Teknik-processteknik och driftövervakning

Teknik-processteknik och driftövervakning Av Grupp 1 Emanuel, Adam, Oskar och Patrik

FÖRORD Pumpstationer finns över hela Sverige och i alla kommuner. De har byggts i olika tider under olika standarder. Vår pumpstation är byggd på 70talet och har ett flertal med brister. Pumparna går dåligt och går sönder ofta samma gäller nivågivare och flödesmätare. Styrsystem existerar inte och det kräver att många besök som både är dyrt och tidskrävande. Säkerheten är väldigt låg i pumpstation och många tycker att det är svårt och att det känns som en säkerhetsrisk att åka till denna pumpstation. Det finns inget närvarolarm, första hjälpen eller gasmätare. Belysning är obefintlig och elsäkerheten är mycket eftersatt. Med detta i baktanke så lägger vi ett förslag för att åtgärda dessa problem. SYFTE Syftet med detta projekt är att vi skall förstå hur en pumpstation fungerar. Men för att kunna göra detta så måste vi veta hur elen i en pumpstation fungerar. Hur man skall tänka när det gäller säkerhet, men även hur allt skal fungera runt övervakning och styrsystem. Som driftstekniker skall vi kunna åka till en pumpstation och utföra vårt arbete utan att utsätta oss för fara och arbeta effektivt. Vi ska också kunna hur övervakningssystem fungerar och hur man ska tänka när man väljer pumpar, nivågivare och flödesmätare. SAMMANFATTNING Detta är den femte projektuppgiften som grupp 1 har sammanställt under YH utbildningen Vatten och Miljöteknik. Ju längre tiden går desto varmare känner vi oss i kläderna då både intresset och förståelsen inom vattnets värld och branschen i regel växer för varje dag som går. Rapporten är en sammanställning av vårat projekt, vars mål är att renovera och säkerställa kvaliteten i en pumpstation. Vi har därmed valt att gå igenom pumpstationen och byta ut de produkter som vi anser är i störst behov av byte. Vi har lagt stor fokus på att upprätthålla stationens kvalitet och öka dess livslängd, genom att byta ut pumpar, nivågivare, flödesmätare, styrsystem, operatörspanel, övervakning och kommunikationsverktygen. Vi har sammanställt denna rapport med hjälp av kurslitteratur, föreläsningar, kontakter inom branschen och en gnutta sunt förnuft och vi känner oss härmed nöjda med vår nuvarande projektrapport. 1

MOTIVERING TILL UPPGRADERINGEN AV VÅR PUMPSTATION Grupp 1 har valt att driftoptimera den slitna pumpstationen genom att uppgradera den med dagens teknologi. Motiveringen är i vår gemensamma mening simpel och ekonomiskt försvarbar, nämligen hållbarhet, säkerhet, anpassningsbar och driftsäker. Med dessa investeringar vi gör idag får vi en pumpstation som är helt anpassad efter våra behov, samt med möjligheten att uppgradera, ändra och optimera driften efter framtida behov om dessa så ändras. 2

INNEHÅLLSFÖRSSTECKNING Förord... 1 Syfte... 1 Sammanfattning... 1 Motivering till uppgraderingen av vår pumpstation... 2 Elektronik... 4 Pumpar... 4 Nivågivare... 4 Flödesmätare... 5 Styrsystem... 5 Operatörspanel och övervakning... 7 Kommunikation... 9 Funktionsbeskrivning... 10 Pumpstationen som helhet... 10 Pumpar... 10 Nivågivare... 11 Flödesmätare... 11 Operatörspanel... 12 Styrsystem Microsmart FC4a/fc5a SERIES... 12 Processchema Pumpstation... 13 Planritning... 14 Säkerhet... 14 Ekonomi... 16 Motor och instrumentlista... 18 Reflektioner... 19 Källor... 19 3

ELEKTRONIK PUMPAR Vi valde en flygt NP 3127, 488 i N-pump serien då det finns många fördelar med dessa. Det är framförallt den hydraulutformningen på pumphjulet som är självrensande. Det här gör att pumpen kommer att ha högeffektiv driftcykel då verkningsgraden hålls hög under drifttiden. Pumpen utrustas även med backventil och spolventil för att undvika igensättning och andra problem som stör driften. Pumpen monteras genom att föras ner i pumpsumpen mellan två parallella gejdrör för att sedan anslutas med kopplingsfoten och det här är kallas för halvpermanent våtinstallation. en Vi valde att ha frekvensomformare på båda två pumparna då det underlättar att ha samma system istället för att blanda. Frekvensomformaren är en Danfoss AQUA IP55. Det är även en fördel då det ger en större variation eftersom man kan programmera in hur pumparna ska gå under dygnet, om man exempelvis vill ha en period då den ökar ifall något skulle fastna i pumpen. Det är även ekonomiskt också fördelaktigt då det inte är lika hög startströmsförbrukning då den ökar från noll successivt till den har kommit upp i den önskade hastigheten. Det ger även mindre slitage på pumparna vilket ökar livslängden. Frekvensomformaren är till för att variera pumpens flöde och effekt genom att ändra växelspänningen till en annan växelspänning och frekvens. NIVÅGIVARE Vi har valt en nivågivare Keram 30 från MJK. Vi valde denna för att den är noggrann och stabil. Dessutom passar den vår prisklass. Syftet med nivågivaren är att man skall veta vattennivån i brunnen. Dels för att kunna reglera nivån men även för att kunna se problem snabbt och förhoppningsvis åtgärda dessa innan större problem uppstår. Keram 30 kostar 3500kr 4

FLÖDESMÄTARE Vi har valt två flödesmätare av märket MJK och modellen är Magflex 7100. Syftet med flödesmätarna är att de skall mäta flödena in och ur pumpstationen. Det gör att man kan upptäcka höga flöden till eller från pumpstationen. Det ger mer klarhet om ett fel uppstått. Vi vill ha flödesmätare som mäter kontinuerligt och att den är kompatibel med vårt styrsystem. Magflex 7100 kostar 6000kr STYRSYSTEM För att kunna styra processen över huvud taget så krävs det ett styrsystem. Vi har valt oss att förlita oss på Beijer Electronics styrsystem vid namn MicroSmart FC4A/FC5A Series, vilket är ett kompakt PLC med fullgod prestanda som kan anpassa efter våra behov. Hur fungerar det? Detta är två exempel på en simpel PLC programmering som enbart kräver ett knapptryck (Input) för att resultera i funktion (Output), i detta fall en lampa. Det första exemplet enligt bilden är N/O (normally open) vilket betyder att kretsen normalt sett är bruten och att vi genom knapptryckningen sluter kretsen och ger den möjlighet att få signal med lampan och därmed tänds. Det andra exemplet är omvänt då det är en N/C (normally closed) funktion, vilket betyder att kretsar är sluten från början och därmed lyser och därmed kräver ett knapptryck för att stängas av. 5

Detta är en lite mer avancerad beskrivning av hur PLC programmering kan se ut med två knappar. I detta exempel så kan ni se att A är N/C (normally closed) och B är N/O (normally open) vilket betyder att både lampan kan lysa vid tre olika knappkombinationer likt följande. Vad används PLC till? PLC programmering används som sagt till flertalet olika lösningar inom en rad olika industrier, sammhällsfunktioner och inte minst i vatten och reningsverk. Tack vare PLC programmerings mångsidighet och kompatibilitet med så pass många olika relän och givare så är möjligheterna för PLC programmering otroligt stora. Med PLC så kan du programmera allting från automatiska skjutdörrar till din lokala matbutik till avloppsverkets pumpstationer. Installerar du en nivåvippa i systemet och en timer så kan du även programera systemet att automatiskt stänga av och starta igen om vattenflöder överstiger en önskad mängd. PLC är ett väldigt smidigt verktyg för exempelvis backspolningar utifall man använder sig av mekaniska strypare för vattenledningarna. Pris: 21 856 kr (inklusive operatörspanel och övervakning) Motivering: Med detta koncept krävs ingen programmering av kunden. Ladda bara ner applikationen i PLC och HMI (samma enhet) och starta direkt. Konfigurera den funktion du behöver genom att följa manualen. 6

OPERATÖRSPANEL OCH ÖVERVAKNING Produktinformation och användningsområde. 1: Styrning och övervakning: IX T7B SoftControl är en operatörspanel från Beijer Electronics och är programmeraren och operatörens verktyg för att styra, underhålla och programmera avloppspumpstationens moment. Operatörspanelen används för att på ett simpelt sätt ansluta in och utsignaler till de olika funktioner som pumpstationen ska utföra samt de individuella konfigurationerna just er pumpstation behöver. Själva operatörspanelen utför inget arbete i sig, utan den är ger dig snarare en grafisk överblick av vad de olika givarna, pumparna och nivåvipporna registrerar vilket ger dig en större förståelse över processen i realtid. Det finns många olika alternativ vad gäller kommunikation mellan de olika instrumenten i en pumpstation och vi har valt att använda oss av ethernet/tcp-ip kommunikation. Detta betyder att det krävs en anslutningskabel för att enklast kunna underhålla och arbeta med styrsystemet och operatörspanelen. 2: Börvärden och larmfunktion. Ytterligare en funktion som är värd sin vikt i guld är möjligheten att programmera in börvärden, samt att systemet känner av avvikelser såsom när en pump eller givare ger av avvikande resultat. 7

Att ha möjligheten att sätta ett börvärde är väldigt attraktivt, då du då kan säga åt systemet att reagera på om avloppsvattnet är korrosivt eller liknande. Några exempel på larmtyper är: Pumparna är blockerade Inget driftsvar Utlöst pump Missad omstart Missad backspolning Hög ström Låg ström För hög luftfuktighet För låg luftfuktighet Servicetid. Bräddningslarm Hög nivå Låg nivå Spänningsavbrott Fasbrottslarm Detta var som sagt ett fåtal av alla de larm som systemet kan känna av och medge via operatörspanelen. Likt bildexemplet så sorteras även larmen i olika kategorier, nämligen röd (akut), gul (fel) och grön (åtgärdat), vilket i sin tur hjälper dig prioritera de fel som kan finnas i systemet. Dessa kvitteras sen ut och försvinner från larmlistan, men sparas i historiken utifall behovet för jämförelse finns i framtiden. Utformning: Operatörspanelens styrkor ligger i dess utformning och ger dig en överblick över all önsvärd info. För att förtydliga detta så har jag markerat ut olika knappar på skärmen för att ge läsaren en bättre inblick i panelens möjligheter 1: Hem (Start) 2: Backåt (Backa ett steg) 3: Övervaka (Se hela processen) 4: Hjälpmedel (Statistik och dylikt) 5: Inställningar (Lätta ändringar) 6: Admin (Administratörsrättigheter) 7: Information (Info om systemet) 8: Namn för stationen 9: Planerad service 10: Datum och tid. 8

Motivering: Motiveringen till införskaffningen av Beijer Electronics Operatörspanel är simpel och beskrivs därmed med ett ord, kompatibilitet. Beijer Electronics erbjuder fullständiga lösningar för alla dina behov med en pumpstation, då deras produkter är väldigt smarta och smidigt konstruerade för att fungera med varandra, samt även fungera med övriga konkurrenters produkter. Beijer Electronics lägger korten på bordet och delar med sig av kodningen till deras styrsystem i både PLC och HMI-Projekt, för att låta sina kunder göra potentiella individuella ändringar och expansioner av sitt system. Detta gör systemet lite extra framtidssäkert, då man i framtiden kanske är tvungen att göra ett akut inköp av någonting i pumpstationen som inte finns inne hos Beijer och då vet man redan med säkerhet att denna produkt kan implementeras i systemet utan större problem. KOMMUNIKATION Lyckligtvis så finns det en koppling till stadsnätet mycket nära stationen. Så vår kommunikation med styrsystemet blir stadsnät. Dels för att det ligger nära och blir billigt på sikt och att det är stabilt med mycket lite störningar. Installation med utrustning kommer att kosta 20000kr 9

FUNKTIONSBESKRIVNING PUMPSTATIONEN SOM HELHET Objekttyp och dess Pumpstation 1245 på Sköna skogsgatan ändamål: Funktionsbeskrivning: Spillvattnet kommer ifrån Sköna sommarby och skickas vidare mot reningsverket i Lundåker. Bräddningsavlopp är lett till ett dike som går jämsmed Sköns skogsgatan. Larm: Fjärrmanöver: Fjärrinställning: A,B och C larm PLC styrsystem Olika på olika objekt PUMPAR Objekttyp och dess Spillvattenpumparna är nedsänka i brunnen. ändamål: Funktionsbeskrivning: Spillvattenpump 1, SP1, är igång jämna veckor och spillvattenpumpen 2, SP2, är igång ojämna veckor. Den aktuella pumpen startar när vattennivån är 3meter och slutar när den nått 0,8meter Vid flöde över 100l/sekund startar även den andra pumpen för att försöka förhindra bräddning. Frekvensomformaren Danfoss AQUA IP55 används för att reglera pumpens frekvens. Larm: Frekvensfel eller ingen signal till frekvensomformaren = A-Larm Fjärrmanöver: På och Av Fjärrinställning: Auto eller manuell styrning och Börvärde. 10

NIVÅGIVARE Objekttyp och dess Nivågivare som är nedsänkt i sumpen ändamål: Funktionsbeskrivning: Nivågivaren, NG, är placerad nere i sumpen för att ge vatten nivån i brunnen. NG skickar värden för att reglera pumparna SP1 och SP2. Larm: Fjärrmanöver: Fjärrinställning: Utebliven signal till styrsystem = A-Larm Ingen Ingen FLÖDESMÄTARE Objekttyp och dess ändamål: Funktionsbeskrivning: Flödesmätare som är monterade på inlopp, FM1, och utlopp, FM2 FM1 mäter inflödet in i pumpstationen och FM2 mäter utflödet ifrån stationen. Detta skickas till styrsystemet för övervakning och statistik. Skillnaden mellan in och ut värdena kan indikera läcka eller/och bräddning. Larm: Fjärrmanöver: Fjärrinställning: Utebliven signal till styrsystem = B-Larm Höga/låga flöden = B-Larm Ingen Värden på hög och lågt flöde 11

OPERATÖRSPANEL Objekttyp och dess IX T7B SoftControl ändamål: Funktionsbeskrivning: Operatörspanelen är till för att underlätta arbetet med processtyrningen och låta operatör och programmerare lättare styra, övervaka eller programmera systemet. Utan en operatörspanel så måste du manuellt leta reda på fel och funktioner som inte fungerar som de ska, men med en operatörspanel så kan du med lätthet felsöka och följa processen med lätt övervakning. Larm: Fjärrmanöver: Fjärrinställning: Operatörspanelen har larmfunktion beskriven i motiveringen. Via operatörspanelen kan du fjärrstyra hela processen. Du kan komma åt operatörspanelen via reningsverket. STYRSYSTEM MICROSMART FC4A/FC5A SERIES Objekttyp och dess ändamål: Funktionsbeskrivning: Styrsystemets uppgift är att agera tolk i systemet. Alla olika funktioner och signaler i systemet behöver tolkas och förstås och det är där styrsystemet kommer in i bilden. Via styrsystemet så kan du programmera de olika funktionerna och lära dem känna igen speciella signaler, för att sedan låta pumparna, nivågivarna eller vipporna göra sina arbetsmoment. Larm: Fjärrmanöver: Fjärrinställning: Om strömmen går. Via operatörspanelen eller reningsverkets centralstation. Via operatörspanelen eller reningsverkets centralstation. 12

13 PROCESSCHEMA PUMPSTATION

PLANRITNING SÄKERHET Brandsläckare: Detta skall finnas i pumpstationen om någon är där så skall man kunna släcka en brand om det uppstår. Brandsläckaren är en pulversläckare för att den släcker lättast elektronisk utrustning. Brandsläckare ska sitta på ett lätt åtkomligt ställe. Kostnaden är 1500 kr. 14

15 Skor med stålhätta: Driftteknikerna skall ha stålhätta skor på sig när man går in i pumpstationen. Detta för att man skall kunna skydda sig ifrån slag och klämskador på fötterna. Kostnaden är 500kr per person. Hörselskydd: Driftteknikerna skall ha hörselskydd tillgängliga när man arbetar i pumpstationen. Detta eftersom det kan förekomma höga ljud och väldigt skärande ljud som kan skada driftteknikernas hörsel. Kostnad är 200 kr per person. Halkfritt golv: Golvet ska vara knottrigt så att det är lättare att få grepp. Även vid situationer när det ligger vatten på golvet. Även luckorna över brunnen skall vara knottriga. Detta finns redan i pumpstationen. Gasmätare: Det ska finnas fastmonterade gasmätare och lösa mätare som man kan ta med ner i brunnen. Detta är på grund av att det kan blidas svavelväte i pumpstationer, och den gasen är giftig. Det ska även utföras kontroller på gasmätarna varje år för att säkerställa att de fungerar som de skall. Det fasta larmet ska larma både i pumpstationen men även till reningsverket. Kostnaden är 3000kr. Bra ventilation: Det skall finnas en bra ventilation för att vädra ut eventuella gaser samt f att göra arbetsmiljön bättre. Ventilationen kan även vara kopplad till gasmätaren som ökar hastigheten på fläktarna för att vädra ut eventuell svavelgas. Kostnad är 1000 kr Brandlarm: Det skall finnas ett brandlarm som sitter i taket av pumpstationen. Vid en eventuell brand så larmas det både i stationen men även i kontrollrummet på reningsverket. Ett larm utanför pumpstationen är att föredra för att varna privatpersoner. Kostnaden är 2500 kr Första hjälpen: Första hjälpen låda skall finnas på ett lättåtkomligt ställe. Kostnad är 400 kr. Ögontvätt: Det skall finnas en ögontvätt tillgänglig. Denna används om man får i ett främmande ämne i ögat, tex något frätande. Den ska även vara lätt att nå och sitta på ett bra ställe i pumpstationen. Kostnad är 150 kr. Jordfelsbrytare/potential jordning: Det skall finnas en jordslinga som knyter ihop allt som leder ström T.ex. vatten, armering, ventilation och motorer. Allt som har en sladd och är ansluten till ett eluttag ska vara jordade i pumpstationen. Allt detta är för att säkerheten i pumpstationen ska var hög som möjligt. Kostnaden är 1200 kr Säkringar: Det kommer finnas säkringar för allt som leder ström i pumpstationen. Så om det blir för hög ström eller om det blir något fel med en elektrisk apparat i pumpstationen kommer strömmen brytas. Kostnad är 1500 kr inklusive ett proppskåp

Bra belysning: Det bör vara en bra belysning i pumpstationen eftersom det blir lättare att arbeta i bättre ljus. Det blir även mycket säkrare eftersom man ser vad man gör och vart man sätter fötterna när man går runt i pumpstationen. Belysning bör kopplas till en rörelsedetektor, så att den alltid sätt igång när man öppnar dörren till pumpstationen. Kostnad 800 Kr Luckor över brunnen: Det ska finnas luckor över brunnen som gör att man inte kan ramla ner när man arbetar. Luckorna skall vara låsta med ett hänglås och nycklar ska finnas in pumpstationen och i reningsverket. Om man ramlar ner i brunnen så finns det en stege för att ta sig upp. Kostnad är 1200 kr Närvarolarm: Det finns ett närvarolarm som betyder att man vet om någon är i pumpstationen. När lamporna tänds registrerar larmet att någon är närvarande, om lamporna fortfarande är tända efter 30minuter startar larmet. Larmet går att nollsälla i pumpstationen och om detta inte görs går larmet även till reningsverket som i sin tur kan kolla om driftteknikern är i fara. Kostnaden är 2000 kr. Stege i brunnen: Det ska finnas en stege för att kunna ta sig ner och upp i brunnen. Stegen ska vara gjord av stål och den skall skickas ner i brunnen när man har öppnat luckorna. Stegen ska även vara utrustad med antihalk material så man inte halkar. Kostnad är 800kr Sele och vinsch: Detta ska finnas för att man ska kunna gå ner i brunnen och kunna arbeta säkert och effektivt. Selen sätter man på sig när man går ner i brunnen för att kunna vinschas upp om man gör sig illa eller inte kan ta sig upp. Vinschen ska sitta i taket och man ska kunna flytta på den om man vill. Detta för att kunna lyfta upp pumparna. Vinschen ska styras med en panel som sitter på väggen i pumpstationen. Kostnad är 2200 kr Handsprit och handfat: Det ska finnas sprit och ett handfat så man kan tvätta händerna ordentligt efter utfört arbete. Kostnad är 800 kr. Återströmningsskydd: Det är ett skydd som gör att bakterier inte kan komma kontakt med det ingående dricksvattnet. Kostnad är 1000 kr, EKONOMI 16

produkt Pris i kr Säkerhet Brandsläckare Stålhätteskor Hörselskydd Gasmätare Ventilation Brandlarm Första hjälpen Ögontvätt Jordfelsbrytare/potentialjordning Säkringar Belysning Luckor över schakten Närvarolarm Stege Sele och vinsch Handfat och handsprit Återströmsskydd Total kostnad för säkerhet 1500kr 1500kr 600kr 2000kr 1000kr 2500kr 400kr 150kr 2200kr 1500kr 800kr 1200kr 2000kr 900kr 2200kr 800kr 1000kr 22250kr Elektronik Nivågivare Flödesmätare Pumpar Styrsystem, operatörspanel och övervakning 3500kr 6000kr 140000kr 21856kr Stadsnät( med installation) Arbetskostnad Total kostnad 20000kr 145000kr 358606kr 17

Med den här kostnaden så har vi bestämt att vi ska renovera pumpstation. Det här priset passar vår kommuns behov och ekonomi. MOTOR OCH INSTRUMENTLISTA 18

REFLEKTIONER Det här arbetet har verkligen varit givande och vi har verkligen fått söka efter informationen och själva bestämma mycket. Säkerheten är verkligen viktig i en pumpstation och det märkte även vissa av oss när vi utförde vår LIA och vi har ständigt prioriterat den därefter. Ekonomin har även varit en stor faktor i det hela eftersom det är något som alltid är viktigt ute i arbetslivet. Vi har även fått en bättre förståelse för styrsystem och övervakningen och att det är väldigt mycket som faktiskt behövs för att det ska fungera. KÄLLOR Framsidan Bilden kommer ifrån www.cactus.se Elektronik http://www.mjk.se/produkter/nivaa/keram-30/ Hans Sandin-Telhede, arbetat med fiberinstallation. Beijer Electronics Säkerhet http://www.dafo.se/produkter/brandslackare/pulverslackare/ http://www.firstaid.cederroth.com/sv/produkter/tavlor/test-1/ http://www.proffsmagasinet.se/matinstrument/miljoinstrument/gasmatare https://www.vidaxl.se/p/141279/elektrisk-vinsch-1300-w-400800- kg?gclid=cmst0mx1g80cfetpcgodnaaanq http://www.jula.se/catalog/klader-och-skydd/skydd/fallskydd/fallskyddsselar/fallskyddssele- 906217/ Flygt hemsida Danfoss 19