CEMOBS 2, CASE - Computer Aided Ship Electrical Engineering

Voorwoord

Al geruime ti id wordt

_{in het scheepsontwerp gebruik}

gemaakt van de computer. Uit het

_{project CEMOBS,}

een onderzoek naar de haalbaarheid van

energiemana-dementsystemen aan board van schepen,

_{uitoevoerd bij}

Croon Elektrotechniek in Rotterdam, kwam tevoorschijn

dat de aan board optredende

_{elektriciteitsbehoefte}

met de huidige methods onvoldoende nauwkeurig te

be-palen is.

In het kader van een afstudeerproject can de faculteit

der Maritieme Techniek can de TV Delft, werd voor Croon

Elektrotechniek een methods ontwikkeld am het

genera-torvermogen can boord te bepalen.

_{In dit project wordt}

can de hand van eon werkelijk bestaande

_installatie

Pen model opdezet waaraan de haalbaarheid

_{van de}

metho-de wordt getoetst.

Voor u ligt het verslag

_{van mijn 5e jaars cursuswerk.}

4 _ .4. ( _CIAff

de cut our

C. Landa, Delft 2-6-87

CEMOBS

CASE

computer

Mad ship

electrical engineering

CEMOBS'

2

CROON

elektrotechnek INHOUD P.ag -1. INLEIDING HUIDIGE METHODE 2.1 Beschrijving '5 Nadelen 7

EISEN! NIEUWE METHODE

HE7 SaMULPUEMODEL

4.1 Inleiding "9

4.2 Discrete event simulatie 9

4.3 Discrete event 1rodeLstrateci 10

4.3.1 Event scheduling, ₁₀ 4.3.2 Pctivity scanning 11 4.3.3 Process interaction T1 4.3.4 Keuze strategie 12 4.4 De gestructuraerde modeUbeschriivinb 13 4.4.1 Begripsomschrijving 13 4.4.2 Be modelbeschrijving algemeen 14 4.4.3 Modelcategorie 15

4.4.4 Be beschrijving van de componentenF

4.5"5imuLatiemodel prototype 17 5 NET PR06RPMMI1 21 6.1 Taal en machine _21' 5.2 Programmastructuur 21 5.3 Een simuLatievoorbeeld 6c RESULTPTEN 261 6.1 Meetgegeyens

6.1.1 Net elektriciteitsverbruik Oer verbruiker 26

6.1.2 Be verbruikskarakteristiek per verbruiker 26 6.1.3 Het totaalverbruik aan board 27

6.2 Da simulatieresultateni 28, 4 2. 2.2 3. 4. 16 23 26

CROON

elektrotechniek

6.3 Beschouwing resultaten 37

6.3.1 Vergelijking simulatie - werkelijkheid 38 6.3.2 Vergelijking

elektriciteitsbalans - werkelijkheid 39

6.4 Geheugenruimte en rekentijd 40

DE MPXIMUM OPTREDENDE VERMO6EN5VRPPG 41

CONCLUSIES EN PPNBEVELINGEN 45

8.1 Expertsysteem 45

8.2 Energiemanagement 47

LITERPTUUR 49

Bijlage I : Beschrijving verbruikers

Bijlage II : Beschrijving procedures hoofdprogramma

Bijlage III : Programmalisting

BijLage IV : Variabelen in het hoofdprogramma

Bijlage V : Programme HISTOGRPM

Bijlage VI Hoe bouwt men zelf een modeL op ?

BijLage VII : Hoe verloopt een simulatiesessie ?

inLeiding

Pan board van een zeeschip moet de elektrische centrale gedurende de Levensduur van een schip aan de vraag near

eLektriciteit kunnen voldoen.

Een installatie die zeker voldoende groat zal blijken tet

zijn is te verkrijgen door simpelweg de vermcgens van aide aanwezige verbruikers aan board op te tellen, en dit als generatorvermogen te instaLleren.

Het zal tijdens de levensduur van het schip echter nooit

voorkomen dat altLe verbruikers tegelijk aanstaan. Men ken this met minder generatorvermogen toe, wet goedkoper

is. Om te weten hoeveel minder, wordt daarvoor de hier

te bespreken methode ontwikkeLd. De eerste fase hiervan. bestaat uit opbouwen van, een model van een bestaand containerschip,

CROON

elektrtAchniek

HuUdige !methode

BeSchrijNing

De bepaling van he benodigde

_{generatorvermogen can}

board wordt op vrijwe1 empirische

_{wijze uitgevoerd.}

Men gebruikt hiervoor de zogenaamde elektriciteitsbalans.

Doze methods werkt als volgt:

Er wordt een ii :1st _{gemaakt, waarop al le}

elektriciteits-verbruikers can boord staan vermeld. Per verbruiker

wordt het gemiddelde

_{vermogen bepaald door Net}

maxi-mum vermogen he vermenigvuldigen

_{met een empirische}

bedrijfsfaktor.

De bedrijfsfaktor is

_{de verhouding tussen gemiddeld en}

maximum vermogen van

een verbruiker.

Dit vermogen wordt bepaald voor de verschillende

be-drijfstoestanden, waarin het schip

_{ken verkeren, zoals}

dear zijn zeebedrijf,

_{manoeuvreren en havenbedriif.}

De nu bepaalde

_{vermogens warden geordend per bedrijf.sr.}

toestand in functionele groepen zoals koelsystemen,

brandstofsystemen, smeeroliesystemen.

e.d.

Er wordt onderscheid

_{gemaakt tussen verbruikers}

die

meestal aanstaan en verbruikers die vaak can-

en uit schakelen. Er is this

_{per functionele groep}

een vrij

constant bodemvermogen

_{en een wisselendl vermogen.}

Het felt dat de regelmatig schakelende verbruikers

niet alien tegelijk can zullen staan, wordt in

_rekening

gebracht met de zogenaamde service

_faktor.

lilt de vermogens

_{van de groepen wordt d.m.v.}

empirische

formules, waarin de service

_faktor

verwerkt is, een

to-taalvermogen gedistilleerd per scheepsbedrijftoestand,

dat een gemiddelde is. Oak wordt bepaald wet de to

ver-wachten maximumvraag zal

zijn.

Een singe' voorbeeld is gegeven in fig.

_{1. Hierin zijn}

5 verbruikers weergegeven. De zeker voldoende grate

in-stallatie heeft een

_{vermogen van 205 kW. Ms de}

ver-bruikers echter nooit ails tegelijk can zullen staan,

(vergelijk een toestand met 50 verbruikers) dan kun

je

met minder vermogen

_{toe. Hoeveel minder kun je}

uitdruk-ken met de service faktor.

_{In dit voorbeeld is dit}

een

simpel getal, maar in de praktijk kunnen dit

uitgebrei-de formules zijn.

ELEKTRICITEITSBPLPNS

VOORBEELD:

*4;

CROON

elektrotechniek

fig. _{1: voorbeeLd van een elektriciteitsbalans}

-6-VEILIG: 120 + BS = 205 DIT IS DE DORE °FLOSSING

ONTWERPVERMOGEN = 120 + C SERVICEFPKTOR x 85 ) 6EINSTALLEERD VERMOGEN BEDRIJFS FPKTOR CONTINU VERMOGEN WISSELEND VERMOGEN ZOETKOELWPTERPOMP 100 0.8 80 CILINDERKOELWRIERPOMP 50 0.8 40 8PLLP5IP0MP 80 0.7 56 MPCHINEKPMERLENSPOMP 10 0.8 8 OLIETRPNSPORTPOMP 30 0.7 21 120 85

2.2 _Nadelen

* de eLektriciteitsbalans geeft Ms resultaat sLechts gemiddeLden en piekwaarden, en geen compLeet vermo-gensspectrum. Hierdoor is er onvoldoende inzicht in de werkeLijk optredende vermogensvraag en is er geen optimaLe indeling van de generatorinstaLLatie

moge-Lijk aan de hand van deze resultaten.

* reLaties tussen verbruikers spelen geen rol zodat irreeLe combinaties van verbruikers die in werkeLijk-heid niet tegelijWaanstaan, niet worden uitgesLoten

in de berekening.

* de veilioheidsmarge is onbekend door de

onbetrouwbaar-heid van de bepaaLde piekvraag. flit resuLteert vaak in een teveeL aan geinstalleerd vermogen.

CROON

elektrotechniek

-7-n

3. Eisen nieuwe: inethode:

De eisen aan 'pen nieuwe ,methode zijn:

* Be mogelijkheid tot het aanbrengen, vanireLaties

tus-sen verbruikers.

* Het resuitaat moet bestaan uit het compleet te ver, V

wachten vermogensspect rum.

Een manier waarop dit gerealiseerd ken warden is het na-. bootsen van het elektrisch bedrijf aan board.

Bit gebeurt met behulp van de zgn. 'discrete event'

computersimulatie.

CROON

elektrctchniek

-8-4.

_{Het simuiatiemodel}

4.1

Inleiding

Om een simulatie uit to voeren moot eon model opgebouwd

worden. Het model is opgebouwd uit

_{componenten. Zo zijn}

bij eon model van eon scheepselektrische installatie,

de componenten de elektriciteitsverbruikers

_{aan board.}

Do componenten kunnen [odor

_{in verschillende toestanden}

verkeren (bijv. aan en uit).

Twee meLhoden zijn or devonden om eon simulatie uit to

voeren, to

eten discrete event simulatie

_{on monte carlo}

simulatie.

De monte carlo simulatie is reeds onderzocht met dezelfde

elektrische installatie als in dit onderzoek

gebruikt

wordt. Vpor resultaten verwijs ik dan oak near lit E4].

In dit oeval zal de discrete event simulatie worden

beschouwd.

De toestand van eon component wordt

_{gekarakteriseerd met}

de zogenaamde beschriivende variabelen. Doze variabelen

veranderen gedurende de simulatie

_{van waarde. De manier}

waarop dit gebeurt is afhankelijk van de interaktie

tussen de componenten. Doze zijn

_{vervat in de}

toestand-overoangsfunktie S.

_{Eiji eon toestandovergang neemt S}

_de

huidige waarde(n) van de beschrijvende variabele(n) on

produceert de nieuwe waarden

_{van de beschrijvende}

varia-belen. S bestaat uit eon verzameling tests en daaraan

verbonden waardetoekenning aan de variabele(n).

4.2

Soorten simulatie

Er worden nu in het kader van doze simulatie belandrijke

soorten simulatie bekeken.

4.2.1

_{Discrete time simulatie}

Het simuleren van eon systeem dat het

vermogensver-loop in de tijd moot

_{bepalen met behulp van eon model,}

gebeurt op tijdbasis. Eon

_{'discrete time}

tiidbasis

wordt hi or toedepast _{omdat den all eon}

op eon bepaald

aantal punten, de toestand

_{van het systeem hoeft to}

warden (her)berekend,

_{en niet continu.}

-9-4.2.2

Discrete event simulatie

Discrete event simulatie is eon verfijning van discrete

time simulatie.

In daze laatste soort simultie wordt

op

elk veelvoud van eon basistiidstap de toest and van het

systeem berekend.

Ni

een systeem, opgebouwd

Lilt

_{componenten, is het echter}

niet zo dat op elk veelvoud van de basistijdstap eon

toe-standverandering van eon of meerdere

_componenten

op-treedt. Om van dit gegeven gebruik

_{te maken is de}

proce-dure al c> volgt:

Na elks

_{tiidstap wordt bijgehouden, welke}

_{componenten na}

de volgende tijdstap,

_{van toestand gaan veranderen. Op}

deze manier wordt de aandacht

_{van de simulator beperkt}

tot de interessante componenten.

De simulatie wordt

_{zodoende duo qestuurd door eon lijst}

van aanstaande gebeurtenissen,

_{de 'next events'.}

In de 1± jot. staan de

_{componenten vermeld met het tijdstip}

waarop ze hun voldende toestandverandering

_onderdaan.

De essentie van doze gedachtendang is de aanname dat men

kan voorspellen,

_{wanneer eon component van toestand}

ver-andert. Kan

cut

_{tijdstip niet voerspeld}

worden, dat zal

de betreffende

_{component oak}

_{niet van toestand}

verande-ren, totdat dit wordt veroorzaakt

_{door eon component die}

wel op de 'next event'

_{lijst staat en invioed}

_{op de}

be-treffende component kan uitoefenen.

_{Dit is eon relatie}

tussen twee componenten.

Onder doze aannamen

:al

_{de simulatie kunnen plaatsvinden}

door de modeltijd te laten sprinden

_near

_{het eerste}

tijdstip op de next event lijst on de toestandoverdand

te laten plaatsvinden

_{van de component in kwestie. Dit}

is nu 'discrete event

_{simulatie. De simulatie wordt}

be-stuurd door afzonderlijke gebeurtenissen. De toestand

van het model hoeft duo niet berekend to worden op basis

van leder yeelvoud van eon basistiidstap, maar all

eon

als or eon verandering in de toestand optreedt.

4.3

_{Discrete event modelstrategidii}

Het model in de vorm van eon comguterbrogramma

_meet

af-geleid warden uit de beschrijving van de componenten

van het systeem on hun wisselwerkind. Zo'n beschrijving

hoot eon gestructureerd

_{model. In de di'crete event}

ma-deltheorie zijn or drie strategic n cm van eon

pestruc-tureerd model tat eon

_{computerprogramma to komen. Doze}

zijn genaamd 'event

_{scheduling', 'activity scanning'}

en 'process

interaction'.

Felt

is dat ails' drie de

_{strategien dezel+de resultaten}

-10-^/j2A1''j

roduceren wanneer dezelfde logische relaties,

invoer-en uitvoeranalyse zijn toegepast. Het is dus aan de

ge-bruiker welke methode toegepast

_wordt.

Eerst zullen de drie strategie

_{n warden behandeld waarna}

de gestructureerde modelbeschrijVind

_{can de beurt is.}

Met de strategic?. ban dan het

_{programma geschreven}

war-den.

1

Event scheduling

Het aantal toestanden waarin can component ban verkeren

wordt eindig verondersteld.

Eli .j

elks toestandovergang

die de betreffende component

_{ban doormaken boort can}

toestandovergangfunktie S(i), die beschrijft

at er

gebeurt als de component wordt

_{geactiveerd in toestand}

Elks toestandovergandfunktie wordt gecodeerd

in het simulatieprogramma als een aparte procedure.

an de hand van de toestand van de beinvloeders van de

betreffende component wordt de toestandovergang bepaald

die in de wachtrii geplaatst moat

_{warden, en daze}

gebeur-tenis vindt t.z.t. dan oak onvoarwaardeliik

_{p1 cats.}

4.3.2

_{Activity scanning}

is van can component de tijd verstreken is dat daze in

can bepaalde toestand bliift, dan vindt bij

_event

sche-duling can gebeurtenis, toestandovergand

_{onvoorwaardelijk}

plaats; de component verandert

_{van toestand. De tijd die}

te gaan is in die toestand krijgt

_{na de gebeurtenis weer}

can waarde grater dan 0. Bij activity scanning wardt

echter eerst gecontroleerd of

_{die toestandovergang wel}

may plaatsvinden. Er warden dus voorwaarden

_gesteld.

Zolang niet can de voorwaarden voldaan is vindt geen

toestandbvergang plaats en blijft de gebeurtenis in de

wachtrij staan.

Van component A wordt de tijd te gaan in de toestand

dus negatief als niet

_{can de voorwaarden voldaan is.}

De toestand van de componenten die invioed uitoefenen

op A bepaalt of can de voorwaarden is voldaan of niet.

Na elks toestandovergang

_{van can component wordt}

geke-ken of component A al

_{aan ails voorwaarden voldoet.}

Elbe toestandovergand wardt nog steeds gecodeerd in het

programma als can aparte procedure.

4.7.3

_{Process interaction}

Process interaction is eon combinatie van beide

vocr-gaande strategie(

_{n. Alle toestandovergangen}

worden

samen gecodeerd in hot programma als eon

apartlEproce-dure. Elke toestandoverdangsfunktie

is eon blok binnen

do procedure. Uitvoering van de procedure kan beginnen

bij elk blok.

_{In eon blok wordt}

eon verwijzing

odgeno-men naar het bij de volgende

toestandverandering

Lilt to

voeren blok binnen de procedure. M.a.w. or is binnen de

procedure een wijzer

_{die naar het Lilt to}

voeron blok

wiist, en die in

_{eon blok telkens eon nieuwe wacrde}

krijgt.

Eon gebeurtenis vindt placts als

_{can gestelde}

voorwaar-den voldaan is,

_{overeenkomstig activity}

scanning.

Het verschil is dat bij activity

_{scanning gewacht}

ward

met de toestandovergang

_{tot can al le}

voorwaarden was

vol-daan. In het geval

van process interaction wordt bepaald

can de hand van de gestelde voorwaarden

_{welke toes-Land}

...

overgang plaatsvindt.

_{Er wordt dus can de hand van de}

voorwaarden eon biibehorende

toestandovergang bepaald.

Hoeft de gebeurtenis

plaatsgevonden dan

_{wordt, in}

over-eenstemming met event

_{scheduling can de hand van de}

toe-stand van de beinvloeders van de

_{component eon nieuwe}

toestandovergang in de wachtrij geplaatst. Of deze oak

inderdaad plaatsvindt

_{hangt af van de toestand de}

be-invloeders op dat

_moment.

Het voordeel van

_{process interaction is dat de}

model-beschrijving van con component

_moor

_{en eenheid vormt}

dan bij do twee voorgaande

_{strategierl: Hierdoor is}

or moor overzicht op eon correcte impIementatie en is

or eon snellere opsporing van fouten mogelijk.

-4.3.4

Keuze strategie

Vanwege de overzichtelijkheid

_{van het programme is er}

eekozen voor een

_{process interaction model vorm.. De}

elektrische installatie aan board betreft namelijk

een

model met 65 componenten.

Eike component heft zijn

_{eigen procedure waarin}

elle toestandoverganqfunkties van die component

beschro-ven staan. Er wordt afgeweken van het process

interac-tion concept op het punt van de tijd die eon component

nog to gean hoe-ft in een bepaalde

_{toestend. Dee ken in}

het hier to vormen model

_{niet negatief warden.}

Er is nameliik

_{eon andere methode die voorkomt dat}

op

elk tijdstip gecheckt moet warden of de componenten met

eon neqatieve tijd-te-qaan al

_{van toestend kunnen}

ver-anderen. Er wordt nu eon predikaat

_{toedekend can de car}

ponent(en) die verhinderen dat die one component

van

toestand verandert. Zodra de

_{beschrijvende variabelen}

van de hinderende componenten de

_{juiste wearden krilden}

verandert ook die one component.

_{Deze behoudt in de}

tus-sentijd de oude toestand,

_{maar wordt wel uit de}

wecht-lijst gehcald.

-12-4.4

De gestructureerde modelbeschrijvind

4., 4. 1 _{Begripsomschri lying}

CONTROLE.VAN.A

geeft binnen de toestand

overgangprocedure van

com-ponent A de uit te voeren

toestandoverdano aan

TOESTAND.V(N.A

geeft de toestand aan

waarin component A

ver-keert

A.TIJD.TE.GAAN.IN.TOESTAND

- de tijd die rest tot de

voldende toestandovergand

van A.

BEINVLOED.DOOR.A

- verzameling van alle

com-ponenten waarop A invloed

uitoefent

A.BEINVLOED.DOOR

- verzameling van alle

com-ponenten die invioed

uit-oefenen op A.

SELECT

- funktie die gebeurtenissen

ordent naar prioriteit. *)

*)

cinder prioriteit wordt in dit geval verstaan het

tijd-stip van optreden van een gebeurtenis, of het rangnummer

van eon component in de wachtrii.

13

4.4.2

De modelbeschrijrving algemeen

Componenten;

Len verzameling D van al le componenten verdeeld In

AKTIEVE en PASSIEVE

typen.

Een AKTIEVE component kan invloed uitoefenen op can

ver-zameling andere componenten. Tot daze verver-zameling

be-hoort daze component meestal zelf ook. Een PASSIEVE

ponent kan die invloed niet uitoefenen, en kan this

al-leer van toestand veranderen door invloed van een anderer,

AKTIEVE component,

Deschriivende variabelenz

Voor elke AKTIEVE component A c D:

CONTROLE.VAN.A

TOESTAND.VAN.A

A.TIJD.TE.GAAN.IN.TOESTAND

Vbor elke PASS IEVE component A s

pt

CONTROLE.VAN.A

TUESTAND.VAN.A

Parameter

5:;

Voor elke AKTIEVE component A c D;

BEINVLOED.DOOR.A

A.DEINVLOED.DOOR

een funktie SELECT

Voor elke PASSIEVE component A c DA

A.BEINVLOED.DOOR

WisselwerKing fusser', componentenz

Voor elks AKTIEVE component A, element van D, en voor

slice toestandovergang is er een

toestandovergangfunk-tie S gespecificeerd, die een lijst van waarden van

beschrIjvende variabelen neemt van BEINVLOED.DOOR

en A.BEINVLOED.DOOR, en een Hist van waarden

procu-ceert van BEINVLOED.DOOR.A.

Ter illustratie volgt nu een

voorbeeld-

Component X kent twee toestanden, nl. aan

(TOESTAND.VAN.X = 1)

_{en Lilt (TOESTAND.VAN.X = 2).}

In de overgangsprocedure van X wordt de overgang van

aan naar Lilt beschreven met het blok, aancieduid met

CONTROLE.VAN.X = 1, en de overgang van uit naar aan met

CONTROLE.VAN.X = 2. De beide b1okken stollen con

toe-standoverganofunktie voor, resp. Si en 82.

Voor component Y geldt een analoog verhaal.

Verder is gegeven dat component Y al loon van toestand

verandert als component X van toestand verandert.

Component Y is dus PASSIEF. Component X verandert telkens

na het doorlopen van eon X.TIJD.TE.SAAN.IN.TOESTAND van

toestand, dus X is AKTIEF.

behoort tot de verzameling BEINVLOED.DOOR.X.

X behoort tot de verzameling Y.BEINVLDED.DOOR.

X behoort tot de verzameling X.BEINVLOED.DOOR.

X behoort tot de verzameling BEINVLOED.DOOR.X.

Als nu X van toestand verandert dan wordt aan de hand van

de waarden van de beschrijvende variabelen van de

verza-meling X.BEINVLOED.DOOR

TOESTAND.VAN.X LONTROLE.VAN.X

x.TICID.TE.OAAN.TN.TOF:-3TANO

eon nieuwe waarde oegeven aan de beschrijvende variabelen

van BEINVLOED.DOOR.X

TOESTAND.VAN.X CONTROLE.VAN.X

X.TIJD.7E.SAAN.1N.TOESTAND

FOESTAND.VAN.Y CONTROLE.VAN.Y

Voor con praktiikvoorbeeld zie

oak

biilage VI.

-14A-Het simulatiemodeL

4.1 Inleiding

Om een simulatie uit te voeren moet een model opgebouwd worden. Het model is opoebouwd uit componenten. Zo zijn

bij een model van een scheepselektrische installatie, de componenten de elektriciteitsverbruikers aan board.

De componenten kunnen ieder in verschillende toestanden

verkeren (bijv. aan en uit).

Twee methoden zijn er gevonden om een simulatie uit te voeren, te weten discrete event simuLatie en monte carlo

simulatie.

De monte carLo simuLatie is reeds onderzocht met dezelfde elektrische instaLlatie als in

ait

onderzoek gebruikt

wordt. Voor resultaten verwijs(Wjdan ook naar Lit [4]. In dit geval zal de discrete event simulatie warden

CROON

elektrotechnek

Het simuleren van eon systeem dat het

vermogensver-loop in de tijd moet bepalen met behulp van een model,

gebeurt op tijdbasis. Een 'discrete time: tijdbasis wordt hier toegepast omdat dan alLeen op eon bepaald aantaL punten, de toestand van het systeem hoeft to

warden (her)berekend.

Step voor stap wordt zodoende het gedrag van het modeL

_{ei 1E12}

clegenereerd. Elke step stelt het verstrijken van eon,

meestal constante, hoeveelheid tijd voor. Nu verandert

niet bij elke tijdstap de toestand van elke component,

waaruit het model is opgebouwd. De procedure is dat na elke tijdstap bijgehouden wordt, welke componenten na de volgende tijdstap, van toestand gaan veranderen. Op doze manier wordt de aandacht van de simuLator beperkt tot de interessante componenten. De simuLatie wordt zodoende

-9-

0,RAN:Ott-vo4,k1'41.

otesvvat,

MM.

bkii/r1A-1 01,4'sw' 3 4.2 beschouwd.

De toestand van een component worth gekarakteriseerd met de zogenaamde beschrijvende variabelen. Deze variabeLen veranderen gedurende de simulatie van waarde. De manier waarop dit gebeurt is afhankelijk van de interaktie

tussen de componenten. Doze zijn vervat in de

toestand-overgangsfunktie T. Bij en toestandovergang neemt T de

ryt

12-c-.huidige waarde(n) van de beschrijveride-VariabeleCn) en produceert de nietiwe waarden van de beschrijvende

varia-beLen. T bestaat uit een verzameling tests en daaraan JeFUOden waardetoekenning aan de variabele(n).

dus gestuurd door een Lijst van aanstaande gebeurtenis-sen, de 'next events'. In de Lijst staan de componenten vermeLd met het tijdstip waarop ze hun voLgende

toe-standyerandering ondergaan.

De essentie van deze gedachtengang is de aanname dat men ken voorspeLlen, wanneer een component van toestand ver-andert. Kan dit tijdstip niet voorspeLd warden, dat zaL de betreffende component oak niet van toestand verande-ren, totdat dit wordt veroorzaakt door een component die

wet. op de 'next event' Lijst steak en invloed op de be-treffende component kan uitoefenenc flit is een reLatie tussen twee componentenc

Cinder deze aannamen zal de simulatie kunnen pLaatsvinden

door de modeltijd te Laten springen near het eerste

tijdstip op de next event Lijst en de toestandovergang. te Laten pLaatsvinden van de component in kwestie. flit

is nu 'discrete event' simulatie. De simuLatie wordt be-stuurd door afzonderlijke gebeurtenissen. De toestand

van het model hoeft dus niet berekend te warden op basis.

van ieder veeLvoud van een basistijdstap, maar aLteen Ls er een verandering in de toestand optreedt.

CRO!ON'

elektmtchniek

Het modeL in de vorm van een computerprogramma moe

af-geleid worden uit de beschrijving van de componenten

van het systeem en hun wisseLwerking. Zo'n beschrijving,

heet een gestructureerd model. In de dilrete event mo-deltheorie zijn er drie strategieen om van een gestruc-tureerd model tot een computerprogramma te komen. Deze

zijn genaamd. 'event scheduling', 'activity scanning' en 'process interaction'.

Feit is Sat aLLe drie de strategieen dezelfde resuLtateh produceren wanneer dezeLfde Logische reLaties, invoer-en uitvoeranaLyse zijn toegepast. Het is dus aan de

ge-bruiker weLke methode toegepast wordt.

Eerst zuLlen de drie strategieen worden behandeld waarna de gestructureerde modelbeschrijving aan de beurt is. Met de strategie ken dan het programme geschreven war-den.

4.3C1 Event scheduling

/At Het aantal toestanden waarin een compo t ken verkeren

wordt eindig yerondersteld. Bij elke toestandoveruang hoort een toestandovergangfunktie/SfilThe EeTchrijft wet er gebeurt els de component'wordt geactiveerd in toestand 1. Eke toestandovegangfunktie wordt gecodeerd

in' 'het simulatieprogramma als een aparte procedure.

eoen

_{4 cox}

L&@

y

\fit.

44-.0A,

(2

"frtf4k

ut.

1,1

h

11-40

Discrete event modelstrategie6h

rAs-10

-10

00-

et 6wa- r

pc°,

Activity scanning

Pis van een component de tijd verstreken is dat deze in pen bepaalde toestand blijft, dan vindt bij event

sche-during een gebeurtenis, toestandovergang plaats; de

corn-ponent verandert van toestand. Be tijd die te gaan is in die toestand krijgt na de gebeurtenis weer een waarde groter dan Bij activity scanning worth echter eerst

gecontroleerd of die toestandovergang wel nag plaatsvin-den. Er warden dus voorwaarden gesteld. Zolang niet aan de voorwaarden voldaan is vindt geen toestandovergang plaats en bLijft de gebeurtenis in de wachtrij staan. Van component P wordt de tijd te gaan in de toestand dus negatief als niet aan de voorwaarden voLdaan is.

De toestand van de componenten die invloed uitoefenen, op. P bepaalt of aan de voorwaarden is voLdaan of niet.

Na elke toestandovergang van een component wordt

geke-ken of component P al aan alLe voorwaarden voLdoet.

ELke toestandovergang wordt nog steeds gecodeerd in het

programs aLs een aparte procedure..

4.3%3 Process interaction

Process interaction is een combinatie van beide voor-gaande strategie6n. Pile toestandovergangen warden samen gecodeerd in het programma als een apart proce-dure. Elke toestandovergangsfunktie is een blok binnen de procedure. Uitvoering van de procedure kan beginnen bij elk blok. In een blok wordt een verwijzing opgeno-men near het bij de volgende toestandverandering uit to voeren hick binnen de procedure. M.a.w. er is binnen de,

procedure een wijzer die naar het uit te voeren blok wijst, en die in een blok telkens een nieuwe waarde krijgt.

In elk blok warden rook weer voorwaarden gesteld waaraan

voLdaan moet warden, wiL de gebeurtenis plaatsvinden.

Het voordeel van process interaction: is dat de

model-beschrijving van een component meer een eenheid vormt den bij de twee voorgaande strategie6n. Hierdoor is er meer overzicht op een correcte implementatie en is er een snellere opsporing van fouten mogelijk.

dektrotechnek PAA (/'

etS%_

_EV"

017V6-1042tatta"

- cAA

04"-it

(vt 4Lfr-telt

APjlA

LAWfti

4°14)

, V

Dv?,

46st

I 4) 4.3.2 -0.

CROON

4.3.4 Keuze strategie

Vanwege de overzichtelijkheid van het programma is er gekozen voor een process interaction modeLvormft

betreft namelijk een model met 65 component en. Elks, component heeft zijn eigen procedure waarin

site toestandovergangfunkties van die component beschre-ven staan. Er wordt afgeweken van het process

interac-tion concept op het punt van de tijd die een component

nog te gaan heeft in een bepaalde toestand. Deze kan in

het bier te vormen model niet negatief worden.

Er is nameLijk een andere methode die voorkomt dat op elk tijdstip gecheckt moet warden of de componenten met een negatieve tijd-te-gaan al van toestand kunnen ver-anderen. Er wordt nu een predikaat toegekend aan de com-ponent(en) die verhinderen dat die ene component van toestand verandert. Zodra de beschrijvende variabeLen van de hinderende componenten de juiste waarden krijgen verandert oak die ene component. Deze behoudt in de tus-sentijd de oude toestand, maar worth weL uit de

wacht-lijst gehaaLd.

CROON

elektnotechnek

CROON

elektrotechnek

4.4 De gestructureerde modeLbeschrijving

4.4.1 Begripsomschrijving

CONTROLE.VPN.P - geeft binnen de toestand overgangprocedure van com-ponent P de uit te voerent,)

toest3ndovergan6 an

TOESTRND.VPN.P - geeft de toestand aan waarin component P ver-keert

P.TIJO.TE.GPPN.IN.TOESTPND - de tijd die rest tot de V/

voLgende toestandovergang van P.

BEINVLOED.DOOR.P - verzameling van aLLe

com-ponenten waarop P invLoed

uitoefent

P.BEINVLOED.DOOR - verzameLing van alLe com-

V

ponenten die invLoed uit-oefenen op P.

SELECT - funktie die gebeurtenissen V

ordent naar prioriteit.

-13-(oki 1=3 0 1,1' (-)

elektrotechnek

4.4.2 De modelbeschrijving aLgemeen

Component en

Een verzameling D van aide componenten verdeeld in

PKTIEVE en PP55IEVE typen.

Een PKTIEVE component kan invloed uitoefenen op een ver-zameLing andere componenten. Tot deze verzameling be-hoort deze component meestaL zelf ook. Een PP55IEVE com-ponent kan die invLoed niet uitoefenen, en kan dus al-teen van toestand veranderen door invloed van een andere,

PKTIEVE component.

Beschrijvende variabelen:

Voor eLke PKTIEVE component P c D:

CONTROLE.VPN.P

TOESTPND.VPN.P

P.TIJD.TE.GPPN.IN.TOESTPND

Voor elks PP55IEVE component P E 0:

CONTROLE.VPN.P

e0"-e-b,e4-

144'14/

TOESTPND.VPN.P

oe'm

CROON

Parameters:

Voor Eike PKTIEVE component P E D:

BEINVLOED.DOOR.P P.BEINVLOED.DOOR

een funktie SELECT

a.6-62'r

1,244-4

Wisselwerking tussen componenten:

(5ivr'

`1.

-14-i7u,t,1/4szv,i

A

Voor eLke PKTIEVE component P, element van D, en voor elke toestandovergang is er een toestandovergangfunk-tie 5 gespecificeerd, die een Lijst van waarden van beschrijvende variabelen(neemt van BEINVLOED.DOOR.P en P.BEINVLOED.DOOR, en een lijst van waarden

4.43,Modelcategorie

Le. installatie aan boord is opgebouwd uit een

verzame-Ling verbruikers, die varieert van bedlampjes en

water-verwarmers tot koelwaterpompmotoren.

In Net nu volgende gedeeLte van de tekst zullen de woor-den component en verbruiker door &Maar gebruikt worwoor-den Ze duiden echter hetzelfde aan. PL deze verbruikers kennen, met betrekking tot dit simulatiemodel near

enke-te toestanden waarin ze kunnen verkeren.

De van belang zijnde grootheid is Net eLektrisch vermor-gen dat door de verbruiker apvermor-genomen worth. 5taat een, verbruiker uit dan is Net vermogen O. Daarnaast ken de

verbruiker aan staan waarbij meerdere vermogenswaarden mogelijk zijn. Het vermogen is dus direct gekoppeld aan de toestand waarin een verbruiker zich bevindt.

Hieronder volgen een aantal aannamen waaronder Net model

wordt opgebouwd:

de vermogensopname van een component ken slechts een

eindige verzameling afzonderlijke iwaarden aannemen

* de tijden dat de verschillende componenten in een,

be-paalde toestand verkeren zijn aan board gemeten in minuten. Vandaar dat de modeltijdschaal wordt opge-deeld in tijdstappen van een minuut

* de toestandveranderingen verlopen in een moment en 0/ vergen zelf geen tijd

Net model is niet autonoom. Door het varieren van de inputvariabelen is beinvloeding van het gedrag moge-tijk

* het model is tijdafhankeLijk, omdat in de interaktie-regels tussen de componenten ook de tijd ken voorkomen

CROON

elektAechniek

-15-in Net model komen random variabelen, voor, Net is 41_15

V

Oen, stochastisch modeL

1244:zef7

c"--411

V

rat

CROON

dektmtechniek

4.4.4 Be beschrijving van de componenten

De beschrijving van de componenten van het model is om \

redenen van werkbaarheid met dit rapport opgenomen in een aparte bijlage I zodat deze vanachter de terminal

gemakkelijk is na te slaan.

Het model is gebaseerd op de elektrische installatie aan board van een containerschip. Be gegevens voor de opbouw van het modeL zijn verzameld tijdens een 2 maan-den durende reis aan board van dit schip door de auteur

Per verbruiker zijn verzameld:

* het werkelijk opgenomen vermogen

etkowm,:444 001.07:

* de relaties met andere componenten

* de verbruikerskarakteristiek in de tijd

(de tijd tussen de toestandovergangen)

Naast verbruikers zijn er nog enkele componenten

toege-voegd. flit zijn de dagteller, de scheepsbedrijfstoestand,

de dekwerkdag, de machinekamerwerkdag en de_{_} ronde. f"^-)

ce,/

--e.ete411-41-,

auvtii.a

tiatAA,L

-16--

machinekamer-4.5

Simulatiemodel prototype

Het simulatiemodel bestaat uit 3 delen (fig. 2),

to weten het hoofdprogramma, het model van de

elektri-eche installatie en de wachtrij bestaande uit de

Lopende en de Toekomstide Opstart Li jot.

Het hoo-fdproorammaverzorgt het vullen van

on lezen uit

de wachtrij, het laten plaatsvinden van de

gebeurtenis-sen zeal% beschreven in hot installatiemodel on

aange-stuurd door de wachtrij, het afdrukken van uitvoer,

samenvattend hot managen van de simulatie.

In do wachtrij staan de gebeurtenissen aangegeven,

en in

het installatiemodel staan de akties beschreven die bij

con gebeurtenis uitgevoerd moeten warden.

Do wachtrij bestaat uit uit de Lopende Upstart Liist on

en de Toekomstigo Opstart Lijst.

In de Lopende Opstart

Liist bevinden zicht de gebeurtenissen die op het

momen-tane tijdstip moeten plaatsvinden. Doze rii is geordend

near verbruikernummer. In de Toekomstige Opstart Li Jet

staan al le gebeurtenissen die in de toekomst moeten

plaatsvinden. Doze rij is geordend naar tijdstip van

op-treden. Wordt in de simulatie naar eon volgend tijdstip

gesprongen dan warden alle gebeurtenissen die op dot

tijdstip moeten plaatsvinden overgebracht van

Toekomsti-go noon Lopende Opstart Lijst en geordend.

Voor elke AKTIEVE component A is er nu per

toestondover-gang eon toestandovertoestondover-gangsfunktie S.

Doze toestandovergangen samen kunnen vertaald warden in

eon software procedure voor elke AKTIEVE component A.

Doze procedures vor men samen het model.

Uitvaering van zo'n procedure kan met elke gewenste

toestandovergang plaatsvinden.

Wanneer die toestandoverganq uitgevoerd is don krijqt

CONTROLE.VAN.A de waarde die hoort bij de volgende

toe-standovergang. Het uitvoeren van con toestandovergand

van component A houdt in:

* voor al le componenten die deel uitmaken van de

verza-meling BEINVLOED.DOOR.A warden nieuwe waarden

georo-duceerd voor de beschrijvende variabelen. Dit gebeurt

volgens de bij de betreffende overgang van A horende

toestandovergangfunktie S. Afhankelijk van de waarden

van de beschrijvende variabelen van A.BEINVLOED.DOOR

kriigen de beschrijvende variabelen van BEINVLOED.DOOR.A

nieuwe waarden.

* voor de AKTIEVE elementen van BEINVLOED.DOOR.A warden

de voloende toestandovergangen geplaatst in de

zoge-naamde TOEKOMSTIGE.OESTART.LIJST

.

Dit gebeurt met

records in de vorm (A, e, t), waarin A het

volgnum-mer van de component is, e is de CONTROLE.VAN.A

vari-abele is die do voldende toestandoverdand aandeeft, en

t is het tijdstip waarop de toestandovergang

plaats-vindt. Eon record (5,10,27) wordt due geinterpreteerd

-17-4.5

5imulatiemodel

prototype=

Net

simuLatiemodel bestaat uit 3 delen (fig. 2),

te weten het hoofdprogramma, het model van de

elektri-sche installatie en de wachtrij bestaande uit de

Lopende en de Toekomstige Upstart Lijst.

Het hoofdprogramma verzorgt het vulLen van en Lezen uit

de wachtrij, het Laten plaatsvinden van de

gebeurtenis-sen zoals beschreven in het installatiemodel en

aange-stuurd door de wachtrij, het afdrukken van uitvoer,

samenvattend het managen van de simuLatie.

In de wachtrij staan de gebeurtenissen aangegeven, en in

het instaLlatiemodel staan de akties beschreven die bij

een gebeurtenis uitgevoerd moeten warden.

De wachtrij bestaat uit uit de Lopende Upstart Lijst en

en de Toekomstige Upstart Lijst. In de Lopende Upstart

Lijst bevinden zicht de gebeurtenissen die op het

momen-tane tijdstip moeten pLaatsvinden. Doze rij is geordend

near verbruikernummer. In de Toekomstiqe Upstart Lijst

staan

aide

gebeurtenissen die in de toekomst moeten

plaatsvinden. Doze rij is geordend naar tijdstip van

op-treden. Wordt in de simulatie near een volgend tijdstip

qesprongen dan warden elle gebeurtenissen die op dat

tijdstip moeten pLaatsvinden overgebracht van

Toekomsti-ge naar Lopende Upstart Lijst en Toekomsti-geordend.

Voor elke PKTIEVE component P is er nu per

toestandover-gang

een toestandovergangsfunktie 5.

Doze toestandovergangen

semen

kunnen vertaaLd

warden

in

een software procedure voor elke PKTIEVE component P.

Deze procedures vormen semen het model.

Uitvoering van zo'n procedure kan met elke gewenste

toestandovergang plaatsvinden.

Wanneer die toestandovergang uitgevoerd is dan krijgt

CONTROLE.VPN.A de waarde die hoort bij de voLgende

toe-standovergano. Het uitvoeren van een toestandovergang

van component A houdt in

* voor

aide

componenten die deel uitmaken van de

verza-meting BEINVLOED.DOOR.P warden nieuwe waarden

gepro-duceerd voqr de beschrijvende variabeten. flit gebeurt

voLgens toestandovergangfunktie 5-;

an de hand_mPn de_

beschriiyende yariabelen_YALL_PAP NVLOED.DOOR .

* voor de PKTIEVE elementen van BEINVLOED.DOOR.P warden

de volgende toestandovergangen gepLaatst in de

zoge-naamde TOEKOM5TIGE.OP5TPRT.LIJ5T .

flit gebeurt met

records in de vorm (P, e, t), waarin P het

volgnum-mer van de component is, e is de CONTROLE.VPN.P

vari-abeLe is die de volciende toestandovergang aangeeft, en

t is het tijdstip waarop de toestandovergang

pleats-vindt. Eon record (5,10,27) wordt dus geinterpreteerd

als: component 5 verandert van toestand volgens de

beschrijving in blok 10 van procedure nummer 5 op

tijdstip 27.

CROON

elektrotechnek

-17-7CONTROLE.VAN.P

I

-A

CROON

elektrotechniek

* de TOEKOMSTIGE.OP5TPRT.LIJ51 worth geordend near tijd. Tijdens de simuLatie worth naast de TOEKOM5TIGE.OP5TPRT.

LIJ5T nog een tweede Lijst bijgehouden, de LOPENDE.OP-5TPRT.LIJ5T. Deze bestaat eveneens uit records van de

vorm (P, e, t), waarbij t het huidige modeLtijdstip is. De LOPENDE.OP5TPRT.LIJ5T bevat dus aLle gebeurte-nissen die op het momentane tijdstip moeten plaatsvin-den. Deze Lijst worth na eLke tijdstap weer gevuld uit

de TOEKOM5TIGE.OP5TPRT.LIJ5T en vervoLgens afgewerkt.

-18-CROON

elektrotechnk

fig 2: scheme simulatieprogramma

TOEKOM5TIGE OP5TPRT LIJ5T /111111111111111 1111

out

9; a

(\

ued--

6L,f

oLvY

At'

eL"'

19c).

-19-MODEL SCHEEPSELEKTRISCHE INSTPLLPTIE

CRS N

elektrotechniek

'Be lijst worth geordend near prioriteit, in dit geval rangnummer, door SELECT.

Be modettijd worth bijgehouden door Pei

8

Net programma

5-1 TaaL en machine

Net computerprogramma is ontwikkeld in TURBO PPSCAL

(versie 3.0) op OLIVETTI M24 en IBM XT.

5,2 Irrpgrammpstructuur

Zoals beschreven in 4.-5 bestaat het simulatiemodel uii drie delen.

De beschrijving van het hoofdprogramma vindt u in eery

aparte bijlage II zodat er gemakkelijk mee te werken is achter de terminal. In de beschrijving vindt u elle

pro-cedures in het hoofdprogramma.

In bijlage III is de programmalisting gegeven en in

bij-Lege IV een alfabetische Lijst van elle variabeLen met omschrijving.

Een beschrijving van de werking van het programs wordt hieronder gegeven. Dice component in het modeL van de

elektrische instalLatie heeft een nummer CN,

Be blokken binnen de procedures, die staan voor toestand-overgangen, worden aangegeven met de wijzer L(CN) (de CONTROLE.VPN.CN variabeLe), en de tijd ot de volgende toestandovergang van een component is S (de

TE.OPPN.IN.T0E5TPND variabele).

CROON

elektnEchnek

-21-=

TI

CN.TIJD.

ti

sat

1fl

zet de modeltiidklok op het gewenste bedintijdstip

?.

gee+ de beschriivende variabelen de gewenste

begin-waarden

bepaal voor elks akti eve component de waarden van

L(CN) en SIGMA

plaats de records (ON, L(CM), SIGMA) in de

TOEKOMSTI-GE.OPSTART.LIJST

idvoortgang

EL

de modeltijdklok wordt gezet op de tijd van de

eerste component in de TOEKOMSTIGE.OPSTART.LIJST.

Dee tiid noemen we de AKTIETIJD

Vullen

Lopende.Opstart.Li jst

6.

alle gebeurtenissen met eon gepland tijdstip dat

gelijk is aan de AKTIETIJD warden overgebracht van

de TOEKOMSTIGE.OPST(RT.LIJST naar de

LOPENDE.OP-START.LIJST

orden de LOPENDE.OPSTART.LIJST naar prioriteit

(

= rangnummer van de component)

Verwer ken Lopende..Opstart

L. iist

6

_{haal de eerste gebeurtenis (ON, L(CM), SIGMA) uit}

de LOPENDE.OPSTART.LIJST

9.

voer de toestandovergang uit, zoals beschreven in

procedure ON, gedeelte L(ON)

Dit houdt in

haal van elke aktieve component die element is

van BEINVLOED.DOOR.ON de geplande gebeurtenis

uit de TOEKOMSTIGE.OPSTART.LIJST, indien zo'n

gebeurtenis

gepland is.

bepaal de nieuwe waarden van de beschrijvende

variabelen van bovengenoemde componenten

plaats de nieuw geinitieerde gebeurtenissen

in de TOEKOMSTIGE.OPSTART.LIJST

Als de LOPENDE.OPSTART.LIJST nog niet leeg is, da

dan naar punt 6

Eindcriterium

als de AKTIETIJD grater is dan de gewenste eindtijd

van de simulatie, stop dan

Initiatisati

zet de modeltijdklok op het gewenste begintijdstip geef de beschrijvende variabeten de gewenste

begin-waarden

3, bepaal voor eLke aktieve component de waarden van,

L(CN) en SIGMP

pleats de records (EN, L(CN3y 5I6MP) in de

TOEKOM5TI.-GE.OPSTPRT.LIJST

Tiidyportgan,g

de modeltijdktok wordt gezet op de tijd van de

eerste component in de TOEKOMSTIGE.OPSTPRT.LIJST. Oeze tijd noemen we' de PKTIETIJD

tt'eon

Loipendeo_Opstairt.LijSt

alte gebeurtenissen met een gepLand tijdstip dat gelijk is aan de PKTIETIJD warden overgebracht van .de TOEKOMSTIGEMPSTPRT.LIJST naar de

LOPENDE.OP-5TPRT.LIJST

orden de LOPENDE.OPSTPRT.LIJST near prioriteit

&-V e r w, r k e rt p e n d . 0 p s. t a ir

t

ES, heal de eerste gebeurtenis (EN, UN), SIGMP) wit

de LOPENDE.OPSTPRT.LIJST

voer de toestandovergang uit, zoaLs beschrevenE in

procedure EN, gedeelte L(CN) flit houdt in:

* heal van elke aktieve component die element is van BEINVLOED.DOORIN de geplande gebeurtenis uit de TOEKOMSTIGE.OPSTPRT.LIJST, indien zo'n

gebeurtenis geptand is.

* bepaal de nieuwe waarden van de beschrijvende variabelen van bovengenoemde componenten * pleats de nieuw geinitieerde gebeurtenissen

in de TOEKOMSTIGE.OPSTPRT.LIJST

100- 'Ills de LOPEND 5TPIRT,LIJST nog niet teeg is, ga

dan near punt

I

2

d' criterium

Ill, ais de PKTIETIJD grater is dan de gewenste eindtijd

van de simulatie, stop dan

aktntht, AA,Wav,

-22-CROON

elektotechniek 0-4:tt 7.

Lijst

9.

5.3 Een simulatievoorbeeld

an de hand van een simuLatievoorbeeld zal enige

duide-lijkheid warden verschaft.

In fig. 3 ziet u 4 velden. Veld 1 is een voorbeeld van

hoe een software procedure van een verbruiker is opge-bouwd. In de procedure zijn de 2 mogeLijke

toestandover-gangen in de blokken 1 en 2 beschreven.

In veLd 2 steak de wachtrij afgebeeLd na de initiaLisa-tiefase, waarbij voor de eenvoud geen onderscheid is gemaakt tussen Lopende en Toekomstige Upstart Lijst. In de wachtrij vindt u records met daarin beschreven de gebeurtenissen. Het eerste vakje van elk record is ge-vuLd met het nummer van de verbruiker(CN), die van

toes-tend gaat veranderen, dus waar de gebeurtenis op slaat.

In het tweede vakje is de variabeLe L(CN) opgesLagen. Deze weft het nummer van de toestandovergang die moet plaatsvinden, zoals beschreven in de procedure van ver-bruiker 4. Het derde vak tenslotte geeft het tijdstip

5IGMP waarop de gebeurtenis moet plaatsvinden.

De wachtrij in de figuur is zoaLs u ziet geordend near'

SIGMA.

* PLs eerste is aan de beurt:

de gebeurtenis zoals beschreven in procedure 4, toestandovergang 1, op tijdstip O.

flit wiL zeggen, op tijdstip 0 gaat pomp 4 wit en over 10 minuten weer aan. flit Laatste is een

nieuwe gebeurtenis die weer in de wachtrij ge-plaatst moet warden. Het record wet hierbij hoort

ziet er aLs voLgt uit:

CN 4

L(EN) 2

SIGMA 10

De TOESTPNO.VAN.CN variabeLe krijgt de waarde 2.

* Na uitvoering van de eerste gebeurtenis op tijdstip 0 ziet de wachtrij er u zoals in veLd 3 van fig. 3.

Het nieuwe record is gevoegd tussen de gebeur-tenissen op tijdstip en-tijdstip 12.

* De eerstvoLgende gebeurtenis is de toestandovergang

zoals beschreven in de procedure van verbruiker 3,

blok nummer 2 op tijdstip 2. De KLOK van de simulatie springt van 0 dus direct naar 2 en niet eerst naar 1

omdat er op tijdstip ii toch niets oebeurt.

CROON

elektrotechnek

-23-VOORBEELD

VERBRUIKER 4

TOESTPNDOVERGPNG

it

POMP UIT

POMP PAN OVER 10 MINUTEN

TOESTPNDOVERGPNG 2:

POMP PPN

POMP UIT OVER 5

MINUTEN

312

na tijdstip 0 4 2

L

9 4

T121

EN?.

rkt,

CROON

elektrotechnek

fig 3: een voorbeeLd van een simuLatiedoorgang

-24-VERBRUIKER TOE5TPNDOVERGPNG TIJD5TIP 4

T

[3

1 9 voor tijdstip 0 ENZ. na tijdstip 10 EN?. 3 2 9 4 12 10 4 1 15 2 0 4

CROON

elektutechnbk

* Pis de wachtrij rover is afgewerkt dat pomp 4 weer

aanschakelt, dus op tijdstip 10, dan moet warden ge-initieerd dat de pomp over 5 minuten weer rat

uitscha-kelen. Het record wet hierbij hoort: EN

L(CN) = 1

5I5MP 10 + 5 = 15

Be TOESTPND.VPN.CN variabele krijgt de waarde 1.

Hoe de wachtrij er na tijdstip 10 dan uitziet vindt u

in het 4e veld van de figuur.

Be KLOK staat nu op 10 en rat direct doorspringenlpaar

12, de eerstvolgende gebeurtenis in de Lijst,

rp

,

E .7

.

Go-,

yo

,o,3(

'2,--

wAcn

u-eiwt-061,u,.

6

Resultaten

De simulatieresultaten zullen moeten warden getoetst aan

de in de praktijk gemeten waarden. Deze praktijkwaarden

zijn verzameld tijduns een 2 maanden durende reis can

board van Noord-West-Europe near het Verne Oosten v. v.

6.1

Meetgedevens

Er werden drie groeben degevens verzameld can board,

nl:

het elektriciteitsverbruik oer verbruiker (amperes)

de verbruikskarakteristiek (wanneer en onder welke

voorwaarden verkeert de verbruiker in welke toestand)

het totaalverbruik can board met en zonder

koelcon-tainers

6.1.1

Het elektriciteitsverbruik per verbruiker

(an de hand van het elektriciteitsverbruik ken m.b.v.

de cos h curven het opgenomen elektrische vermoden

warden bepaald per verbruiker.

Dit is gebeurd in lit £41. Omdat gebruik is demaakt

van standaard curven voor kooiankermotoren kunnen bij

de berekende vermogens vraagtekens bij de

betrouwbaar-heid warden gezet.

Omdat de methode in het ontwerp bruikbaar moet zijn,

en am een faire vergelijkind met de

elektriciteits-balansmethode

te

kunnen maken, werd besloten em de

ver-mogensgegevens per verbruiker te gebruiken zoals ze

door de ontwerper bepaald warden voor de

elektriciteits-balans, due met gebruikmaking van de bedriifsfaktor

(zie

6.1.2

De verbruikskarakteristiek per verbruiker

De verbruikskarakteristiek

is

per verbruiker wel

nauw-keurig op te stellen en deze gegevensgroep is dan oak

betrouwbaar.

-26-2.1).

6 ResuLtaten

De simulatieresuLtaten zuLLen moeten warden petoetst aan de in de praktijk gemeten waarden. Deze praktijkwaarden zijn verzameld tijdens een 2 maanden durende reis aan

board van Noord-West-Europa near het Verre Oosten v.v.

6.1 Meetgegevens

Er werden

drip

groepen gegevens verzameLd aan boord,

het eLektriciteitsverbruik per verbruiker (amperes) de verbruikskarakteristiek (wanneer en onder weLke voorwaarden verkeert de verbruiker in welke toestand) het totaaLverbruik aan boord met en zonder

koelcon-tainers

6.1.1 Het eLektriciteitsverbruik per verbruiker

Pan. de_ nd van het eLektriciteitsverbruik ken m.b.v.

A,"°"11A-cttldrenit en cos i curven het opgenomen elektrische

vermogen warden bepaaLd per verbruiker.

flit is gebeurd in Lit [41. Omdat gebruik is gemaakt

van standaard curven voor kooiankermotoren kunnen

biS

de berekende vermogens vraagtekens bij de

betrouwbaar-heid warden gezet.

Omdat de methode in het ontwerp bruikbaar moet zijn,

en om pen faire vergelijking met de eLektriciteits-baLansmethode te kunnen maken, werd besLoten om de ver-mogensgegevens per verbruiker te gebruiken zoaLs ze

door de ontwerper bepaald warden voor de

eLektriciteits-balans, dus met gebruikmaking van de bedrijfsfaktor

(zie 2.1).

6.1.2 De verbruikskarakteristiek per verbruiker

De verbruikskarakteristiek is per verbruiker wel

nauw-keurig op te steL Len en deze gegevensgroep is

dan oak

bet rouwbaar.

CROON

elektrotechniek

-26-ni:

-ce

CROON

elektutechnek

6.1.3 Het totaaLverbruik aan boord

De voLgende opmerkinoen t.a.v. de in werkelijkheid

ge-registreerde vermogens moeten warden gemaakt:

de gegevens werden geregistreerd tijdens tropen-vaart in de zomer

de vermogens werden in hoofdzaak geregistreerd op maandag t/m vrijdag van 8 tot 12 en 13 tot 17 uur Opmerking 1 heeft els beLangrijkste consequenties

dat de airconditioninginstaLlatie continu draait op voL vermogen en tevens staat op zee de zwembadpomp

vaak aan (dekspoeL en brandbLuspomp 2).

Opmerking 2 heeft als gevoLg dat verbruikers die hand-bediend zijn vaker in de metingen voorkomen dan wanneer

oak het nachtbedrijf gemeten zou zijn.

De opmerkingen geven aan dat het gemiddeLde zoaLs dit

wit de metingen voLgt wet aan de hoge kant zal zijn.

6.2 De simuLatieresuLtaten

Op de voLgende pagina's vindt u voor de volgende

be-drijfstoestanden het vermogensspectrum:

fig 4 : meetresultaten werkeLijkheid

fig 5 : resultaten simulatie gedurende 30 dagen

zonder koelcontainers

fig 6 : resultaten simuLatie gedurende 300 dagen

zonder koelcontainers

fig 7 : resuLtaten simulatie gedurende 30 dagen

incLusief koeLcontainers

fig 8 : resultaten simuLatie gedurende 300 dagen

incLusief koelcontainers

-27-VERM0GEN55PECTRUM ZEEBEDRIJF MINIMUMVERMOGEN = 1140.00 MPXIMUMVERMOGEN 1450.00 VER10GEN5KLP55E PPNTpL 64,471.AVAAAA4v;, 1120 KW < 1160 KW < 1200 KW < 1240 KW 4 1280 KW < 1320 KW < 1360 KW < 1400 KW < 1440 KW 1480 KW 0 : 6 : 11 18 10 22 6 :

0:

elk

-28-CROON

elektrotechniek

fig 4 : vermogensspectrum van de meetresultaten aan board

RAt.(1,,

e,,,ovN,GtA/1

1

VERMOGEN55PECTRUM ZEEBEDRIJF MINIMUMVERMOGEN = 1007.91 MAXIMUMVERMOGEN = 1488.77 VERM0GEN5KLP55E PPNTPL < 1000 KW 0 < 1040 KW 2073 < 1080 KW 1639 < 1120 KW 3887 < 1160 KW 1131 < 1200 KW 704 < 1240 KW 247 < 1280 KW 53 < 1320 KW 20 < 1360 KW 13 < 1400 KW 8 < 1440 KW 2 : < 1480 KW 3 : < 1520 KW

1:

< 1560 KW

0:

CROON

elektrotechniek

-25-fig 5 : vermogensspectrum van de resuLtaten van en simuLatie gedurende 30 dagen

VERM00EN55PECTRUM ZEEBEDRIJF MINIMUMVERMOGEN = 996.65 MPXIMUMVERMOGEN = 1559.54 VERMOGEN5KLP55E PPNTPL < 960 KW 0 < 1000 KW 5 < 1040 KW 1451 < 1080 KW 62205 < 1120 KW 56694 < 1160 KW 73674 < 1200 KW 20937 < 1240 KW 6385 < 1280 KW 2409 < 1320 KW 790 < 1360 KW 98 < 1400 KW 19 < 1440 KW

3:

< 1480 KW 2 < 1520 KW

1:

< 1560 KW

1:

< 1600 KW 0

CROON

elektrotechnek

fig 6 : vermogensspectrum van de resultaten van een simulatie gedurende 300 dagen

zonder koelcontainers

-30-VERM0GEN55PECTRUM ZEEBEDRIJF MINIMUMVERMOGEN 1043.11 MPXIMUMVERMOGEN 1853.81 VERM0GEN5KL.P55E PPNIRL < 1040 KW 0 < 1080 KW 2 < 1120 KW 488 < 1160 KW 2095

WV

< 1200 KW 2071 -< 1240 KW 802 < 1280 KW 462 < 1320 KW 354 < 1360 KW 349 < 1400 KW 397 < 1440 KW 429 < 1480 KW 473 < 1520 KW 341 < 1560 KW 210 < 1600 KW 289 < 1640 KW 264 < 1680 KW 183 < 1720 KW 72 < 1760 KW 73 < 1800 KW 30 < 1840 KW 14: < 1880 KW 10 < 1920 KW 0

fig 7 : vermogensspectrum van de resuLtaten van een simuLatie dedurende 30 dagen inclusief koeLcontainers

CROON

elektrotechniek -31-=

VERMOGEN55PECTRUM ZEEBEDRIJF MINIMUMVERMOGEN 982.77 MAXIMUMVERMOGEN 1917.09 VERM0GEN5KLP55E WINTPL < 960 KW 0 1000 KW 267 < 1040 KW 5462 -< 1080 KW 3939 < 1120 KW 3202 < 1160 KW 5988 < 1200 KW 6790

tti,:?P

< 1240 KW 10203

WIMIP:

< 1280 KW 10788

0

< 1320 KW 13734 < 1360 KW 13200 < 1400 KW 14315 1440 KW 14127 < 1480 KW 14232 < 1520 KW 11807 im-1-,000i < 1560 KW 9982 < 1600 KW 9178 < 1640 KW 7546 < 1680 KW 5816 < 1720 KW 4204 < 1760 KW 2113 < 1800 KW 1144 < 1840 KW 392 < 1880 KW 128 1920 KW 7 < 1960 KW 0

re'A

CROON

dekntechnek

-32--fig 8 : vermogensspectrum van de resultaten van een simulatie

gedurende 300 dagen inclusief koelcontainers

04kkt

eicr-PIN,

CROON

dektalechniek

De beLangrijkste gegevens van deze resuLtaten zijn

vermeld in tabeL I.

TPBEL I 5imulatieresultaten

koelcontainers met zonder

simulatieduur 30 d 300 d 30 d 300 d minimum 1043.11 982.77 1007.91 996.65 maximum 1853.81 1917.09 1488.77 1559.54 gemiddeLde 1283.69 1387.21 1091.80 1114.95 standaard deviatie 168.31 177.82 54.82 47.36

.--13

CRC

EN

elektrotechnek

Naast de simuLatieresuLtaten Your zeebedHjf krijgt u oak resuLtaten voor de bedrijfstoestanden manoeuvreren

en havenbedrijf. VoorbeeLden hiervan vindt u in de figuren 9 en 10 op de voLgende bLadzijden.

peze resuLtaten warden met in de beschouwing opgenomen pmdat hiervan te weinig meetgegevens bekend zijn om ze

aan de praktijk te kunnen toetsen. Zij dienen nu Ms

iLLustratie, wat niet wit zeggen dat de resuLtaten niet betrouwbaar zijn. BLijken de resuLtaten voor zeebedrijf betrouwbaar, wat in het voLgende hoofdstuk wordt

ge-toetst, dan zulten waarschijlijk de resultaten voor ronoeuvreren en havenbedrijf oak betrouwbaar zijn.

-34-VERMOGEN55PECTRUM IMPNOEUVREREN

CROON

etektrotechnek

-35;-fig 9

: vermogensspectrum van de resultaten van een simulatie

gedurende 300 dagen zonder koelcontainers voor de scheepsbedrijftoestand manoeuvreren MINIMUMVERMOGEN MPIXIMUMVERMOGEN VERMOGENSKLP55E 1014.4$ 1673.15 PANTAL 41 1000 KW 0' < 1040 KW 30 C 1080 KW 1245 _ni0i2 ( 1120 KW 912 K 1160 KW 2133 igi

itT1M4

< 1200 KW 4265 -.F.':5::E 1240 KW 6251 1 1280 KW' 838 it 1320 KW 759

;::': r

g: t 1360 KW 1400 KW 761 592

sgi,..M

-,--,

---X 1440 KW 290 ni 14 1480 KW 608 g 1520 KW 231 ig X 1560 KW 67

i

1600 KW 204 4 1640 KW 122 e 1680 KW 25 e 1720 KW Or

VERMOGEN55PECTRUM HAVENBEDRIJF MINIMUMVERMOGEN 1020.43 MAXIMUMVERMOGEN 1484.39 VERMO6EN5KLP55E PANTPL ( 1000 KW 0 ( 1040 KW 31 ( 1080 Kw 17051 ( 1120 KW 10330 < 1160 KW 16792 < 1200 KW 6561 < 1240 KW 938 < 1280 KW 507 < 1320 KW 152 < 1360 KW 12 < 1400 KW 13 < 1440 KW 15 1480 KW ( 1520 KW 1 < 1560 KW JO

fig 10 : vermogensspectrum van de resultaten van een simulatie

gedurende 300 dagen zonder koelcontainers voor de

scheepsbedrijftoestand havenbedrijf

CROON

elektrotechniek -36-1 2

6.3 Beschouwing resultaten

Om nu de verkregen resultaten te vergelijken moeten we de meetwaarden uit de praktijk naast de simulatieresultaten

zetten voor de simulatie van 300 dagen zonder

koelcontai-ners. Daarnaast kunnen oak de resultaten van de eLektri-citeitsbalans gezet worden. DL vindt u in tabeL II

CROON

dektrotechnek

-37-ot-aw\

WOLOAAAAAAANA_ vs%, of^.

1.1x-,-vJgaA.

TRBEL II Vergelijking resultaten

elektrici-teits balans simulatie model werkelijk-heid minimum maximum gemiddelde -1696.7 1579.1 996.7 1559.5 1115.0 1140.0 1450.0 1269.6

/

MIL

CROON

elektrotthniek

VergeLijking simutatie - werkelijheid

Het gemiddeLde van 'de simulatie ligt ca. 150 kW lager dan het gemiddelde dat aan board gemeten is. Eerder was al opgemerkt dat de meetomstandigheden een verhoging van bet gemiddelde zouden veroorzaken.

Door een simulatie tilt te voeren met alleen de

aircondi-tioninginstallatie waarbij natuurlijk ook de situatie van niet-tropenvaart in de winter wordt meegenomen, kan

bepaald warden wet het effect hiervan is op het gemiddel-de. De airconditioning blijkt bij vaart alleen ir de tropen een verhoging van het gemiddeLde te veroorzaken

t.o.v. het gehele vaartgebied van ca. 70 kW.

Een zeLfde exercitie is uit te voeren met de verbruikers die alLeen overdag gebruikt warden omdat ze door een werktuigkundige bediend moeten warden. Deze geven een

verhoging van het gemiddelde toy. een spectrum inclu-sief nachtbedrijf van 25 kW.

Het gemiddelde van de simulatie Ligt dus zo'n 55 kW Lager dan de gemeten waarde. Deze afwijking is terug te voeren op de onbekendheid van de werkelijk opgenomen ver-mogens van de afzonderlijke verbruikers. Deze zijn nu

bepaald m.b.v. een bedrijfsfaktor welke al snel een onnauwkeurigheid introduceert van 5-10%. In dit kader gezien is de afwijking van 55 kW, °fwd. 5%, zeer

aan-vaardbaar te noemen.

Verder is duidelijk door het grotere aantal waarnemingen die in de simulatie gedaan zijn t.o.v. de werkeLijkheid

dat het spectrum zowel naar de onder- aLs bovenzijde

breder is. 1

-38-Oa

6.?;, 444 to

CACtoto

,C6427)7?-417t7

1

CROON

elektrotechnek

6.3.2 VergeLijking eLektriciteitsbaLans - werkeLijkheid

Het qemiddeLde dat wit de elektriciteitsbalans voLgt

Ligt 300 kW hoger dan de gemeten waarde. Deze Lag,

zoals in 6.2.1 werd bepaald, nog onqeveer._95 kW te_

hoog zodat gezegd kan warden dat het werkeCTP

ver-schil tussen de gemiddelden bijna 400 kW bedraaqt.

Oit geeft voLdoende aan dat de nauwkeurigheid van de vermogensbepaLing met de etektriciteitsbaLans te

wensen overLaat.

4r4r

CROON

dektrUechnek

beheugenruimte en rekentijd

he complete simulatieprogramma vraagt een geheugen

ruimte van 160 ) flit zijn vertaalde programme's.

Net programme vraagt in elementaire vorm 103 Kb aan geheugenruimte. Daarmee kunt u met het programme

HOOFD een simulatie uitvoeren. U kunt echter

lawen;--geen gebruik maken van de batch files. Tevens is den HI5TOGR.COM niet geladen zadat u niet direct de

vermogensspectra kunt bekijken.

De source files in pascal hebben een grootte van 152 Kb.

De benodigde rekentijd op IBM PC vanaf RPM' disk

be-draagt 1.5 tot 2 uur voor een simulatieduur van 300 dagen.

7

_{De maximum optredende vermogensvraag}

Er is eon simulatie uitgevoerd, zonder koelcontainers,

voor 30 en veer 300 dagen (fig 5 en 6

010

pad 29 en 30).

Wat valt or nu aan de hand van doze resultaten to zegden

over de drootte van hot devonden maximum veer de

levens-duur van eon schip ?

Hiervoor moot hi j hot vermogensspectrum eon deschikte

kansverdeling warden gezocht.

Het gaat hierbij am het zoeken naar eon extreme waarde,

reden waarom wordt onderzocht of het vermogensspectrum

eon Gumbel kansverdeling heeft.

(lit [8])

Do cumulatieve percentages van de waarnemingen warden

uitdezet tegen de bovendrenzen van de vermagensklassen

op waarschiinlijkheidspapier(zie fig 11 en 12).

Voaral fig 12 laat zion dat de resultaten inderdaad

een

°umbel kansverdelind hebben. De punten liggen vrijwel

alle zeer dicht bij eon regressielijn die aan de hand

van de waarnemingen is getrokken. In de verdere

be-schouwing wordt de simulatie gedurende 30 dagen bui ten

beschouwing gelaten.

De vermogenswaarden kunnen warden herleid tot eon

stan-daardvariabele die ingevuld wordt in de Gumbel

kans-funktie.

De relatie tussen de standaardvariabelo s en het

vermo-gen p is als volgt:

S = O ( p - u )

waarin

standaardvariabele

: 1

/ tangens van de belling

van de regressielijn

p

het vermogen

u

hot vermogen waar ben eden

exp(-1) w 36.8 % van de

waarnemingen Hagen

Voor de gevonden regressielijn hebben

'

en u de valgende

waarden:

cK=

0.0289544

u = 1095

De kansfunktie van de Gumbel verdeling is als volgt:

F(p) = exp.0 -expE -N(p - u)

De kans dat p grater is dan eon bepaalde vermogenswaarde

P is dus:

Prf. p > P 1= 1

- F(P)

Er wordt uitgegaan van de levensduur van eon schip van

20 jaar. Dit zijn 20 x 36'= 7300 dagen.

Gezien de simulatie van 300 dagen kunnen we aannemen dat

300 dagen bestaan uit ca. ??5.000 waarnemingen.

-44-s

AAA'

20 laar bestaat 7odoende uit 5.475.000 waarnemingen.

Het maximum vermogen da[

1 x

in de 20 laar voorkomL

bee-ft dos een kane van optreden van

1/5.475.000 = 1.83 E -7. Er wordt no bepaald well

vermo-gen Pm daatbij heart.

FrT. p > Pm 1 = 1 - F(Pm)

1 - F(Fm)

= 1.93 E -7

F(Pm) = 1

- 1.83 E -7

exp.i. -expE -4(Pm-u) 3 1 = 1

- 1.87 E -7

-expE

'(Fm-u)

J in( 1

- 1.87 E -7

)

= -1.8 E -7

-N( Pm - u

)

= ln( -1.8 E -7

)

= -15.570709

-0.0289544( Pm - 1095

)

= -15.530309

Pm

= 1671 kW

Een zelfde bewerking uitgevoerd veer can simulatieduur

van 30 dagen levert bij u = 1070 en

co<= 0.0242152

can maximumvermogen op van 1.711 kW.

Lilt fig 11 blijkt dat de waarnemingen bii daze simulatie

at verder van de regressielijn liggen zodat de parame

ters van de Gumbel verdeling wat onnauwkeuriger te

bepa-len zijn dan bii de simulatie van 300 dagen. Net

ver-dient dan oak aanbeveling am veer can nauwkeurig maximum

de parameters van de verdeling te bepaien door can

simu-latie van minstens 300 dagen uit te voeren.

Net maximumvermogen op daze manier bepaald geeft aan hoe

greet het maximumvermogen moat ziin dat de generatoren

kunnen leveren op zee, als we de invloed van de

koelcon-tainers buiten beschouwing laten.

Op daze manier is oak te bepalen welk percentage van de

waarnemingen beneden can bepaald vermogen valt

waarop

* can generator ontworpen is. U kunt dan zeggen hoeveel

procent van de waarnemingen de generator met

Ben

wine-keurige belastingsgraad draait.

Dc tijdsduur van het optreden van

can bepaalde beiasting

is oncleveer evenredig met het aantal malen dat die

belas-ting tijdens de simulatie voorkomt. Dit komt omdat

can

landere duur van can maximumverbruik ale het ware door

schakelingen van overige componenten in moot jes wordt

verdeeld.

-42-(2)