دانلود مقاله پلتفرم منبع باز برای ساختمان های هوشمند و کنترل های شبکه هوشمند
چکیده
در این پژوهش، یک دستگاه عامل منبع باز بر اساس چارچوب نرم افزاری FIWARE و دیگر مولفه های منبع باز استفاده می شود تا کنترل آزمایشی ابری روی دو یوزکیس از دامنه‌های ساختمان هوشمند و شبکه هوشمند صورت گیرد. تمامی ارتباطات میان دستگاه عامل و لایه میدانی از طریق اینترنت عمومی برقرار می شود و بنابراین اقداماتی نظیر رمزنگاری، تأیید هویت و مجوزدهی نصب می‌شوند. در یوزکیس اول، دمای تأمین یک مدار حرارتی معمولی کنترل می شود زیرا وظیفه‌ای مرسوم در دستگاه های انرژی ساختمان می‌باشد. در یوزکیس دوم، توازن توان یک شبکه کوچک شبیه‌سازی شده توسط دستگاه های اندازه‌گیری فازور با بهره گیری از یک کنترلگر، مورد بررسی قرار می‌گیرد تا استحکام شبکه نیز حفظ شود. مناسبیت دستگاه عامل با بهره گیری از مقرراتی که از منابع ادبی بدست آمده، اعتبارسنجی می شود. این دستگاه عامل قابل استفاده در هر دو مورد ذکر شده است. اگرچه محدودیت ها و زمینه‌های بالقوه جهت بهبود اظهار شده است.
1. مقدمه
دستگاه های انرژی ما رو به تحول هستند و روی هم رفته، باید در حالی که از منابع تجدیدپذیر بیشتری استفاده می‌کنیم، انرژی کمتری را مورد استفاده قرار دهیم. با این حال، بخش ساختمان هنوز برای 36٪ از مصرف نهایی انرژی جهان و 37٪ از انتشار دی‌اکسیدکربن مربوط به انرژی مسئولیت دارد[۵۸]. افزایش اخیر در بهره‌مندی از نظارت، نشان دهنده این است که تعداد زیادی از ساختمان های حاضر، نقصی میان کارکرد پیش بینی شده(طبق برنامه) و کارکرد اندازه‌گیری شده(واقعی) دارند، که به فضای خالی کارکرد انرژی معروف است[۴۸،۶۳]. با این وجود، ترفندهای کنترل بر پایه داده های جدید که می‌توانند باعث از بین رفتن این فضای خالی شوند، نیازمند حجم زیادی از داده ها می‌باشند[۶].
به جهت افزایش مقدار انرژی‌های تجدیدپذیر، دستگاه برق در راستای یک دستگاه توزیعی و هیبریدی در مسیر توسعه و تحول است[۴۴]. در این تحول، تمرکز بر کانال های توزیعی و دستگاه هایی با ناپایداری کم که تحت تسلط توان برق هستند، از قبیل ریز شبکه ها[۴۵]، وجود دارد. کارکرد موثر و قابل انعطاف چنین کانال هایی نیازمند کنترل سریع می‌باشد که معمولا فقط با بهره گیری از اندازه‌گیری‌های محلی، مشابه کنترل سنتی در دستگاه های برق، انجام می شود[۲۲]. با استفاده مستقل از اندازه‌گیری‌های محلی، کنترل در ریزکانال ها محدودیت هایی از قبیل اتصال غیرمطلوب بین اهداف کنترل و ناپایداری‌های زاویه‌ایی به‌همراه دارد[۴۰]. با در نظر داشتن چنین شرایطی، کنترل ریز کانال ها نیازمند ارتباط با پهنای باند کم هستند تا شرایط جزيی را بازیابی کند. بر این اساس، بهبود ارتباط بین دستگاه ها و کنترلگر‌های راه دور قادر است منجر به پیشرفت چشم‌گیری در کمک‌رسانی به کنترل ریز شبکه ها شده و همزمان امکانات اضافی را فراهم آورده و موجب تسهیل ساختارهای کنترل شود[۲۲، ۴۰، ۴۴].
دریافت داده های میدانی لازم و رسیدن به ارتباط سریع، با بهره گیری از فناوری اطلاعات مدرن قابل دستیابی هستند. سال‌هاست که روندی انکار نشدنی، در جهت افزایش ارتباط میان افراد، دستگاه ها و خدمات با بهره‌گیری از اینترنت وجود دارد[۵۱]. چنین تحولی از استفاده سنتی اینترنت، به سمت دنیایی منسجم، توسط مفهوم اینترنت اشیا(IoT) شرح داده شده است. همه این‌ها، به عنوان مثال دستگاه ها و خدمات، سبب ایجاد مقدار قابل توجهی از داده می‌شوند. به واسطه دسترسی مداوم و حجم بالای داده ها، موارد جدیدی مثل برنامه های هوشمند به وجود می‌آیند.
6- نتیجه گیری و چشم انداز
در این پژوهش، یک بستر IoT مبتنی بر « FIWARE» ارائه شد که ازمایش‌های کنترل را با استفاده از کاربردهای واقعی و ترکیبی (واقعی و مبتنی بر شبیه‌سازی) در ساختمان هوشمند و دامنه های شبکه های هوشمند ادغام می کند. مناسب بودن پلتفرم فعال کنترل فضای ابری اطلاعات با تدابیر امنیتی به کار رفته از طریق نیازمندی های خاص مورد استفاده در جلسات و کل مجموعه برنامه کاملا بر نرم افزار متن باز تکیه دارد.
به عنوان مثال در یک کاربرد متداول در سیستم انرژی ساختمان، کنترل دمای تامین یک مدار حرارتی سنتی با استفاده از کنترل PID بررسی می شود. سپس روی یک کامپیوتر دور که از پلتفرم جدا شده بود، مستقر شده بود. ارتباط بین مدار گرمایشی، پلتفرم و کنترلگر از طریق اینترنت عمومی تحقق یافت و با بهره گیری از تدابیر رمزگذاری، تایید اعتبار و اقدامات مجوز صلاحیت مورد استفاده قرار گرفت. به طور کلی، این کنترلگر قادر است تا متغیر کنترلی را در محدوده ی تحمل نگه دارد و زمان نشست با اندازه ی دینامیک هیتر الکتریکی برابر است. بنابراین حتی با تنظیم دستی پارامتر در یک ناحیه عملیاتی، کنترل به اندازه است. در اینصورت، در هنگام استفاده از داده های برخط، تنظیم خودکار و تطبیقی انرژی بالایی را در بهینه سازی کنترل نشان می‌دهد و می بایست استفاده از انها در مقالات اینده بررسی شود.
Abstract
In this work, an open source platform, based on the FIWARE software framework and other open source components, is used to perform experimental cloud control on two use cases from the smart building and smart grid domains. All communication between the platform and the field layer is realized via the public internet and therefore encryption, authentication, and authorization measures are installed. In the first use case, the supply temperature of a conventional heating circuit is controlled as it is a common task in building energy systems. In the second use case, the power balance of a simulated microgrid is monitored by real phasor measurement units and a controller is used to maintain grid stabilty. The suitability of the platform is validated using requirements derived from literature. The platform is applicable to both use cases. Though, limitations and prospective areas for improvement are identified.
1. Introduction
Our energy systems are transforming and we need to use less energy in general while using more energy from renewable sources. Nevertheless, the building sector is still responsible for 36% of the global final energy use and 37% of the energy-related carbon dioxide emissions [58]. The recent increase in the utilization of monitoring has revealed that many existing buildings exhibit a gap between the predicted (asplanned) and the measured performance (as-is), also known as the energy performance gap [48,63]. However, modern data-driven control strategies that could close this gap require huge amounts of data [6].
In order to increase the amounts of renewable energies, the electrical power system is transforming towards a distributed, hybrid system [44]. In this transformation, there is a focus on distribution networks and lowinertia systems dominated by power electronics, such as microgrids [45]. Effective and resilient operation of such networks requires fast control, which is conventionally achieved by local measurements only similarly to legacy control in power system [22]. Through the single use of local measurements, control in microgrids has its limitations, such as unwanted coupling between control objectives and angle instabilities [40]. Yet, microgrid control requires low-bandwidth communication in order to restore nominal conditions. Therefor, improved communication between remote devices and controllers can contribute to significant advance in microgrid controls, enabling additional functionalities while simplifying control structures at the same time [22,40,44].
Both, the acquisition of necessary field data and realization of fast communication can be achieved by the utilization of modern information technology. For some years already, there has been an undeniable trend towards an increasing interconnection of people, devices and services through the internet [51]. This shift from the traditional use of the internet to an interconnected world is described by the concept Internet of Things (IoT). All those things, e. g. devices and services, create large amounts of data. The resulting constant and dense availability of data results in new use cases, e.g. smart applications.
6. Conclusion and outlook
In this work, we presented a FIWARE-based IoT platform that integrates control experiments with real and hybrid (real and simulationbased) applications in smart building and smart grid domains. The suitability of the platform enabling cloud control with security measures applied is determined through meeting use case specific requirements while the whole setup relies entirely on open source software.
For instance, in a typical building energy system application, we investigate the supply temperature control of a conventional heating circuit via PID control. Latter was deployed on some remote computer, detached from the platform. The communication between the heating circuit, the platform, and the controller was realized via the public internet and secured through the use of encryption, authentication, and authorization measures. Overall, the controller was capable to keep the control variable within the tolerance and the settling time is of equal magnitude as the dynamic of the electrical heater. Therefore, even with the manual parameter tuning in one operating point, the control is sufficient. However, especially when using online data, adaptive and automatic tuning offer great potential in optimizing the control and their use should be investigated further in future applications.
(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)
چکیده
1. مقدمه
2. پژوهش‌های مرتبط و مقاله‌های کمکی
2-1 FIWARE
2-2 تحقیقات و برنامه های کارآمد بر مبنای FIWARE
2-3 مشارکت
3- معماری نصب
3-1 معماری پلتفرم
3-2 تدابیر امنیتی
3-3 مشخصات سخت افزاری و هماهنگی
4- یوزکیس ها
4-1 یوزکیس سیستم انرژی ساختمان
4-1-1 مقررات یوزکیس از سیستم انرژی ساختمان
4-1-2 سیستم انرژی ساختمان یوزکیس
4-2 یوزکیس میکروگرید
4-2-1 الزامات یوزکیس از میکروگرید
4-2-2 میکروگرید و کنترلگر آن
5- نتایج و بحث
5-1 نتایج مدار حرارت کنترل شده فضای ابری
5-2 نتایج میکروگرید کنترل شده فضای ابری
6- نتیجه گیری و چشم انداز
تامین مالی
اعلام منافع رقابت
قابلیت دسترسی داده
قدردانی
منابع
Abstract
1. Introduction
2. Related work and paper contributions
2.1. FIWARE
2.2. FIWARE-based research and applications
2.3. Contribution
3. Setup architecture
3.1. Platform architecture
3.2. Security measures
3.3. Hardware specifications and orchestration
4. Use cases
4.1. Building energy system use case
4.1.1. Building energy system use case requirements
4.1.2. Building energy system use case
4.2. Microgrid use case
4.2.1. Microgrid use case requirements
4.2.2. Microgrid and its controller
5. Results and discussion
5.1. Results of the cloud controlled heating circuit
5.2. Results of the cloud controlled microgrid
6. Conclusion and outlook
Funding
Declaration of Competing Interest
Acknowledgments
Appendix A. Appendix
Data availability
References
این محصول شامل پاورپوینت ترجمه نیز می باشد که پس از خرید قابل دانلود می باشد. پاورپوینت این مقاله حاوی 24 اسلاید و 6 فصل است. در صورت نیاز به ارائه مقاله در کنفرانس یا سمینار می توان از این فایل پاورپوینت استفاده کرد.
در این محصول، به همراه ترجمه کامل متن، یک فایل ورد ترجمه خلاصه نیز ارائه شده است. متن فارسی این مقاله در 9 صفحه (2400 کلمه) خلاصه شده و در داخل بسته قرار گرفته است.
علاوه بر ترجمه مقاله، یک فایل ورد نیز به این محصول اضافه شده است که در آن متن به صورت یک پاراگراف انگلیسی و یک پاراگراف فارسی درج شده است که باعث می شود به راحتی قادر به تشخیص ترجمه هر بخش از مقاله و مطالعه آن باشید. این فایل برای یادگیری و مطالعه همزمان متن انگلیسی و فارسی بسیار مفید می باشد.
بخش مهم دیگری از این محصول لغت نامه یا اصطلاحات تخصصی می باشد که در آن تعداد 55 عبارت و اصطلاح تخصصی استفاده شده در این مقاله در یک فایل اکسل جمع آوری شده است. در این فایل اصطلاحات انگلیسی (تک کلمه ای یا چند کلمه ای) در یک ستون و ترجمه آنها در ستون دیگر درج شده است که در صورت نیاز می توان به راحتی از این عبارات استفاده کرد.
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش و pdf بدون آرم سایت ای ترجمه
- پاورپوینت فارسی با فرمت pptx
- خلاصه فارسی با فرمت ورد (word)
- متن پاراگراف به پاراگراف انگلیسی و فارسی با فرمت ورد (word)
- اصطلاحات تخصصی با فرمت اکسل