Praktikum Prozessprogrammierung mit dem Thema: Simulation einer Windradanlage

Tag:        █ Status:   █ Differenz:  █ Gesdifferenz: █ V1  █ V2  █ V3

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1  0:49 Uhr █ Rad aus   █     0.00 kW █    37.32 kWh  █ Aus █ Aus █ Aus

1  0:50 Uhr █ Rad aus   █     0.00 kW █    37.32 kWh  █ Aus █ Aus █ Aus

1  0:51 Uhr █ Rad aus   █     0.00 kW █    37.32 kWh  █ Aus █ An  █ Aus

1  0:52 Uhr █ Rad aus   █     0.00 kW █    37.32 kWh  █ Aus █ An  █ Aus

1  0:53 Uhr █ Rad aus   █     0.00 kW █    37.32 kWh  █ Aus █ An  █ Aus

1  0:54 Uhr █ Rad aus   █     0.00 kW █    37.32 kWh  █ Aus █ An  █ Aus

1  0:55 Uhr █ Rad aus   █     0.00 kW █    37.32 kWh  █ Aus █ An  █ Aus

1  0:56 Uhr █ Rad aus   █     0.00 kW █    37.32 kWh  █ Aus █ An  █ Aus

1  0:57 Uhr █ Rad aktiv █   116.48 kW █    39.26 kWh  █ Aus █ An  █ Aus

1  0:58 Uhr █ Rad aktiv █   115.05 kW █    41.17 kWh  █ Aus █ An  █ Aus

1  0:59 Uhr █ Rad aktiv █   125.26 kW █    43.26 kWh  █ Aus █ An  █ Aus

1  1: 0 Uhr █ Rad aktiv █    64.01 kW █    44.33 kWh  █ Aus █ An  █ Aus

1  1: 1 Uhr █ Rad aktiv █    68.07 kW █    45.46 kWh  █ Aus █ An  █ Aus

1  1: 2 Uhr █ Rad aktiv █    70.58 kW █    46.64 kWh  █ Aus █ An  █ Aus

1  1: 3 Uhr █ Rad aus   █     0.00 kW █    46.64 kWh  █ Aus █ An  █ Aus

1  1: 4 Uhr █ Rad aus   █     0.00 kW █    46.64 kWh  █ Aus █ An  █ Aus

1  1: 5 Uhr █ Rad aus   █     0.00 kW █    46.64 kWh  █ Aus █ An  █ Aus

1  1: 6 Uhr █ Rad aus   █     0.00 kW █    46.64 kWh  █ Aus █ An  █ Aus

1  1: 7 Uhr █ Rad aus   █     0.00 kW █    46.64 kWh  █ Aus █ An  █ Aus

1  1: 8 Uhr █ Rad aus   █     0.00 kW █    46.64 kWh  █ Aus █ An  █ Aus

1  1: 9 Uhr █ Rad aktiv █    75.15 kW █    47.89 kWh  █ Aus █ An  █ Aus

1  1:10 Uhr █ Rad aktiv █   133.58 kW █    50.12 kWh  █ Aus █ An  █ Aus

1  1:11 Uhr █ Rad aktiv █    92.99 kW █    51.67 kWh  █ Aus █ An  █ Aus

1  1:12 Uhr █ Rad aktiv █   118.64 kW █    53.65 kWh  █ Aus █ Aus █ Aus

Task_Wind

Diese Task stellt aktuelle Windgeschwindigkeit bereit.

Dabei wird zunächst die aktuelle Simulationszeit von der Zeit-Task abgeholt. Anschließend wird die aktuelle Nominalwindgeschwindigkeit mithilfe linearer Interpolation der (in der Aufgabenstelung) vorgegebenen Werten der letzten und nächsten vollen Stunde errechnet, die dann um eine zufällige Abweichung von ±10% auf den tatsächlichen Wert geändert wird.

Task_Zeit

Diese Task stellt die aktuelle Simulationszeit zur Verfügung.

Hier wird auch die Dauer der Simulation festgelegt, indem die Taskschleife genau 5760 Minuten (4 Tage) durchlaufen wird. Da die Synchronisation von dieser Task ausgeht, ist ein vernünftiger Abschluss der Simulation und eine korrekte Beendigung aller anderen Tasks gewährleistet. Die Zeit selbst wird aus der Anzahl der RTKernel-System-Ticks seit Simulationsstart errechnet. Das Timerintervall wurde bei der Programminitialisierung auf einen Wert von 10ms gesetzt, was in der Simulationszeit 0,1 Minute entspricht. Daraus folgt, dass am Ende jedes Schleifendurchlaufs ein Delay von 10 Ticks erfolgen muss, damit die korrekte Simulationsdauer eingehalten wird.

Task_Windrad

Steuerung des Windrades → Ermittlung der momentan erzeugten Leistung.

In dieser Task wird am Anfang jedes Schleifendurchlaufs zunächst geprüft, ob die Notaus-Mailbox voll ist. Anschließend wird der Status des „regulären“ Schalters abgeholt. Ist Notaus aktiv oder der reguläre Schalte off, liefert die Task den Leistungswert 0. Anderenfalls wird geprüft, ob die Windgeschwindigkeit zu hoch oder zu niedrig ist, sodass ebenfalls 0 geliefert werden würde. Im Normalfall wird die Momentan erzeugte Leistung in kW geliefert.

Task_Verbraucher     

Ermittlung der Leistung für jeden einzelnen Verbraucher.

Das besondere an den Verbrauchern ist, dass für jeden die selbe Taskroutine verwendet wird. Damit trotzdem jeder Verbraucher eindeutig identifiziert werden kann, wird beim Initialisieren aus dem Tasknamen die Verbrauchernummer extrahiert und in der Variable ‚Index’ gespeichert.

Jeder Verbraucher besitzt ein Intervall von Zeiten, in der die Energieanforderung konstant ist. Diese Zeit und die Leistung selbst wird per Zufall ermittelt.

Ist die Zeit abgelaufen, wird beim nächsten Schleifendurchlauf Zeit und Leistung neu berechnet.

Task_Verteiler

Koordination von Erzeuger- und Verbraucherleistung und Berechnung der Gesamtenergie.

In dieser Task wird hauptsächlich zunächst die Energieanforderung jedes einzelnen Verbrauchers bearbeitet. Dabei muss darauf geachtet werden, dass die Reihenfolge, in der die Messages von den drei Verbrauchern gesendet werden, nicht festgelegt ist.

Deshalb wird in dieser Message diese Information mitgeliefert.

Weiterhin werden die meisten Informationen, die auf dem Bildschirm angezeigt werden in dieser Task berechnet.

Task_Warte

stellt Benutzerinteraktion und Bildschirmausgabe zur Verfügung

Diese Task stellt sozusagen die Schnittstelle zwischen der Benutzersteuerung und restlichen Programm dar, da alle Benutzereingaben in dieser Task verarbeitet werden. (Nur die Notausfunktion wird direkt von der Windradtask verarbeitet und der Status anschließend vom Windrad zur Warte gesendet.)

Auch wird das Handling der Logdatei ausschließlich in dieser Task geregelt.

Am Ende jeden Durchlaufs werden sämtliche Grafikfenster aktualisiert, indem den Zeichenroutinen die jeweils neuen anzuzeigenden Werte übergeben werden.

Typ:

Beschreibung:

TMin = 0..59;

TStd = 0..23;

TTag = 0..3;

TUhrzeit = record                     

               Tag : TTag;

               Std : TStd;

               Min : TMin;

           end;

- Definiert 60 Minuten für eine Stunde

- Definiert 24 Stunden für einen Tag

- Simulationsdauer: 4 Tage

Speichert die aktuelle Simulationszeit, welcher Tag, welche Stunde, welche Minute

TWind = array[0..4*24-1] of real;

Array für Konstanten der Windgeschwindigkeit, 4 Tage à 24 Stunden werden direkt angegeben, die Werte dazwischen werden linear interpoliert.

TWirk = array[5..25] of real;         

Array für Konstanten der Wirkungsgrade

TVerbraucher = record                 

                  Pmin, Pmax : longint;

                  Tmin, Tmax : longint;

               end;

TVerbrArr = array[1..3] of TVerbraucher;      

zum Speichern des Zeitintervalls und Leistungs-Intervalls der drei Verbraucher.

Pmin/Pmax: Minimal- bzw. Maximalwert der geforderten Leistung des Verbrauchers

Tmax/Tmax: Minimal- bzw. Maximalwert der zeitlichen Dauer der Leistungsanforderung (wie lange ein Wert angefordert wird)

TVerbBox = record                      

               Energie : real;        

               Num     : byte;

            end;

Speichert die aktuell Verbrauchte Energie und die

zugehörige Indexnummer des jeweiligen Verbrauchers (dieser „Num“-Wert ist wichtig, um die einzelnen Tasks unterscheiden zu können, da alle die gleiche Task-Funktion besitzten.

TWPBox     = record             

                 vWind : real;      

                 wirk  : real;

                 EWind : real;

                 keinnotaus : boolean;

              end;

Speichert alle Daten, die von der Windradtask an die Prozesswarte geschickt werden (Windgeschwindigkeit, Wirkleistung, Windenergie und der Status des Notaus-Schalters). Dieser Typ wird für die Mailbox verwendet.

TVerbrAnzeige  = array[1..4] of real; 

Speichert die Werte, die im Verbraucherfenster angezeigt werden (4 = Gesamtverbrauch)

TEPBox = record

            EVerbraucher : TVerbrAnzeige;  

            PVerbraucher : real;          

            PErzeuger    : real;     

            Differenz    : real;     

            ENetzrein    : real;

            ENetzraus    : real;

         end;

Speichert alle Daten, die von der Verteilertask an die Prozesswarte geschickt werden. Die Prozesswarte übernimmt die Ausgabefunktion und muss somit über alle berechneten Daten verfügen.

TBtnState = array [0..3] of integer;  

Speichert die Stati der vier Buttons (ob gedrückt oder nicht gedrückt)

Tbuffer = array [1..3] of real;       

Speichert die letzten drei Windgeschwindigkeiten für die Hysterese-Berechnung (erst bei dreimaliger Überschreitung der Grenze soll sich das Windrad ein- bzw. ausschalten)

CWind : TWind = (

{Tag1}

6,6.5,6.7,6.7,6.8,7,8,9,9.5,10,10.2, 10.5,10.7,11,12,13,14,17,18,18,16,15.5, 15,15,   

{Tag2}

15,14,13.5,13,12,12.2,12.5,12,12.3,12,

11, 10,9,9,8,7.5,7,6,5.8,5.4,5,3,2,2,                

{Tag3}

2,2.5,3,3.5,4,4.2,4.5,5,5.3,6,7,8,7.7,

7,6,5,5.4,6,7,8,9,9,7,6,

{Tag4}

7,8,9,9.5,10,10.2,10.5,10.7,11,12,13,

14,17,18,20,23,26,25.5,25,23,22,20,

19,17

);                           

Konstantwerte der Wirkungsgrade bei verschiedenen Windgeschwindigkeiten aus dem Wetterlabor für vier Simulationstage. Es gibt jeweils 24 Mittelwerte, je ein Wert für eine Stunde des Tages. Die Werte für die Minuten werden daraus linear interpoliert.

CWirk : TWirk =  (  

26.2,37.2,41.9,43.7,44,43.3,40.9,

37,32.5,27.2,22.3,18.5,15.4,12.9,

11,9.3,8,7,6.1,5.2,4.5

);

Dieses konstante Array enthält die Wirkungsgrade für entsprechende Windgeschwindigkeiten. Es beginnt bei der Windgeschwindigkeit 5 m/s und geht in ganzen Schritten bis zu dem Wert für die Windgeschwindigkeit von 25 m/s.

Dies hat den Vorteil, dass der Wirkungsgrad direkt mit der Windgeschwindigkeit indiziert werden kann.

CVerbraucher : TVerbrArr = (

(Pmin:20000; Pmax:200000;

Tmin:2; Tmax:10),

(Pmin:40000; Pmax:100000;

Tmin:10; Tmax:30),

(Pmin:100000; Pmax:250000;

Tmin:5; Tmax:20)                            );

Konstantwerte für die Zeit- und Leistungsintervallangaben aller drei Verbraucher

CTickDelay       = 10; 

CWindrad         = 0.8495;    

CWindflaeche     = 1452;      

CFensterAnzahl   = 11; 

CLogFile         = '.\log.txt'; 

Setzt die Geschwindigkeit der Simulation (Zeit-Delay)

Proportionalitätsfaktor zur Berechnung der Windenergie

Fläche des Windrades

Anzahl der Grafikfenster bei der Bildschirmausgabe

Dateiname der Logdatei

Task

Priorität

Beschreibung

Zeitgeber

MainPriority+2

Um einen sicheren und synchronen Simulationstakt zu gewährleisten muss gewährleistet sein, dass der Zeitgeber-Task immer aufgerufen wird, da er die aktuelle Zeit bereitstellt.

Prozeß-Warte

MainPriority+1

Die Prozesswarte besitzt eine höhere Priorität, da sie die Steuerfunktion und Ausgabe auf dem Bildschirm übernimmt. Sie muss die Daten vom Windrad und Energieverteiler annehmen können, damit diese nicht zu lange blockieren und die Simulation somit anhalten.

Wind

MainPriority

Diese Tasks haben alle dieselbe Priorität, da aufgrund des implementierten Message-Passing in einer Kette immer gewährleistet ist, dass diese Kette aus Tasks auf die Daten des „Vorgängers“ wartet und anschließend sendet.

Windrad

MainPriority

Energie-Verteiler

MainPriority

Verbraucher 1,2,3

MainPriority