|
عوامل بروز خاموشی برق در تابستان1999 در آمریکا | |
|
در تابستان سال 1999 میلادی درآمریکا،قطع برق به عنوان یک معضل مهم و اساسی مطرح شد.با توجه به این مساله،محققان و متخصصان با بررسی علل این معضل به نتایج و دستاوردهای مشخصی دست یافتند که این نتایج به صورت یک گزارش علمی و تحقیقی در شبکه های اینترنتی مربوط به صنعت برق جهان منتشر شد. در مطلب زیر که از سوی معاونت بهره برداری شرکت برق منطقه ای غرب از منابع اینترنتی ترجمه شده و به وسیله روابط عمومی این شرکت ارسال شده در حقیقت بیانگر علل و عوامل بروز قطعی های برق در تابستان سال 1999 میلادی در آمریکاوراه حلهای ارئه شده به وسیله کارشناسان است. در حوزه های بهره برداری،ضرورت رویکرد کمیته های حوادث به فرایند جمع آوری اطلاعات،تجزیه و تحلیل ،طبقه بندی،استنتاج و بکارگیری نتایج در جهت اصلاح سیستم و اقدامات پیشگیرانه جهت بهبود مستمر سیستم و آموزش حین عمل امری الزامی است و به موازات این رویکرد به کارگیری تجربیات سایر کشورها در زمینه حوادث شبکه برق نیز می تواند به عنوان وسیله ای به منظور جلوگیری از پرداخت هزینه های حوادث مشابه مطرح باشد و در حقیقت این تجربیات ونتایج حاصل ازاین بررسیها و مطالعات ،ما را قادر به رفع اشکالات مشابه در شبکه کشور میکند.نمونه ای ازاین حوادث ،تابستان 1999 در آمریکا بود.که به علت افزایش در جه حرارت ورطوبت (عدم پیش بینی و برآورد دقیق بار)منجر به قطعی و افت ولتاژ در شبکه و ایجادنوسان برخی از شهرهای آمریکا شد.در این میان قطعی های دو شهر نیویورک و شیکاگو چشم گیرتر بودند.در این زمینه انجمن تنظیم برق ملی آمریکا جهت بررسی و مطالعه حوادث مزبور عده ای از متخصصان را تحت عنوان گروه طالعاتی قطعی و اغتشاشات شبکه (Power Outages Study Team) مامور به بررسی و تحلیل این حوادث (شامل شش حادثه مهم و دو اغتشاش شبکه ای بود)کرد تا از این طریق به بهبود قابلیت اطمینان شبکه بپردازد. گروه مزبور نسبت به بازرسی و بررسی عینی شرکتهای برق در مناطقی که در محدوده این حوادث قرار گرفته بودند اقدام کرد.در جریان این بازدید تمام اطلاعات کسب شده از اتفاقات را مورد بررسی و بازرسی قرار داد که دراین گزارش از نحوه همکاری و هماهنگی تمامی شرکتها به نحو مطلوب یاد می شود و سرانجام گزارش اولیه تیم تهیه شد.که به عنوان پایه و اساس تشکیل سمینار و کارگاههای مختلفی به منظور بررسی و دریافت نظرات و پیشنهادهای سایر متخصصان شد.بطوریکه سمینارهای فنی در فرانسیسکو،کالیفرنیا،ارلئان و لویزیانا و نیویورک ونیوجرسی تشکیل شد که در نهایت بیش از 150 نظر و 120 پیشنهاد به این کارگاه یا سمینارهای فنی ارائه شد.
اغتشاشات شبکه تغییرات ولتاژ به شکل بالاتر ازاستاندارد یا پایین تر که این تغییرات 10+(10-) در صد نسبت به ولتاژ نامی در نظر گرفته می شود را اغتشاشات ولتاژ می نامند.جریان نامی موتور نیز می تواند باعث این نوع اغتشاشات بشودکه البته این مورد به نوع شبکه نیز بستگی دارد.چنانچه شبکه ای با سطح اتصال بالا باشد در مقابل این اغتشاشات دارای عکس العمل کمتری نسبت به شبکه های با سطح اتصال پایین تر هستند.همچنین مشکلات ناشی از تنظیم طولانی ولتاژ در شبکه های ضعیف باعث کاهش ولتاژ از حد استاندارد می شودو هنگامی که از ده درصد ولتاژ نامی کمتر و در زمانی نسبتا طولانی یک براون اوت رخ داده این حالت باعث کاهش اجباری مصرف قدرت تجهیزات می شود بطوریکه چراغهای روشنایی اندکی کم نورتر می شوند.زمان براون اوت می تواند از چند ثانیه تا چند ساعت باشد. بلک اوتسها شامل قطع کامل سرویس دهی در زمانهای نسبتا طولانی است که این نوع قطع سرویس دهی می تواند بطور خودکار یا از طریق اپراتور در یک زمان مورد نظر انجام گیرد که مورد اخیر خاموشیهای برنامه ریزی شده تلقی می گردد و پس از رفع مشکلات ناشی از اغتشاشات شبکه،خاموشی برطرف خواهد شد. قطعی های 7 تا 9 جولای 99 در شهر نیویورک در نیویورک شرکت برق ادیسون که عضوی از مدیریت برق نیویورک است حدود 1/3 میلیون مشترک را در محدوده 640 مایل مربع سرویس می دهد.شبکه این منطقه به گونه ای طراحی شده که حتی اگر 2 تا 3 فیدر قطع شود امکان تغذیه را دارد. در ششم جولای 1999 به علت از دست رفتن 8 فیدر از 14 فیدر واشنگتن به مدت 19 ساعت در اثر خطاهای حرارتی ناشی از کابلها و ترانسها منجر به خاموشی 68 هزار مشترک ومعادل 200 هزار نفر جمعیت شده که سرانجام در ساعت 5 بعد از ظهر روز 7 جولای پس از تعمیر این شبکه برقدار شد.از 3 تا 8 جولای 1999 برقرسانی به 110 هزار مشترک که در زمانهای مختلف دچار قطعی شدند.پیش بینی بار پیک 4340 مگاوات برای 5 جولای در نظر گرفته شده بود که در روز بعد آن یعنی ششم جولای پیک بار واقعی به 4590 مگاوات چیزی حدود 9/1 درصد بیشترنسبت به سال قبل رسیدکه در این روز شرکت برق از طریق کاهش 5 درصد ولتاژ و در خواتس از مشترکان بزرگ برای کاهش بار سعی به کنترل شرایط کرد که بسیاری از مشترکان به این درخواست پاسخ لازم را دادند ولی در جنوب لانگ آیلند که بیشترین پرش باری را داشت.تا سرحد شکست ولتاژ پیش رفت. منطقه نیوجرسی تیم مطالعاتی قطعی های شبکه یا به اختصار پست سه قطعی را که در حوزه دو شرکت نیوجرسی که به علت موج گرمای ایجاد شده در جولای 1999 میلادی رخ داده بود مورد بررسی قرار داد. علت این قطعی ها ناشی از عیب کابلها در چند پست 26 کیلو ولت بود بطوریکه پست انگل وود دو بار قطعی را تحمل کرد و حدود 10 هزار مشترک وهر بار در حدود یک ساعت در خاموشی قرار گرفتندهمچنین چند سر کابل و تعدادی کابل خسارت و سه تا از چهار ترانس پست داک خارج شد و سرانجام کل پست خارج شدو2600 مشترک نیز خاموشی را تحمل کردند که در نهایت پس از حدود 11 ساعت تمام مشترکان برق دار شدند. خروج نیروگاه در 23 جولای 1999 در ایالت جنوب مرکزی در می سی سی پی،تگزاس،ارکانزاس،لونیریانا با شرکت برق متمرکز حدود 5/2 میلیون مشترک سرویس داده می شود.براساس پیش بینی بار وگزارشهای مربوط به آمادگی ژنراتورها در 22 جولای انرژی پیش بینی شده قادر به پاسخگویی نیاز بار در 23 جولای در صورت کاهش بار چند مشترک قابل قطع امکان پذیر است ولی عملا در تاریخ 23 جولای بار واقعی بیش پیش بینی بود و از طرفی آمادگی واحدها کمتر از پیش بینی بود لذا شرکت مجبور به درخواست کاهش مصرف عمومی شد. خروجیهای شیکاگو در 30 جولای تا 12 آگوست شرکت برق ادیسون در شیکاگو حدود 4/3 میلیون مشترک را سرویس می دهد.در این مناطق از 30 جولای تا 12 آگوست اغتشاشات و خروجی (قطعی ها) مهمی رخ داده که عواملی از قبیل خطای ناشی از کابلها و اضافه بار ترانسها و خسارت تجهیزاتی باعث این قطعی ها بوده که البته موج گرمای ایجاد شده باعث بروز و تشدید این حوادث شده است بطوریکه حدود 100 هزار مشترک را به خاموشی کشاند. کاهش تولید در 7 تا 8 ژوئن در نیو انگلند 7 تا 8 ژوئن 1999 به علت افزایش درجه حرارت و رطوبت گسترده در شمال شرقی ایالت متحده و مرکز وشرق کانادا و با توجه به اینکه تعدادی از واحدهای نیروگاهی جهت تعمیرات روتین خارج از سرویس بودند به خاطر عدم پیش بینی درست بار منجر به افت ولتاژ و کاهش ظرفیت ذخیره گردان ویا کاهش قابلیت اطمینان شبکه در نیوانگلند وانتاریو و اطراف نیو یورک شد. خلاصه ای از دستاوردهای گروه تحقیق قطعی 1- عدم توازن بین تولید و مصرف انرژی و مشکل برنامه ریزی توسعه نیروگاهها و به طوری که شرکتهای برق در عین حال که به علایم و نیاز انرژی مشترکان را پاسخ می دهند ولی با تاخیرات چندین ساله منابع تولید مورد نیاز را در سرویس قرار می دهند. با توجه به رویکرد به بازار رقابتی در ایالتهای نیو انگلند واز طرفی کمبود تولید انرژی در چند تابستان که حاصل از برکناری نیروگاههای اتمی در این منطقه بوده نیاز به ظرفیت جدیدی برابر 30 هزار مگاوات را میطلبید که بیشتر این ظرفیت پیش بینی شده جدید در طی چند سال محقق نشد.(البته ظرفیت پیش بینی تا حدودی نیز بیش از نیاز واقعی بود واین تا حدودی تحت تاثیر بازار رقابتی و قیمتهای سود آوری انرژی تبادلی بوده است)ولی به هر حال با توجه به زمان بر بودن ساخت نیروگاههای جدید همیشه یک تاخیر بین زمان مورد نیاز بهره برداری وبهره برداری عملی بوده است. 2- عدم وجود مکانیزم های محرک و محدود کننده جهت مشترکان خرده فروش جهت همکاری در شرایط اضطراری به منظور حفظ قابلیت اطمینان شبکه و جلوگیری از قطعی ها. 3- عدم توسعه وگسترش قوانین بازار برای سیستم بهره برداری در شرایط اضطراری و عدم وجود توافقنامه ما بین شرکای بازار. 4- ناتوانی سیستم مستقل بهره برداری از سازمان دهی تبادل انرژی در شرایط اضطراری یا عدم توانایی مدیریت دیسپاچینگ این مناطق(نیویورک). 5- روشهای تشخیص عیب به خصوص در زمینه عیب یابی کابلها وتستهای مربوط نا کافی واغلب خودبخود به تشدید مشکل منجر میشود. 6-عدم وجود اطلاعات درست ناشی از افزایش درجات حرارت آرایشهای مختلف کابلها و عدم نمایش اطلاعات از راه دور در مرکز کنترل و یا به طور کلی عدم وجود سیستم مکانیزه. 7- وجود آلودگیهای محیطی در کانالهای کابلها از قبیل نمکهای پاشیده شده در سطح خیابان در زمستان که از طریق دریچه های دسترسی این کانالها در داخل کانال شده و باعث آلودگی و خسارت آنها می شود(در منطقه). 8- نبود پیش بینی مناسب بار بطوریکه رشدی برابر 25 درصد که در سال 99 بوقوع پیوست به هیچ وجه توسط واحدهای برنامه ریزی و برآورد بار پیش بینی نشده بود. 9- طولانی بودن مدت زمان تعمیرات تجهیزات در خصوص ترانسفورماتورها. 10- عدم اجرای به موقع طرحهای انتقال شامل پستها و خطوط متناسب با رشد بار. 11- عدم امکان بهره برداری از ظرفیت کامل تولید نیروگاهها در بارهای سنگین به علت تولید مگاواربیشتر که ناشی از عدم داشتن انگیزه کافی نیروگاههای آبی جهت استفاده در مد موتور سنکرون و در حالت فوق تحریم به منظور مقابله با مگاوارهای سلفی بود. 12- عدم انگیزه کافی جهت تولید مگاوار در شبکه جهت پایداری بعلت عدم وجود ساز وکار مناسب مالی. 13- طراحی لازم جهت عدم افت ولتاژ در شرایط افزایش بار به عمل نیامده بود(نیوجرسی). 14- عدم وجود روشهای مناسب تست جهت عیب یابی و مشخص کردن عیوب بالقوه در کابلها. 15- عدم تبادل اطلاعات و تجربیات این شرکتها و احساس مالکیت اطلاعاتی. 16- طولانی بودن مدت تعمیر وعدم پیش بینی مناسب قطعات یدکی. 17- نبود مکانیزمهای محدود کننده و انگیزشی جهت همکاری خرده فروشها و مواقع اضطراری وعدم همکاری جهت کاهش درخواست انرژی بیشتر زیرا این موقع به علت نیاز به خرید انرژی از مناطق مجاور خرده فروشها درخواست بیشتری را جهت فروش به جریان می اندازد. (الویت ایمنی و قابلیت اطمینان شبکه بر عوامل تجاری رعایت نشده است). 18- عدم توجه به نیازمندیهای مدیریت بار در قراردادها به منظور امکان مجوز دادن پاسخ سریع در شرایط اضطراری.بدین مفهوم که در قراردادها بارهای قابل قطع به علت ضرورت اطلاع قبلی محدودیت مدت زمان قطعی مرکز کنترل نمیتواند این بارها را به سرعت قطع و یا در صورت ضرورت بارهای قطع شده را همچنان در همان حالت نگهدارد. 19- شاخصهای قابلیت اطمینان برای نیروگاههای ذخیره گردان کفایت نمیکند به خاطر اینکه در محاسبات وپیش بینی ظرفیتهای ذخیره گردان بر اساس درجه حرارت متوسط تابستانهای چند ساله انجام می شود لذا با افزایش پرشی مشابه درجه حرارت تابستان 1999 ظرفیت ذخیره پاسخ نمی دهد. 20- کاهش مقدار نامی نیروگاهها در شرایط غیر عادی و درجه های حرارت بالای تابستان به طوری که در تاریخ 24 جولای در مقابل ظرفیت نامی نیروگاهها عملا 500 مگاوات کاهش ظرفیت به علت گرما شدید تابستان ایجاد شده بود. 21- عدم برنامه ریزی ودرخواست به موقع جهت کاهش بار و درخواستهای عمومی برای کاهش بار دارای محدودیت واثر موقتی است.این درخواستها زمانی موثر است که به موقع توام با برنامه ریزی باشند. 22- قابلیت اطمینان جهت اهداف ذخیره گردان در شرایط غیرعادی ناسازگار با خریدهای تایید نشده بود وبرنامه ریزی مناسبی را ارائه نمیداد. 23- مکانیزمهای فروش کوتاه مدت انرژی ناکاراست. 24- کهنگی زیرساختهای تاسیسات تولید وعدم سرمایه گذاریهای جدید به قدر کفایت. عمر متوسط واحدهای یک شرکت برق حدود 35 سال است در حالیکه جدیدترین واحد نصب شده در این شرکت در 20 سال پیش وارد مدار شده است. 25- تکنیکهای پیش بینی بار و ابزار برنامه ریزی مربوطه قادر به پوشش شرایط غیر عادی و درجات حرارت بالا در تابستان 1999 نبودند. 26- طرحهای مدیریتی و آمادگی اضطراری به حل مشکلات سیستم منجر نشده است. - فرایند قطع بارهای اضطراری و بارهایی که باید باقی بمانند ناقص است. - جریان گردش اطلاعات بیش شرکت برق و سازمانهایی که تحت تاثیر این قطعی قرار میگیرد ناکافی است. - شاخصهای اندازه گیری جهت ارزیابی ریسکهای قطعی چند گانه وجود ندارد. 27- آرایش سیستم توزیع قابلیت انعطاف لازم را ندارد بدین مفهوم که سیستم توزیع در شرایط مورد نیاز قادر به شیفت بار بین پست با انعطاف کافی نیست واتصالات بین کابلها به صورت گسترده باعث مشکل تشخیص عیب کامل و جابجایی میگردد. 28- آرایش تجهیزات و حفاظت پستها دارای انعطاف کمی هستند. 29- طرحهای ارتقاء و اصلاح سیستم مطابق برنامه اجرا نمیشود بطوریکه در پیک تابستان سیستم پاسخگو نیست. 30- ثبت و ضبط اطلاعات در پریودهای زمانی معین وبطور کافی در سیستم توزیع انجام نمشود بطوریکه سیستم جمع آوری اطلاعات وکنترل جمع آوری کامل وموثری را از شرایط اضافه بارهای سیستم ثبت نمیکند. 31- در برنامه ریزی تعمیرات اضافه بار ترانسفورماتور آنالیز نشده است. 32- در برنامه تعمیرات پستها پیش بینی عمر تجهیزات رعایت نشده است. 33- مدیریت فعالیتهای تعمیرات ضعیف بوده بطوریکه بیشترقطعی ناشی از مسئولیت مدیریت تعمیرات بوده و بگونه ایکه جریان بازدید و عیب یابی و تعمیرات ناکامل و بسیار ضعیف بوده است و سطح تجربه و آموزش برای این فرایندها ناکافی بوده است. 34- کاهش هزینه های تعمیراتی در تعمیرات انتقال و توزیع وعدم کفایت اعتبارات مربوطه. 35- اثر عوامل تجاری برعملکرد قابلیت اطمینان شبکه. نبود ارتباط مناسب و کافی بین استراتژیهای بازرگانی وآموزش نظارت و جمع آوری اطلاعات و تخصیص منابع وتعمیرات مبتنی بر قابلیت اطمینان و ابزارهای تجزیه و تحلیل باعث تاثیر گذاری بر کمیت قابل اطمینان شبکه میشود. پیشنهادهای ارائه شده 1- ارتقای رویکرد مبتنی بر بازار در صنعت برق را جهت اطمینان از خدمات توام با قابلیت اطمینان. 2- توانمندی شرکای مشترک در بازار رقابتی برق. 3- رفع موانع از سر راه منابع انرژی توزیع. 4- پشتیبانی از استانداردهای قابلیت اطمینان جهت اجرای در سطح شبکه. 5- پشتیبانی از تبادل اطلاعات به بهترین و جه عملی در صنعت برق. 6- بهبود فعالیتهای آمادگیهای اضطراری برای احتمالات پایین و حوادث زنجیره ای با اهمیت بالا در شبکه برق. 7- نمایش و تبلیغ کردن پیشاهنگان وپیشگامان ارتقای قابلیت اطمینان در سطح شرکتهای برق. 8- جهت دهی علایق و انگیزه های عمومی مشترکان در جهت تحقیقات و توسعه مبتنی برقابلیت اطمینان شبکه و متقاعد کردن مشترکان در نوسازی صنعت برق به عنوان نیاز اساسی و مقبولیت پرداخت هزینه های مربوطه. 9-راه حلهای اساسی جهت توسعه نیروگاهها وتاسیسات شبکه. 10- ارتقای آمادگی عمومی مشترکان به منظورهمکاری در دستورات مربوط به حفظ قابلیت اطمینان. 11- جمع آوری و تجزیه و تحلیل ارزیابی اطلاعات مربوط به قابلیت اطمینان و نقد دائمی آن. 12- تشویق بکارگیری انرژی به شکل موثر وکارا بصورت ابزاری جهت بهبود قابلیت اطمینان(مدیریت مصرف). 13- نهادینه کردن آموزشهای حین عمل به مفهوم تجزیه و تحلیل رفتار شبکه وجمع بندی و نتیجه گیری قوانین به منظور اقدامات اصلاحی و پیشگیرانه به عنوان استراتژی بهبود دائم سیستم. | |
 |
 |
 |
 |
"یکی از بهترین تعریف هایی که از مهندسی برق شده است، این است که محور اصلی فعالیت های مهندسی برق، تبدیل یک سیگنال به سیگنال دیگر است. که البته این سیگنال ممکن است شکل موج ولتاژ یا شکل موج جریان و یا ترکیب دیجیتالی یک بخش از اطلاعات باشد.
مهندسی برق دارای 4 گرایش است که در زیر بطور اجمالی به بررسی آنها می پردازیم و در قسمت معرفی گرایشها به تفصیل در مورد هر کدام صحبت خواهم کرد.
1) مهندسی برق- الکترونیک
: الکترونیک علمی است که به بررسی حرکت الکترون در دوره گاز، خلاء و یا نیمه رسانا و اثرات و کاربردهای آن می پردازد. با توجه به این تعریف، مهندس الکترونیک در زمینه ساخت قطعات الکترونیک و کاربرد آن در مدارها، فعالیت می کند. به عبارت دیگر، زمینه فعالیت مهندسی الکترونیک را می توان به دو شاخه اصلی "ساخت قطعه و کاربرد مداری قطعه" و "طراحی مدار" تقسیم کرد.
2) مهندسی برق- مخابرات:
مخابرات، گرایشی از مهندسی برق است که در حوزه ارسال و دریافت اطلاعات فعالیت می کند. مهندسی مخابرات با ارائه نظریه ها و مبانی لازم جهت ایجاد ارتباط بین دو یا چند کاربر، انجام عملی فرایندها را به طور بهینه ممکن می سازد. پس هدف از مهندسی مخابرات، پرورش متخصصان در چهار زمینه اصلی این گرایش است شامل فرستنده، مرحله میانی، گیرنده و گسترش شبکه که گسترده هر کدام عبارتند از: فرستنده: شامل آنتن، نحوه ارسال و … مرحله میانی: شامل خط انتقال و محاسبات مربوط و … گیرنده: شامل آنتن، نحوه دریافت، تشخیص و … گسترش شبکه: مشتمل بر تعمیم خط ارتباطی ساده، ادوات سویچینگ ، ارتباط بین مجموعه کاربرها و …
3) مهندسی برق- قدرت:
مهندسی قدرت را می توان "تولید نیروی الکتریکی" به روشهای گوناگون و انتقال و توزیع این نیروها با بازده و قابلیت اطمینان بالا، تعریف کرد. پس هدف از مهندسی قدرت، پرورش افرادی کارا در بخشهای تولید، انتقال و توزیع است که گستره این بخش عبارت است از: تولید: طراحی شبکه های تولید با کمترین هزینه و بیشترین بازده. انتقال: طراحی شبکه های انتقال، خطوط انتقال، پخش بار بر روی شبکه، قابلیت اطمینان و پایداری شبکه قدرت، طراحی رله ها و حفاظت شبکه، پخش بار اقتصادی (dispaich economic). توزیع: طراحی شبکه های توزیع حفاظت و مدیریت آن.
4) مهندسی برق- کنترل:
کنترل، در پیشرفت علم نقش ارزنده ای را ایفا می کند و علاوه بر نقش کلیدی در فضاپیماها و هدایت موشکها و هواپیما، به صورت بخش اصلی و مهمی از فرایندهای صنعتی و تولیدی نیز درآمده است. به کمک این علم می توان به عملکرد بهینه سیستمهای پویا، بهبود کیفیت و ارزانتر شدن فرآورده ها، گسترش میزان تولید، ماشینی کردن بسیاری از عملیات تکراری و خسته کننده دستی و نظایر آن دست یافت. هدف سیستم کنترل عبارت است از کنترل خروجیها به روش معین به کمک ورودیها از طریق اجزای سیستم کنترل که می تواند شامل اجزای الکتریکی، مکانیک و شیمیایی به تناسب نوع سیستم کنترل باشد. 
انرژی اگر بنیادی ترین رکن اقتصاد نباشد، یکی از ارکان اصلی آن به شمار می آید و در این میان برق به عنوان عالی ترین نوع انرژی جایگاه ویژه ای دارد. تا جایی که در دنیای امروز میزان تولید و مصرف این انرژی در شاخه تولید، شاخص رشد اقتصادی جوامع و در شاخه خانگی و عمومی یکی از معیارهای سنجش رفاه محسوب می شود. دانش آموختگان این رشته می توانند در زمینه های طراحی، ساخت، بهره برداری، نظارت، نگهداری، مدیریت و هدایت عملیات سیستم ها عمل نمایند.
رشته مهندسی برق در مقطع کارشناسی دارای 4 گرایش الکترونیک، مخابرات، کنترل و قدرت(1) است. البته گرایش های فوق در مقطع لیسانس تفاوت چندانی با یکدیگر ندارند و هر گرایش با گرایش دیگر تنها در 30 واحد یا کمتر متفاوت است. و حتی تعدادی از فارغ التحصیلان مهندسی برق در بازار کار جذب گرایشهای دیگر این رشته می شوند. با این وجود ما برای آشنایی هر چه بیشتر شما گرایشهای فوق را به اجمال معرفی می کنیم.
دکتر کمره ای استاد مهندسی برق دانشگاه تهران در معرفی این گرایش می گوید: "گرایش الکترونیک به دو زیر بخش عمده تقسیم می شود. بخش اول میکروالکترونیک است که شامل علم مواد، فیزیک الکترونیک، طراحی و ساخت قطعات از ساده ترین آنها تا پیچیده ترین آنها است و بخش دوم نیز مدار و سیستم نامیده می شود و هدف آن طراحی و ساخت سیستم ها و تجهیزات الکترونیکی با استفاده از قطعات ساخته شده توسط متخصصان میکروالکترونیک است. دکتر جبه دار نیز در معرفی این گرایش می گوید: "گرایش الکترونیک یکی از گرایشهای جالب مهندسی برق است که محور اصلی آن آشنایی با قطعات نیمه هادی، توصیف فیزیکی این قطعات، عملکرد آنها و در نهایت استفاده از این قطعات، برای طراحی و ساخت مدارها و دستگاههای است که کاربردهای فنی و روزمره زیادی دارند."
هدف از مخابرات ارسال و انتقال اطلاعات از نقطه ای به نقطه دیگر است که این اطلاعات می تواند صوت، تصویر یا داده های کامپیوتری باشد. دکتر جبه دار در مورد شاخه های مختلف این گرایش می گوید: "مخابرات از دو گرایش میدان و سیستم تشکیل می شود. که در گرایش میدان، دانشجویان با مفاهیم میدان های مغناطیسی، امواج، ماکروویو، آنتن و … آشنا می شوند تا بتوانند مناسبترین وسیله را برای انتقال موجی از نقطه ای به نقطه دیگر پیدا کنند. همچنین یکی از فعالیت های عمده مهندسی مخابرات گرایش سیستم، طراحی فلیترهای مختلفی است که می توانند امواج مزاحم شامل صوت یا پارازیت را از امواج اصلی تشخیص و آنها را حذف کرده و تنها امواج اصلی را از آنتن دریافت کنند. گفتنی است که امروزه با توسعه مخابرات بی سیم، ارتباط نزدیکتری بین دو گرایش میدان و سیستم ایجاد شده است. برای نمونه در گوشی تلفن همراه ما هم تجهیزات مربوط به مدارهای مخابراتی و هم تجهیزات مربوط به فرستنده و هم آنتن گیرنده را داریم. از همین رو یک مهندس مخابرات امروزه باید از هر دو گرایش بخوبی اطلاع داشته باشد تا بتواند یک دستگاه بی سیم را طراحی کند."
"اگر بخواهیم یک تعریف کلی از کنترل ارائه دهیم، می توانیم بگوییم که هدف این علم، کنترل خروجی های یک سیستم بر مبنای ورودی های آن و با توجه به شرایط ویژه و نکات مورد نظر طراحی آن سیستم می باشد." دکتر کمره ای در ادامه معرفی علم کنترل می گوید: "علم کنترل فقط در مهندسی برق مورد استفاده قرار نمی گیرد. بلکه در شاخه های دیگری از علوم مهندسی و حتی
علوم انسانی کاربرد دارد. به عنوان نمونه کنترل فرآیند تصفیه نفت در یک پالایشگاه، کنترل عملکرد یک نیروگاه برق، سیستم کنترل ناوبری یک کشتی و یا کنترل تحولات و تغییرات جمعیتی نمونه های متنوعی از کاربرد علم کنترل می باشد. گفتنی است که گرایش کنترل دارای زیر بخش های متنوعی مانند کنترل خطی، غیرخطی، مقاوم، تطبیقی، دیجیتالی، فازی و غیره است." دکتر جبه دار نیز با اشاره به اینکه گرایش کنترل منحصر به مهندسی برق نمی شود، می گوید: "در رشته های مهندسی مکانیک، مهندسی شیمی، مهندسی هوافضا، مهندسی سازه و مهندسی های دیگر نیز ما شاهد علم کنترل هستیم اما نوع سیستم کنترلی در هر رشته مهندسی متفاوت است. برای مثال در مهندسی مکانیک نوع کنترل، مکانیکی و در مهندسی شیمی براساس فرآیندهای شیمیایی است. اما در کل هدف مهندسی کنترل، طراحی سیستمی است که بتواند عملکرد یک دستگاه را در حد مطلوب حفظ کند. دکتر جبه دار در ادامه درباره فعالیت های دیگر مهندسی کنترل می گوید: "خودکار کردن یا اتوماتیک کردن خط تولید، یکی دیگر از فعالیت های مهندسی کنترل است. یعنی مهندس کنترل می تواند به گونه ای خط تولید را هماهنگ و کنترل کند که محصول تولید شده طبق برنامه تعیین شده و با بهترین کیفیت به دست آید
الف ) حافظه اصلی :کلیه دستورالعمل ها و داده ها، برای این که مورد اجرا و پردازش قرارگیرند اول باید به حافظه اصلی رایانه منتقل گردند و نتایج پردازش نیز به آنجا فرستاده شود. حافظه اصلی رایانه از جنس نیمه هادی ( الکترونیکی ) است و در نتیجه، سرعت دسترسی به اطلاعات موجود در آنها در مقایسه با انواع دیگر حافظه بالاست و قیمت آن نیز گرانتر است. حافظه‌های اصلی نیز به دو دسته تبدیل می شوند (ROM، RAM) . حافظه فقط خواندنی ( ROM) Cpu معمولاً اطلاعات موجود در این نوع حافظه را تغییر نمیدهد، بلکه فقط می تواند آن را بخواند. هنگام خاموش شدن نیز این اطلاعات اطلاعات از بین نمی‌رود و ثابت می ماند. برنامه BIOS که وظیفه آزمایش و راه اندازی قسمت های مختلف رایانه را به هنگام روشن شدن سیستم برعهده دارد در این نوع حافظه قرار داده میشود. حافظه‌های فقط خواندنی انواع مختلفی دارند :
PROM : در این نوع حافظه فقط خواندنی، داده ها و دستورالعمل ها را می توانیم روی آن فقط یک بار به وسیله PROM Programmer ذخیره کنیم اما بعد از آن قابل تغییر نیستند .
EPROM : این حافظه در واقع PROM قابل پاک شدن است. به کمک اشعه فرا بنفش می توان اطلاعات روی آن را پاک کرد و سپس مانند PROM، آن را برنامه ریزی نمود. این عمل می تواند بارها تکرار شود .
EEPROM / Flash ROM : نوع جدیدتری از EPROM است با این تفاوت که پاک کردن اطلاعات به وسیله پالس الکتریکی صورت می گیرد. و مزیت آن نسبت به انواع دیگر این است که پاک کردن و برنامه ریزی کردن آن بدون جدا کردن تراشه(IC) از برد اصلی رایانه صورت می گیرد. اکثرROM های امروزی از این نوع اند .
1. حافظه خواندنی/ نوشتنی ( RWM / RAM ) همان طور که از نام این نوع حافظه پیداست، واحد پردازشگر می تواند هم در این نوع حافظه بنویسد و هم از آنها بخواند. به طور کلی، برنامه ها و دستورالعملها و داده هایی در این حافظه قرار می گیرند که پردازشگر بخواهد بر روی آنها کاری انجام دهد. به این نوع حافظه ها، (( حافظه فرار )) نیز می گویند زیرا با قطع برق، محتویات آن ها از بین می رود. RAM ها اغلباً دو نوع اند :
DRAM ( RAM دینامیکی ) : در این نوع حافظه اطلاعات به طور اتوماتیک توسط رایانه Refresh می شوند. به دلیل چگالی بیشتر داده ها و ارزان بودن RAM دینامیک پراستفاده است .
SRAM ( RAM استاتیک ) : سرعت این نوع حافظه بالاتر از نوع دینامیک است. از این نوع RAM در حافظه پنهان یا Cache که بین حافظه اصلی و پردازشگر قرار دارد، استفاده میشود .
ب ) حافظه جانبی : از حافظه جانبی برای ذخیره سازی دائمی اطلاعات استفاده میشود. این حافظه از عناصر غیر الکترونیکی ساخته شده و قیمت آن ارزان و سرعت آن پایین است. برای اجرای یک برنامه از روی دیسک جانبی، اول باید برنامه در حافظه اصلی ) RAM ) قرار گیرد و سپس توسط CPU مورد پردازش قرار گیرد .برای نگهداری اطلاعات این نوع حافظه هیچ گونه انرژی مصرف نمیکند، اما برای ذخیره سازی و فراخوانی اطلاعات نیاز به انرژی دارد . به طور کلی حافظه جانبی دو نوع است : ( حافظه غیر مغناطیسی و حافظه مغناطیسی )
1- حافظه غیر مغناطیسی :
1. کارت و نوار کاغذی : از کارت های منگنه شده و رنگ شده و نوارهای کاغذی سوراخ شده (پانچ)، به عنوان محلی برای ذخیره اطلاعات استفاده میشود مانند پاسخ کارت کنکور. این حافظه توسط دستگاهی به نام کارت خوان خوانده میشود و سپس اطلاعات به حا فظه کامپوتر منتقل میشود .
2. دیسک نوری ( Optical Disk) : دیسک های نوری نوع دیگری از حافظه‌های غیر مغناطیسی است. برای خواندن و نوشتن اطلاعات در این نوع دیسک ها ،از اشعه لیزر استفاده میشود .
CD : این دیسک ها هز صفحه دایره شکلی به قطر 12 سانتیمتر ساخته شده‌اند و می توانند تاحدود 700 مگا بایت اطلاعات را نگهداری کنند. به نوع متداول آن که فقط قابل خواندن است CD-ROM می گویند . بر نوع دیگری که به CD-R معروف است می توان با استفاده از CD-Recorder یک بار اطلاعات وارد کرد. و با استفاده از دیسک گردان های CD-Rewriter بارها بر روی CD-RW اطلاعات نوشت و پاک کرد .
DVD : نوع جدیدتری از دیسک های نوری به نام DVD-ROM در حال گسترش است. این دیسک، ظاهر و اندازه‌ای شبیه سی – دی دارد، ولی برای آن ظرفیت های 4/5GB ( یک رو – یک لایه ) 7/9 (یک رو – دو لایه ) 15/8 ( دورو – دولایه ) در نظر گرفته شده است .
2- حافظه مغناطیسی : در این نوع حافظه ها، می توان اطلاعات را به صورت نقاط مغناطیس شده نوشت ( ذخیره کرد) و یا خواند ( باز یابی نمود). این اعمال، به وسیله شاخک های خاصی که به آنها هد می گویند، انجام می پذیرد. هد از یک سیم پیچ هسته دار کوچک تشکیل شده است .
الف ) نوار مغناطیسی : نوار مغناطیسی از یک نوار پلاستیکی که روی آن از یک ماده مغناطیس شونده مثل اکسید آهن پوشانده اند، تشکیل شده است (شبیه نوار ضبط صوت با پهنای بیشتر ). این نوارها امروزه به صورت کارتریج و در گذشته به صورت حلقه‌ای مورد استفاده قرار می گرفته است. دسترسی به اطلاعات این حافظه ها دسترسی ترتیبی است .یعنی به ترتیب
اطلاعات باید بگذرند تا به اطلاعات مورد نظر برسیم، مثل نوار کاست . الف )دیسک مغناطیسی : دیسک های مغناطیسی صفحات گرد پلاستیکی، فلزی یا سرامیکی هستند که سطح انها به وسیله ماده مغناطیس شونده مثل اکسید آهن پوشانیده میشود .اگر جنس دیسک مغناطیسی شده، پلاستیک باشد به آن دیسک نرم ( Floppy Disk) و اگر فلز یا سرامیک باشند به آن دیسک سخت (Hard Disk) می گویند. دسترسی در این دیسک ها مستقیم است یعنی هر اطلاعاتی را که خواستیم بتوانیم آن را از روی سطح دیسک انتخاب کنیم. همانند دسترسی به تراک های یک MP3. که سرعت اینگونه دسترسی بالاست.
1- دیسک نرم (Floppy Disk) : این نوع دیسک ها قابل حمل است. امروزه اندازه استاندارد آن 3.5 اینچ است. برای محافظت از آنها، دیسکت ها را در پوشش هایی به شکل مربع و از جنس پلاستیک سخت قرارمی دهند. اگر دکمه حفاظت در مقابل نوشتن بسته باشد می توان روی دیسک نوشت و اگر باز باشد این کار امکان‌پذیر نیست. ظرفیت معمولی این دیسک ها 1.44MB است. نوع 2.88MB آن هم وجود دارد اما متداول نیست. در دیسک گردان های 1.44 نمی‌توان دیسک های 2.88 را خواند، اما در دیسک گردان های 2.88 می توان از دیسکت های 1.44 استفاده کرد. دیسک گردان شکافی دارد که دیسک روی آن قرار می گیرد، سپس دیسک گردان، دیسک را با سرعت 300 دور در دقیقه می چرخاند .ظرفیت دیسک های مغناطیسی به سطح مفید مفید و چگالی داده ها بستگی دارد. اولین دیسکت ها دارای چگالی مغناطیسی اندکی بوده‌اند که به اختصار به آنها SS-DD (یک رویه – چگالی مضاعف ) می گفتند. چندی بعد کارخانه‌های سازنده، دیسک های دورویه (DS) را ساختند که پس از آن دیسک های ساخته شده به این مدل ها هستند :
علامت اختصاری توضیح ظرفیت DS-DD دورویه – چگالی مضاعف 720 KB DS-HD دورویه – چگالی بالا 1.44 MB DS-ED دورویه – چگالی خیلی بالا 2.88 MB
2.دیسک سخت (Hard Disk) : دیسک سخت یا هارد دیسک از یک یا چند صفحه گرد، از جنس آلیاژهای آلومینیوم یا سرامیک تشکیل شده است که بر روی یک محور درون محفظه‌ای بسته ( دیسک گردان ) قرار دارند .این صفحه یا صفحه ها به وسیله موتوری، حول محور دیسک گردان با سرعتی در حدود چند هزار دور در دقیقه می چرخد. یک یا چند بازوی دسترسی، بسته به تعداد رویه دیسک، هد یا هدها را در امتداد شعاع به جلو و عقب می برد و به این ترتیب، اطلاعات روی هر شیار ( TRACK ) می تواند خوانده شود .گنجایش این دیسک ها بالاست .
نقش PLC در اتوماسیون صنعتی
مقدمه
امروزه در بین کشورهای صنعتی ، رقابت فشرده و شدیدی در ارائه راهکارهایی برای کنترل بهتر فرآیندهای تولید ، وجود دارد که مدیران و مسئولان صنایع در این کشورها را بر آن داشته است تا تجهیزاتی مورد استفاده قرار دهند که سرعت و دقت عمل بالایی داشته باشند. بیشتر این تجهیزات شامل سیستمهای استوار بر کنترلرهای قابل برنامه‌ریزی (Programmable Logic Controller) هستند. در بعضی موارد که لازم باشد می‌توان PLCها را با هم شبکه کرده و با یک کامپیوتر مرکزی مدیریت نمود تا بتوان کار کنترل سیستمهای بسیار پیچیده را نیز با سرعت و دقت بسیار بالا و بدون نقص انجام داد.مفهوم کنترلرهای قابل برنامه‌ریزی PLC
در سیستمهای اتوماسیون وظیفه اصلی کنترل بر عهده PLC است که با گرفتن اطلاعات از طریق ترمینالهای ورودی، وضعیت ماشین را حس کرده و نسبت به آن پاسخ مناسبی برای ماشین فراهم میکند. امکان تعریف مدهای مختلف برای ترمینالهای ورودی/خروجی یک PLC، این امکان را فراهم کرده تا بتوان PLC را مستقیما به المانهای دیگر وصل کرد. علاوه بر این PLC شامل یک واحد پردازشگر مرکزی( CPU) نیز هست، که برنامه کنترلی مورد نظر را اجرا میکند. این کنترلر آنقدر قدرتمند است که می‌تواند هزارها I/O را در مدهای مختلف آنالوگ یا دیجیتال و همچنین هزارها تایمر/ کانتر را کنترل نماید. همین امر باعث شده بتوان هر سیستمی، از سیستم کنترل ماشین‌هایی با چند I/O که کار ساده‌ای مثل تکرار یک سیکل کاری کوچک انجام می‌دهند گرفته تا سیستمهای بسیار پیچیده تعیین موقعیت و مکان‌یابی را کنترل نمود. این سیستم می‌تواند بدون نیاز به سیم‌بندی و قطعات جانبی و فقط از طریق نوشتن چند خط برنامه تا صدها تایمر را در آن واحد کنترل و استفاده نماید.زمان پاسخگویی Scan Time
این زمان بستگی به سرعت پردازش CPU مدل انتخاب شده PLC و طول برنامه کاربر دارد. از یک میکرو‌ثانیه تا ده میلی ثانیه می‌باشد. مثلا در مواقعی که I/O از سیستم اصلی دور باشد، چون مجبور به نقل و انتقال سیگنالها به سیستم دورتری هستیم در نتیجه زمان اسکن زیاد میشود. همچنین مانیتور کردن برنامه کنترلی اغلب به زمان اسکن می‌افزاید چرا که CPU کنترلر مجبور است وضعیت کنتاکتها، رله‌ها ، تایمر‌ها و... را روی CRT یا هر وسیله نمایشگر دیگری بفرستد.قطعات ورودی
هوشمند بودن سیستم اتوماسیون بیشتر مربوط به توانایی PLC در خواندن سیگنالهای ارسالی از انواع ورودیها، دستی، اتوماتیک و حس‌گرهای خودکار می‌باشد. قطعات ورودی نظیر شستی‌های استارت/ استوپ ، سوییچ‌ها، میکرو‌سوییچ‌ها، سنسورهای فتوالکتریک، proximity ، level sensor ، ترموکوپل، PT100 و... PLC از این سنسورها برای انجام عملیاتی نظیر تشخیص قطعه روی نوار نقاله حامل قطعات، تشخیص رنگ، تشخیص سطح مایعات داخل مخزن، آگاهی داشتن از مکانیزم حرکت و موقعیت جسم، تست کردن فشار مخازن و بسیاری موارد دیگر، استفاده میکند.قطعات خروجی
همانطوری که می‌دانید یک سیستم اتوماسیون شده بدون داشتن قابلیت اتصال به قطعات خروجی از قبیل سیم‌پیچ، موتور، اینورتر، شیربرقی ، هیتر و ... کامل نخواهد بود. قطعت خروجی نحوه عملکرد سیستم را نشان می‌دهند و مستقیما تحت تاثیر اجرای برنامه کنترلی سیستم هستند در خروجیهای PLC نیز مدهای مختلفی برای اعمال سیگنال به المانهای خروجی وجود دارد.نقش کنترلرهای قابل برنامه‌ریزی (PLC) در اتوماسیون صنعتی
در یک سیستم اتوماسیون، PLC بعنوان قلب سیستم کنترلی عمل میکند. هنگام اجرای یک برنامه کنترلی که در حافظه آن ذخیره شده است، PLC همواره وضعیت سیستم را بررسی میکند. این کار را با گرفتن فیدبک از قطعات ورودی و سنسورها انجام می‌دهد. سپس این اطلاعات را به برنامه کنترلی خود منتقل میکند و نسبت به آن در مورد نحوه عملکرد ماشین تصمیم‌گیری میکند و در نهایت فرمانهای لازم را به قطعات و دستگاههای مربوطه ارسال میکند.مقایسه تابلوهای کنترل معمولی با تابلوهای کنترلی مبتنی بر PLC
امروزه تابلوهای کنترل معمولی ( رله‌ای ) خیلی کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. چرا که معایب زیادی دارند. از آنجا که این نوع تابلوها با رله‌های الکترو‌مکانیکی کنترل می‌شوند، وزن بیشتری پیدا می‌کنند، سیم‌کشی تابلو کار بسیار زیادی می‌طلبد و سیستم را بسیار پیچیده میکند. در نتیجه عیب‌یابی و رفع مشکل آن بسیار پرزحمت بوده و برای اعمال تغییرات لازم در هر سال و یا بروز کردن سیستم بایستی ماشین را بمدت طولانی متوقف نمود که این امر مقرون به صرفه نخواهد بود. ضمنا توان مصرفی این تابلوها بسیار زیاد است.
