteme ait parametreler bilgi yönetim birimine girilir. Hata sinyali bilgi iĢlem birimine gönderilir. Bilgi iĢlem biriminde elde edilen bilgiler hem PID kontrolcüye, hem de uzman kontrol sisteminin bilgi tabanı ve mantık geliĢtirme birimlerine gönderilir. GiriĢ değerleri göz önüne alınarak bilgi tabanında yer alan veriler değiĢtirilir. Mantık geliĢtirme birimi bilgi tabanından elde edilen veriler ile kontrol kanunlarını baz alarak çalıĢır ve giriĢten elde edilen değerler bu birime, bu birimden elde edilen veriler ise giriĢe aktarılır. Dolayısıyla hata sinyali hem uzman kontrol sisteminden hem de termoelektrik çiftlerle geribeslenmektedir. Uzman sistemler veri tabanı teknolojisine dayanarak çalıĢmaktadır. Fırına ait tüm bilgiler bir veritabanında biriktirilmektedir. Ele alınan sistemin veri tabanı Microsoft 2000 tarafından geliĢtirilmiĢtir. Sistem için oluĢturulan veri tabanı değiĢtirilebilmektedir. Uzman kontrol sistemleri sistemde büyük sıcaklık değiĢimlerini kestirebilmekte ve sürekli sinterleme fırınlarında histeresiz problemini ortadan kaldırabilmekte ayrıca kontrol doğruluğunu geleneksel yöntemlere oranla arttırabilmektedir [14].

Banerjee ve arkadaĢları doğrudan ateĢlemeli kafile yüklemeli ısıl iĢlem fırınlarında, ısıl iĢlem prosesini kontrol etmek için bir optimum kontrol stratejisi geliĢtirmiĢlerdir [15, 16]. GeliĢtirilen yöntem ısıl iĢlem uygulanan malzemenin sıcaklığının referans sıcaklığından sapmaların ve yakıt sarfiyatının ağırlık katsayılarıyla çarpılmıĢ karelerini içeren bir performans kriterini optimum kontrol yöntemi ile minimum yapmaktadır [15, 16]. GeliĢtirilen model fırındaki yanmayı, ısıl iĢlem görecek olan malzemeye olan ısı transferini (konveksiyon ve radyasyon) ve yük içindeki ısı iletimini belirleyecek Ģekilde tasarlanmıĢtır. Sonuçlar, farklı malzeme kütleleri ve

8

fırın geometreleri için elde edilmiĢ her bir duruma uygun ağırlık katsayıları belirlenmiĢtir [15].

Eroğlu, akaryakıtla çalıĢan ve sürekli yükleme yapılan tav fırınlarında yanma, sıcaklık ve iç basıncın optimum kontrolü üzerine çalıĢmıĢtır [3]. ÇalıĢmada öncelikle üç bölgeli bir fırında yakıt sıcaklık ve iç basıncının optimum kontrolü için bir sistem modeli geliĢtirilmiĢ ve sistem denklemleri elde edilmiĢtir. Modeldeki parametreler 15 ton/saat kapasiteli bir tav fırını için belirlenmiĢ, sistem için seçilen performans kriterini minimum yapacak olan optimum kontrol geribesleme katsayıları, Riccati denkleminin nümerik çözümleri kullanılarak bulunmuĢtur. Seçilen performans kriteri fırının çıkıĢ bölgesindeki sıcaklık, fırının iç basıncı ve baca gazındaki oksijen yüzde oranı gibi sıcaklık, iç basınç ve hava/yakıt oranını ilgilendiren temel sistem değiĢkenleriyle yakıt miktarı, yakma havası miktarını ve baca klipesi açıklığı gibi kontrol değiĢkenlerini içine almaktadır [3].

Matametik modelin tam anlamıyla gerçekle birebir örtüĢememesinden ve uygulanan kontrol yönteminin yetersiz kalmasından dolayı sürekli yüklemeli tav hatlarında temel sıcaklık kontrol metodları genellikle iyi sonuçlar verememektedir. Bu Ģekilde tasarlanan bir kontrol sistemi, elde edilen ürünlerde kalite sorununun yanı sıra enerji kayıpları ve kullanılan ekipmanın ömrünün kısalması gibi sorunlar da sebep olmaktadır. Ming ve Datai, sürekli tip tavlama fırınlarının ısıl kaynakla sisteme güç sağlanan kısmı için yeni bir sıcaklık kontrol yöntemi geliĢtirmiĢlerdir [17]. Uygulanan yeni yöntemle 1550 C’ye ayarlanmıĢ bir fırında ± 2 C kontrol doğruluğu sağlanabilmiĢtir. Sistemde akıllı kestirimciden yararlanan ve geribesleme düzeltmeleri yapan bir optimum kontrol sistemi kullanılmıĢtır [17].

Son zamanlarda, bulanık mantıkla kontrol yöntemlerinin fırınlara uygulandığı çalıĢmalar da mevcuttur [18, 19, 20, 21, 22]. Abilov ve arkadaĢları ileri-geribeslemeli kademeli sistemlerle tümleĢik bulanık mantık kontrol yönteminin endüstriyel rafineri fırınlarına uygulaması üzerinde çalıĢmıĢlardır [20]. Ele alınan fırının modeli çift giriĢ ve çıkıĢlı (MIMO) olup giriĢ ve çıkıĢ değiĢkenleri arasında birçok tersinir etkileĢim olmaktadır. Sistemin modellenmesi için eĢ değer sistem yöntemi kullanılmıĢtır.

9

Sisteme ait denklemler elde edildikten sonra geliĢtirilen algoritmalarla sistemin bulanık mantıkla kontrolü gerçekleĢtirilmiĢ ve simulasyonlar PI kontrolle elde edilen sistem cevaplarıyla karĢılaĢtırıldığında sistemin yükselme zamanının ve referans sıcaklığından aĢmalarının azaltılabildiği görülmüĢtür. Bulanık mantıkla kontrol edilen sistemin PI kontrolcüyle elde edilen cevaplara oranla yerleĢme zamanının 50 dakika azaldığı görülmüĢtür [20]. Çimento döner fırınları, uzun ve karmaĢık yapıları ve silindirik Ģekillerinden dolayı bulanık mantıkla kontrol tekniklerinin endüstriye uyarlanabilirliği için iyi bir örnek olmaktadır [21]. Yapılan bir baĢka çalıĢmada, bulanık mantık kullanan kontrol organları ile çimento döner fırınlarının kontrolü bilgisayar ortamında gerçekleĢtirilmiĢ ve değiĢik referans sıcaklıkları için kabul edilebilir sınırlar altında sistem cevabı elde edilebildiği görülmüĢtür [22].