Teknik-processteknik och driftövervakning

Transkript

1 HEWLETT-PACKARD Teknik-processteknik och driftövervakning [Ange dokumentets underrubrik] Henrik [Välj datum] Av: Henrik Romberg, Christine Andersson, Jessika Eskilsson, Mona Petterson, och Sommai Phonphairoj VM-9

2 Sammanfattning Pumpstationen Någorlunda skall förnyas och uppdateras. Att koppla upp de tre pumparna mot ett PLC- reglersystem är en ekonomiskeffektivisering. Hela stationen sköter sig själv med undantag för visst underhållsarbete samt vid larm. När pumparna reglerar efter förinställda börvärden med frekvensomvandlare blir driften (start och stopp) jämnare och mer energieffektivare. Till pumpstationen har vi valt torrställda frekvensstyrda pumpar därför att de pumparna drar mindre el och blir därför billigare i drift. Nivågivare som vi valt är Keram 30 den är kopplad mot PLCn och styr start och stopp. Nivåelektroderna vi använder är MJK 501, elektroderna sitter på bräddningen på en och två meters djup. Nivåvippa MJK 7030 ska larma när det är hög nivå. Vippan känner av när pumparna ska gå igång. Flödesmätare har vi för att mäta flötet från pumpstationen. Brutet vattensystem har vi i pumphuset bland annat för renspolning av pumpsumpen. Systemet är brutet för att bakterier ej ska leta sig ut i ledningssystemet för rent vatten och orsaka smitta. Larm har vi för personalens säkerhet om något oföruttänkt skulle hända, till exempel om obehöriga bryter sig in. 1

3 Innehållsförteckning Sammanfattning... 1 Bakgrund och syfte... 3 Metod... 4 Mål... 4 Organisation... 4 Pumpstation... 5 Pumpar... 5 Frekvensomvandlare... 7 Nivågivare... 9 Nivåelektroder... 9 Nivåvippa Flödesmätare PLC - styrsystem Operatörspanel Första hjälpen Brutet vattensystem Larm Övervakningssystem Offert för pumpstation Processchema Planritning Apparatskåp Motorlista Slutsats Källförteckning

4 Bakgrund och syfte Vi är fem studenter som läser till vatten- och miljöteknik vid SKY:s framtidsutbildningar i Hallsberg. Vi är nu inne på vårt fjärde projekt där vi ska lära oss om teknik och processteknik samt driftövervakning. Vår uppgift är att renovera upp en gammal pumpstation till dagens förutsättningar och behov. För att göra detta måste vi: Göra ett processchema, funktionsbeskrivning och listor över våra objekt och instrument. Använda praktisk matematik. Visa en grundläggande förståelse gällande el, dess digitala komponenter och funktioner. 3

5 Tillämpa enklare beräkningar och dimensionering. Upprätta ett styrsystem och regelteknik som är förankrat i verkligheten, med flödesscheman, kommunikation, problemanalys, layout och optimering. Metod Till detta projekt kommer vi jobba på följande sätt: Studiebesök, kurslitteratur, informationshämtning, intervjuer. Vid problem som uppstår så kommer vi använda oss av PBL-metoden där vi tar kontakt med utomstående, kunskapsmässiga nyckelpersoner för eventuell intervju. Mål Projektets mål är att ge oss grundläggande elkompetens så att vi skall kunna förmedla problem som kan uppstå och i mån av magnitud på problemet åtgärda. Följande delmål hjälper oss att nå huvudmålet: Konstruktiva gruppsamtal Avstämning av projektet på distans via sociala medier. Följa tidsramen i projektplanen. Upprättandet av grov/detaljplan. Organisation Projektledare är Henrik Romberg. Övriga projektmedlemmar är Mona Petterson, Jessika Eskilsson, Christine Andersson, och Sommai Phonphairoj. Vi rapporterar till vår handledare Patric Lundfeldt. 4

6 Pumpstation Pumpstationen vi har upprustat ligger i Någorlunda en liten ort i Skåne med 3000 invånare. Kommunen planerar att bygga en camping i orten som gör att pumpstationen måste klara av att hantera ett flöde motsvarande 5000 pe. Den nuvarande pumpstationen är byggd på 70-talet och håller inte för dagens förhållanden samt att tekniken är daterad. För att kommunicera med pumpstationen har vi valt oss av fiber då det är pålitligt och snabbt. För att logga in på pumpstationen använder vi oss av en applikation som finns både till Iphone och Android, där man har ett individuellt lösenord. Dessa uppgifter lagras sedan i datorn där all historik lagras. Pumpar Vi har valt att använda oss av 3 st torruppställda pumpar i vårt pumphus. Pumpen vi har valt är ABS XFP-100E-CB 1,4 PE 60/4. Anledningen till att vi har valt torruppställda pumpar är att underhållsarbetet ska bli lättare att utföra och därmed spara tid och pengar och att personalens säkerhet främjas. Vi har fått ett trevligt och informativt bemötande av Kåre Odén på ABS group Sverige, som har hjälpt oss att komma fram till pumptyp med korrekt dimension som passar den pumpstation vi ska renovera. Det finns i och med att vi har installerat tre stycken pumpar utrymme för att vid senare tillfälle öka flödet genom pumpstationen, när området byggs ut. Funktionsbeskrivning Avloppsvattenpump torruppställd i pumpstation Pump 01 pumpar avloppsvatten från Någorlunda till Någorlunda reningsverk. Pump 01 har status att jämnt datum enligt inställda börvärden hålla 3 meters nivå i pumpsumpen. Pump 01 har som status att ojämna datum enligt inställda börvärden starta vid 4 meter och stoppa vid 3,5 meter. Start och stopp nivåerna ges av nivågivare NG via A1 till PLC och i denna programmerat inställda börvärden för pump 01. Frekvens på pump 01 regleras av FKR01 via PLC utifrån 5

7 Larm: Fjärrmanöver: Fjärrinställning: inställda börvärden. Till pump 01 finns en omkopplare i 3 steg (hand-0-auto), ett motorskydd och frekvensomvandlare anslutna. Frekvensfel, uteblivet svar frekvensomvandlare (A-larm) Start/stop Börvärde, Auto (reglerad)/hand (fast) Funktionsbeskrivning Larm: Fjärrmanöver: Fjärrinställning: Avloppsvattenpump torruppställd i pumpstation Pump 02 pumpar avloppsvatten från Någorlunda till Någorlunda reningsverk. Pump 02 har status att ojämnt datum enligt inställda börvärden hålla 3 meter nivå i pumpsumpen Pump 02 har status att jämt datum enligt inställda börvärden starta vid 4 meter och stoppa vid 3,5 meter Start och stopp nivåerna ges av nivågivare NG via A1 till PLC och i denna programmerat inställda börvärden för pump 02. Frekvens på pump 02 regleras av FKR02 via PLC utifrån inställda börvärden. Till pump 02 finns en omkopplare i 3 steg (hand-0-auto), ett motorskydd och frekvensomvandlare anslutna. Frekvensfel, uteblivet svar frekvensomvandlare (A-larm) Start/stop Börvärde, Auto (reglerad)/hand (fast) 6

8 Funktionsbeskrivning Larm: Fjärrmanöver: Fjärrinställning: Avloppsvattenpump torruppställd i pumpstation Pump 03 pumpar avloppsvatten från Någorlunda till Någorlunda reningsverk. Pump 03 har som status att varje natt pumpa ur pumpsumpen till 0,2 m. Start och stopp nivåerna ges av nivågivare NG via A1 till PLC och i denna programmerat inställda börvärden för pump 02. Frekvens på pump 03 regleras av FKR03 via PLC utifrån inställda börvärden. Till pump 03 finns en omkopplare i 3 steg (hand-0-auto), ett motorskydd och frekvensomvandlare anslutna. Frekvensfel, uteblivet svar frekvensomvandlare (A-larm) Start/stop Börvärde, Auto (reglerad)/hand (fast) Frekvensomvandlare Vi har valt att använda frekvensomvandlare för att kunna reglera pumparnas/motorernas varvtal. Eftersom de pumpar som vi har valt att installeras klarar att pumpa långt över vår dimensionering på 28 l/s, så kan vi via frekvensomvandlarena köra pumparna på ett lägre varvtal och på så sett spara energi. Frekvensomvandlare används på alla tre pumparna för att kunna använda alla tre pumparna i daglig drift utan att detta ska påverka energiförbrukningen allt för mycket. Via frekvensomvandlaren kör vi igång motorn med mjukstart, vilket minskar tryckbelastningen på rörnätet, pumpen startar på ett lågt varvtal som sedan ökar till det valda börvärdet. Vi har valt att använda oss av Mitsubishis frekvensomvandlare därför att ABS rekommenderade dessa och att vi på så sätt får en bra gemensam funktion på dessa komponenter. 7

9 Eftersom pumpstationen är relativt liten så monteras pumparna vertikalt efter ena väggen för att spara utrymme i pumpstationen. Funktionsbeskrivning Frekvensomvandlare FKR 01 FKR 01 är monterad till pump 01 för att styra frekvensen. FRK 01 reglerar pump 01 frekvens enligt inställda börvärden via PLC. Funktionsbeskrivning Frekvensomvandlare FKR 02 FKR 02 är monterad till pump 02 för att styra frekvensen. FRK 02 reglerar pump 01 frekvens enligt inställda börvärden via PLC. Funktionsbeskrivning Frekvensomvandlare FKR 03 FKR 03 är monterad till pump 03 för att styra frekvensen. FRK 03 reglerar pump 03 frekvens enligt inställda börvärden via PLC. 8

10 Nivågivare Vi har valt Keram 30 för att den är robust och har hög mätnoggrannhet och stabilitet. Den tål kraftigt förorenat avloppsvatten. Objekt och dess ändamål Nivågivare Keram 30 Funktionsbeskrivning Keram 30 är en keramisk nivå givare som är monterad i pumpsumpen den är kopplad mot en PLC och den styr start och stopp. Keram mA)0-10 meter. Pumpsumpen är 8 meter djup tryckgivaren sitter 2 dm över botten Larm Givarlarm = A-Larm Fjärrmanöver Fjärrinställning Nivåelektroder 9

11 Vi har valt att använda flödesmätare och nivåelektroder från MJK för att vi fick ett bra grupp pris och ett bra bemötande. Vi har jämnfört priser mellan olika aktörer och det här var det mest ekonomiska.vi har valt mjk 501 för att det är enkelt och prisvärt system för nivåkontroll Objekt och dess ändamål Nivåelektroder MJK 501 Brädd Funktionsbeskrivning Nivåelektroder MJK 501 Sitter vid bräddningen en elektrod sitter på 2 meters djup och en sitter vid bräddningen på 1 meters djup det är en extra säkerhet för larm vid bräddning Larm A-Larm=Bräddlarm Fjärrmanöver Fjärrinställning 10

12 Nivåvippa Vår vippa har en hermetiskt tillsluten mikrobrytare vippan påverkas när den ändrar läge ca 30 Objekt och dess ändamål Nivåvippa MJK 7030 graders lutning. 11

13 Funktionsbeskrivning Nivåvippa MJK 7030 ska larma när det är hög nivå den är tolv meter lång Vippan känner av när pumparna ska gå igång och den sitter på 4 meter Objekt och dess ändamål Larm Flödesmätare MJK MagFlux A-Larm= Nöddrift Fjärrmanöver Fjärrinställning Flödesmätare Flödesmätarens funktion är att mäta flödet som går igenom vår pumpstation den är elektromagnetisk spänningen mäts mellan två elektroder som sitter vinkelrätt mot 12

14 Funktionsbeskrivning Larm MJK MagFlux har vi placerat på avloppsledningen och den möter flödet från pumpen. Signalen ifrån MJK MagFlux ger Al till PLCn och det anges i m 3 /h DI insignaler fås genom en puls, 1 puls/m 3 pumpat avloppsvatten. Mätarfel-B-Larm Fjärrmanöver Fjärrinställning flödesriktningen och den är uppkopplad till PLCn. PLC - styrsystem Kort om vad PLC gör: PLC: progammable Logic Controller eller programmerbart styrsystem används för att automatisera olika former av processer. PLC styr processer genom att tolka olika elektriska insignaler (mätarvärde, flödesnivå, temperaturer osv) och jämför dessa signaler med de inprogrammerade önskade värden. Utifrån PLC:s tolkning sänds elektiska signaler ut till ställdonet och reglerar hur den skall jobba så att den önskade börvärden uppnås. De elektriska in- och utsignaler är både digitala- och analogasignaler. I PLC:n lagras informationer som kan tas ut. Fördelar med PLC reglering är automatisering av driften samt övervakning, vilket innebär att man genom en fjärrövervakning kan sköta driften av pumpstationen utan att vara fysiskt närvarande. Genom att reglera pumparnas drift via ett PLC-styrsystem där de aktuella flöden jämnförs med börvärden (det värde vi önskar ha för utpumpning av avloppsvatten) och där igenom kan pumparnas gång styras så det blir jämnare och på så sätt drar mindre ström samt mindre slitage på pumparna. Mindre energiåtgång samt slitage på maskinerna innebär bättre ekonomi. 13

15 Produktbeskrivning: Connect med inbyggd datalogger och displayfront: Basenheten har spänningsmatning på 230 V AC(växelström), 50 hertz eller 12 V DC (likström) ackumulator. Basenheten har även inbyggd batteriladdare med övervakning för backup. Effekt förbrukningen är på 25 VA. Kan anslutas till olika typer av kommunikationsmoduler till exempel tele-nät, GSM, GPRS, radio med flera. Vi har beslutat att pumpstationen skall vara ansluten via fiberanslutning. Möjlighet till framtida uppgraderingar. Displayen (operatör panelen) är inställd på svenska. Basenheten har minneskapacitet på 32 Mb Flash- minne. Standard utförande av Connect är utrustad med 16 digitala ingångar, 8 digitala utgångar, 6 analoga ingångar och 1 analog utgång. De digitala ingångarna(di) jobbar med spänningar V likström (DC) och de digitala utgångarna (DO) består av elektroniska reläer som skickar ut spänningar på max 48 V AC/DC/120 ma. De analoga ingångarna (AI) tar emot 4-20 ma. Funktionsbeskrivning: Då Connect har flera anslutningsmöjligheter kan den antingen arbeta som enskild styrenhet eller fungera som en understation. Styr och övervakningsenheten skall bland annat: 1. Reglera pumpgången till samtliga tre pumparna i pumpstationen. Pumpgången baseras bland annat utifrån indata från nivågivaren och flödesmätare som jämförs med de förprogrammerade börvärden. PLC: Connect basenhet med kontrollpanel 14

16 Digital in (DI) Digital ut (DO) DI1. Pump 1. Drift indikation. DI2. Utlöst av motorskydd. DI3. Pump 2. Drift indikation. DI4. Utlöst av motorskydd. DI5. Pump 3. Drift indikation. DI6. Utlöst av motorskydd. DI7. Nivå elektroner DI8. Nivåvippan, Pumpsump DI9. Flödesmätare, avloppsledning från pumparna. DI10. Omkopplare, Pump 1Auto DI11. Omkopplare Pump 2 Auto DI12. Omkopplare Pump 3 Auto DI13. Termokontakt Pump 1 DI14. Termokontakt Pump 2 DI15. Termokontakt Pump 3 DI16. Flödesmätare Puls DO1. Start pump1 DO2. Start pump 2 DO3. Start pump 3 DO4. Driftindikering. Analoga in (AI) AI1. Nivågivare Pumpsump AI2. Flödesmätare AI3. Temperaturmätare. Analoga ut (AO) AO1. Styrsignal Pump1 AO2. Styrsignal Pump2 AO3. Styrsignal Pump3 2. Varna när motorn är för varmt, motorn är ur funktion osv. Till exempel kan pumpen dra mer ström än den borde, detta kan bland annat betyda att pumpen håller på att sättas igen. PLC:n kan då skicka signaler till pumpen så att den börjar back köra. Skulle detta inte hjälpas sänder PLC: n larm till huvudcentralen. Styrenheten skall 15

17 alltså ge indikationer på om någonting inte står rätt med själva processen, samt försöka åtgärda felet och om inte detta går sända signal till huvudenheten i form av A-larm, B- larm och C-larm. A-larm akut fel med direkta åtgärder, B-larm ej akut och C-larm. 3. Data och informations lagring. Operatörspanel Operatörspanelen ska sitta på utsidan av apparatskåpet och är uppkopplad mot PLC:n, den ser olika ut beroende på märke samt vilka funktioner den skall ha. Gemensam är att den består av en display med knappar. Den är till för att bland annat åskådliggöra processen till exempel vad som pågår, vilka pumpar som är igång osv. Som driftpersonal skall du kunna ta fram data, historik, kurvor, logga in och logga ut samt ser tidigare inloggningar och tidigare utförda arbete på pumpstationen. En annan jätteviktig funktion är att kunna justera lättare styrparametrar, ändra pumpintervall osv. Pris och val av märke (motivation av val): Vi valde Connect som styr- och övervakningsenhet av pumpstationen från MJK. Vi valde produkten baserad mest på att personalen på MJK har varit väldigt tillmötesgående och hjälpsamma. De hade förståelse av att vi inte hade tillräckliga kunskaper för att kunna specificera oss exakt för den rätta produkten. Det gick även snabbt att få fram produkterna med tillhörande prisinformation. Priset på Connect basenhet med display är kronor. Pris för modem för fiberanslutning 5000 kronor. Pris för ma-modul för analoga utgångar 4000 kronor. 16

18 Första hjälpen Vi har valt att beställa en första hjälpen tavla från www. Proculator.net kostaden för den är 1795 kr det är en första hjälpen tavla som är framtagen för livsmedelsindustrin och den inkluderar bland annat en burn gel spray just för brännskador och den har även självhäftande plåster som sitter kvar även i vatten. 17

19 Brutet vattensystem Man kan ibland behöva spola rent i pumpsumpen eller använda rent vatten till annat i pumpstationen. Det är då viktigt att det finns ett luftgap ( brutet vatten ) för att det inte ska bli återströmning in i ledningsnätet för dricksvatten. Skulle det inte vara ett brutet vattensystem skulle till exempel bakterier kunna vandra ut i ledningssystemet och orsaka smitta. Vi har valt att låta renspola i pumpsumpen en gång per dygn, på natten då tillrinningen oftast är som lägst. Objekttyp och dess ändamål: Återströmningsskydd, Brutet vatten Funktionsbeskrivning: Vattenförsörjningen ansluts till den monterade magnetventilen. Vattennivån regleras med magnetventil som styrs av nivårelä och nivåspröt. Om återströmning sker bräddar mediet genom det icke cirkulära bräddavloppet. Spänningen är på 230 volt och effekten är 0,9 kilowatt. Pumpen styrs av en tryck-och flödesvakt som har ett torrkörningsskydd Larm Larm: B 18

20 Larm Detta larm är taget från abell systems och efter att ändamålet diskuterats så kom vi och säljaren överens om denna lösning. Objekt och dess ändamål Magnetkontakt TX-3DS Funktionsbeskrivning Larm Är en magnetkontakt för dörrar och fönster. Detta larm är placerat vid dörren. A-larm som går direkt till driftcentralen. Fjärrmanöver Fjärrinställning Objekt och dess ändamål Rörelsedetektor PIR-3S Funktionsbeskrivning Är en rörelsedetektor som är placerad mittemot dörren. Larm A-larm som går direkt till driftcentralen. Fjärrmanöver Fjärrinställning 19

21 Övervakningssystem Objekt och dess ändamål SeeTec ProBox5 inspelningsmjukvara Funktionsbeskrivning Larm Fjärrmanöver Fjärrinställning Objekt och dess ändamål Är programmet som styr kameraövervakningen. Detta program installeras i driftcentralen och har stöd för HDkameror, utöver det så finns det även stöd för appar till Iphone och Ipad. Då detta system kräver snabb dataöverföring så utnyttjas den befintliga fiberinternetanslutningen till max. Personalen i driftcentralen avgör i detta fall vad som är akut och inte. Panasonic WV-SW316L Funktionsbeskrivning Larm Är beteckningen på kameran som är placerad mittemot ingången. Denna HD kamera har IR-lampor i mörker som gör att bilden är svartvitt men fortfarande knivskarp kvalitet. Personalen i driftcentralen avgör i detta fall vad som är akut och inte. 20

22 Fjärrmanöver Fjärrinställning Kameraövervakningssystemet är taget från Nortech Security, där säljaren var väldigt trevlig och hjälpsam. HD-systemet valdes på grund av att det känns bra ur framtidssynpunkt då det antagligen blir allt vanligare kanske till och med standard. 21

23 Offert för pumpstation Företag Produkt Pris MJK Connect, styrsystem, kr styrpanel MJK Apparatskåp El kr MJK Flödesmätare, MagFlux kr dimension 125mm MJK Nivåvippa kr MJK Nivåelektroder kr MJK Nivågivare keram kr MJK am-modul analoga utgångar 4000 kr MJK Modem för PLC anslutning 5000 kr ABS Pump XFP-100E-CB1, kr*3= kr PE60/4 Beijer Electronics Frekvensomvandlare Mitsubishi FR-D kr*3=22650 kr (inkl. EMC-filter) HITAB Hygienvägg HV kr Procurator Första hjälpen tavla 1795 kr Malmberg Brutet vattensystem klass kr M SeeTec ProBox5 Inspelningsmjukvara 4275 kr Panasonic WV-SW316L 4690 kr Telia Fiberkabel 5000 kr Arne Persson El-frma Elinstallation kr Abell-system Magnetkontakt TX-3DS 440 kr Abell-system Rörelsedetektor PIR-3S 632 kr 22

24 Upprustningsmaterial Summa kr kr Processchema 23

25 Planritning 24

26 Apparatskåp Omkopplare Hand, 0, Auto PLC Pumpstyrning, drifttidsmätning Driftindikator Larmindikator 3-fasuttag

27 Motorlista Excel-fil i bilaga. 26

28 Slutsats PLC uppfanns för att automatisera samt underlätta styrning av produktionsprocesser. Genom att reglera en produktion eller process med PLC, eller progammable Logic Controller (programmerbart styrsystem) behövs inte ständigt mänsklig interaktion för att en eller flera processer skall fungera. En PLC system har flera in- och utgångar som tar emot respektive skickar iväg elektriska impulser. En process i PLC:n tolkar olika insignaler och jämför dessa signalvärden med de önskade värdena (förprogrammerade börvärden), sedan skickar den ut styrsignaler till olika ställdon (exempel pumpar eller maskiner) så att de jobbar tills de önskade värdena uppfylls. PLC: n har kapacitet att lagra olika data vilket gör att man kan följa hela processen och få en överblick. En pumpstation med PLC-reglering sköter sig själv och behöver endast underhållas vid behov, vilket sparar både tid och pengar. 27

29 Källförteckning Jörgen Bergqvist Gunnar Ekedahl Odén Tillämpad reglerteknik och mikrobiologi i Kommunala reningsverk, Publikation U10 maj Svenskt Vatten. Föreläsningsmaterial MJK: sven åke clason Motorstyrning, arbeta med el, Håkansson, Sällberg. Liber