Huvudmomentet Teknik- Processteknik & Driftövervakning I detta huvudmoment ska vi få en inblick i hur elen fungerar i industrin och i hemmet. Varför ska vi kunna det? Jo! Runt vår närhet finns det fullt av el och mer blir det. Därför är det också bra att veta lite om det. På arbetsplatsen är det också bra att veta hur saker och ting fungerar runtomkring en. Man kanske är med i möten(t.ex byggmöten) och då är det ju bra att veta vad de säger så man kan vara med och utforma sin arbetsplats. 1
Huvudmomentet Teknik- Processteknik & Driftövervakning Mål Efter genomgånget huvudmoment ska de studerande kunna: Grundbegrepp i el, ström I (mäts i enhet A = ampere), spänning U (mäts i enhet V = volt), effekt P (mäts i enheten W= watt). Och kunna sambanden mellan dom olika grundbegreppen så att ni kan räkna ut olika beräkningar. Informationen från elsäkerhetsverkets pocket råd och kloka tips. http://www.elsakerhetsverket.se/ Veta vad starkströmsföreskrifterna är och står för. Elsäkerhet, jordning, jordfelsbrytare mm. Kunna beskriva och ge exempel på en funktionsbeskrivning. Kunna beskriva olika typer av nivåmätningar. Kunna beskriva objekts och instrumentlistor, PLC-signaler, digitala och analoga. Kunna redovisa sambanden mellan Analoga signaler (ma) i förhållande till ett instrument t.ex. nivå, syrehalt mm. Kunna beskriva vad en el ombyggnad innebär på ett verk. Projektarbetet. Styrsystem (PLC) hårdvara, mjukvara funktioner. Driftövervakning hårdvara, mjukvara. Funktioner i ett driftövervakningssystem: - Operatörsbilder, processbilder, driftrapporter, trendkurvor, larmhantering, behörighet inloggning, historik. Schema läsning. Kunna följa ett objekt på en elritning. Olika kommunikationssätt mellan PLC och driftsövervakningssystem. 2
Huvudmomentet Teknik- Processteknik & Driftövervakning Projektgenomgång Ellära Ellära med lite tester Allmänt om el Styr & Reglerteknik Funktionsbeskrivning & Listor PLC & Programspråk Pumpar & Motorer Driftövervakning Elsäkerhet Grupparbete: Bygg om en pumpstation. Skriv en rapport som ska ligga till grund för ett genomförande av ombyggnad. 3
På VA-sidan i Lundåkers kommun har en projektgrupp tillsatts för att se över en ombyggnation av en pumpstation. Den befintliga pumpstationen har inte rustats sen den byggdes på det glada 70-talet. 4
Som det ser ut idag så är inte pumpstationen kopplad till något styr eller övervakningssystem, därav går det åt mycket tid för driftpersonalen att åka ut och sköta stationen. Larm som t.ex. bräddning upptäcks inte i tid. 5
Då projektgruppen, bestående av kompetenta och kvalificerade tekniker från vatten & miljö utbildningen i Hallsberg går igenom pumpstationen dokumentation och driftjournaler inför rustningen lägger de också märke till att elinstallationerna är eftersatta och inte uppfyller kraven från elsäkerhetsverket. Det man har tittat på och beslutar sig för att åtgärda är: 6
Pumpar Nivågivare Operatörspanel Styrsystem Övervakningssystem Kommunikations sätt Funktionsbeskrivning för hela pumpstation och processen Elsäkerhet Ekonomi 7
Pumparna. Två nya ska installeras och ska klara framtida behov. Dagens pumpar: En av dem ska hastighetsregleras vilket görs lättast med en frekvensomformare. 8
Nivågivare: En nivågivare ska installeras så man kan veta nivån i pumpgropen. För att ha koll på flödet till reningsverket så vill man sätta dit en flödesmätare på utgående pumpad volym. Operatörspanel: I elskåpet skall en operatörspanel installeras för att man skall kunna ändra lite parametrar på plats. 9
Styr och övervakningssystem: Alla instrument och pumpar ska styras via ett styrsystem istället för manuellt. Pumpstationen ska dessutom kunna övervakas via ett övervakningssystem. För att det ska fungera så ska ett kommunikationssätt väljas som passar för den här stationen. 10
FUNKTIONSBESKRIVNING PUMPSTATION LUNDÅKERS KOMMUN 2010-08-02 PROJEKTGRUPP CHRISTIAN, KARIN & MATS Funktionsbeskrivning: För att allt detta ska fungera krävs att man upprättar en funktionsbeskrivning för hela pumpstationen och även för processen. En funktionsbeskrivning är något som ska finnas på alla olika arbetsplatser och ska ingå i de så kallade relationshandlingarna. Efter varje ny eller ombyggnation ska det överlämnas från varje entreprenör relationshandlingar som ska stämma överens med verkligheten. 11
Dessa ska uppdateras hela tiden när ändringar görs. Gäller alla inblandade entreprenörer: Bygg, VVS & Vent, EL & Tele, Mark, Programmering m.m. Relationshandlingarna ska innehålla, (om vi tar elen) det som krävs i bygghandlingen. Det är oftast: Planritningar, elscheman, teknisk information på allt materiel man använt, motor & instrumentlistor, driftsfunktioner, larmhantering och bruksanvisningar. 12
Programspråk Funktion Block Diagram (FBD) 1 & M1 En funktionsbeskrivning ska kunna ligga till grund för bl.a PLCprogrammering. Den som ska programmera en PLC ska kunna läsa funktionsbeskrivningen och därefter med hjälp av ett programmeringsverktyg göra ett program som stämmer överens med beskrivningen. I funktionsbeskrivningen ska det även framgå driftfunktioner och larmhantering. 13
Så här kan en form av funktionsbeskrivning se ut där man beskriver ett objekt åt gången. Avloppsvattenpump AP01 Vad det är för något En förkortning Vad det är för något igen med lite mer information Objekttyp & dess ändamål: Funktionsbeskrivning: Här beskriver man vad objektet gör Avloppsvattenpump (torruppställd) i pumpstation Pumpen AP01 pumpar avloppsvatten från uppsamlingsplatsen (pumpsumpen) i till reningsverks inloppspumpstation. AP01 Har status som första pump under jämna veckor och ska enligt inställda börvärden hålla 1,0 m i pumpsumpen. Under ojämna veckor har AP01 status som andra pump och startar då vid 2,8 meter och stoppar vid 0,8 meter Start- och stoppnivåerna regleras av nivågivare NG01 genom AI till PLC och dess inställda börvärden för nivå. Frekvensen på pumpen regleras av frekvensriktare FKR01 genom PLC efter inställda börvärden för nivå. Termokontakt intern brytning ger obefogat stopp. Här beskriver man vilka larm man ska få från objektet Här beskriver man om objektet ska styras automatiskt(från PLCn) Larm: Fjärrmanöver: Fjärrinställning: Frekvensfel, uteblivet svar frekvensomformare= A-larm Start/stopp Här beskriver man vad man kan göra för ändringar/ inställningar från övervakningssystemet Börvärde, Auto (reglerad)/hand (Fast) 14
Funktionsbeskrivning Processchema Ett processchema ska upprättas och för en pumpstation så blir det inte så stort. En enkel skiss där man ska kunna följa processflödet och objekten även utritade i symboler med objektens förkortningar. Processcheman kan ritas i t.ex. World, Paint eller PowerPoint om man inte har AutoCAD. 15
Funktionsbeskrivning Planritning. Ett planritning ska upprättas och för en pumpstation så blir det inte så stort heller. En enkel skiss där man ska kunna se objekten utritade med objektens förkortningar. För att man ska kunna orientera sig. Datum är viktigt, stämmer inte ritningen med verkligheten så kanske resten av all dokumentation inte gör det heller. Processcheman kan ritas i t.ex. World, Paint eller PowerPoint om man inte har AutoCAD. 16
Säkerhet Vad skulle det finnas för säkerhet i en pumpstation? Bra ventilation Det kan förekomma svavelväte i pumpstationer vilket kan orsaka skada på el material. Gasmätare ska finnas tillgänglig innan man går ner i pumpgropen. Återströmningsskydd Skyddsmodul mot återströmning. Potentialjordning Alla delar som kan leda ström ska anslutas till potentialjordningen, armering, ink vatten, ventilation m.m. Skyddsgaller, bra belysning, jordfelsbrytare och närvarolarm. 17
Ekonomi Rapporten är grund till en ombyggnation och då är det viktigt att veta kostnader för att kunna genomföra arbete. 18
Pumpar. Pumpar skulle bytas. Olika fabrikat som används inom VA skulle kunna vara: abs, Flygt, Iwaki, Grundfos, RITS m.m. Pumpar finns i massor av olika utföranden och storlekar. Det vanligaste pumparna behöver 400V för att snurra men finns så klart i andra spänningar beroende på vad de ska användas till 19
NC= Normal Close NO= Normal Open Projekt I databladet som finns för pumpen finns alla uppgifter som ska föras in i de listorna som vi kallar Motor & Instrumentlistorna. Något man ska tänka på när man ska beställa pumpar är att i grundutförandet så är alla pumpar utrustade med något som heter termokontakt. Det är en termisk(temperatur) vakt som känner av om motorn blir för varm och ändrar då från NC till NO. 20
Men är det så att pumpen är dränkt under vätskenivå så ska man beställa en funktion som kallas Läckagevakt. Läckagevakt är en vakt som även kallas fuktvakt och känner av om det kommer in vätska i motorn. Ett antal olika sensorer är tillgängliga. Termokontakter för statortemperatur. för övervakning av vatten i olja. för övervakning av vatten i statorhuset. för övervakning av vatten i inspektionskammaren. För att få med den funktionen så ska man tala om det vid beställning. 21
Motor Om vi skulle koppla in en motor så ska man ta reda på vilken spänning motorn ska ha för att snurra. Finns oftast två olika spänningar för motorer, 230V och 400V. 1-fas och 3-fas motorer har ni kanske hörtalas om. På alla motorer så finns en märkskylt där alla eldata står: Effekt(kW), Hertz(Hz), Volt, Ampere, r/m(varv/min), cosfi, skyddsklass(ip) märke och typ. Om man tittar på skylten så skiljer vi ut vilka Hz tal vi har, i Sverige har vi 50Hz som standard. Då finns bara två rader kvar. Då tittar vi på volten, på den här skylten finns 400 och 690V att välja på, 690V har vi inte i Sverige så den raden gäller inte heller. Så den eldata som gäller för den här motorn är den övre raden. Som ni ser så är den här motorn riktigt stor. 500 000W. De flesta motorer är 3-fas, 400V. Motorskylt 22
Den här motorn på 500kW startar man inte helst direkt. Man brukar starta motorer på olika sätt. Direktstart: Motorn startas med en kontaktor(är som en strömbrytare). Mjukstart: Motorn startar lugnt under en inställd tid tills den har kommit upp i fullfart. Även stopp kan gå lugnt till. Start med frekvensomformare: Motorn startar lugnt och går upp till den inställda hastigheten. Finns massor av olika funktioner man kan ställa in. Frekvensomformaren är programmerbar eftersom den innehåller en PLC. Kontaktor 23
En av de två pumparna ska vara hastighetsreglerade. Det gör vi med en frekvensomformare. Den sparar på motorn med hjälp av dess förmåga att ställas in på lämplig frekvens, d.v.s. motorns varvtal går att styra. Inställningarna man kan göra i en omformare är många, men det man måste göra före igångsättning är att skriva in motordata. 24
Det som står på motorskylten: Effekt, ström, spänning, motorns varvtal per minut och max/ min frekvens som önskas på motorn. Besparningar kan härmed göras genom att motorns strömbehov anpassas efter det verkliga förhållandet i flöde eller belastning. Varför man väljer att frekvensstyra en motor är i första hand att man vill kunna styra hatigheten och sedan att få en lugn start. 25
En frekvensomformare kan t.ex. känna av om motorn går för tungt, den stoppar då motorn och sluter en kontakt. (NO till NC) En funktion man kan nyttja genom att koppla 24V/DC på den ena sidan av kontakten och när den växlar och sluter så går signalen in till ett styrsystem t.ex. Är styrsystemet ihop kopplat med ett övervakningssystem så kan vi se att frekvensomformaren gett ett larm. 26
Frekvensomformaren innehåller en PLC så den är programmerbar och kan därför bevaka motorn på massor av olika sätt. Olika fabrikat inom VA: Danfoss, ABB, Siemens, VACON, NFO m.m. Går motorn för tungt så kan man få motorn att stanna, vända riktning en stund för att sedan vända tillbaka igen. Går den fortfarande tungt så larmar den. Man kan även få övervakning på om motorn går för lätt. 27
Elektriska signaler som man oftast vill få in till styrsystemet från en frekvensomformare är Driftsvar(man vill veta att den startat) larm(man vill veta när något är fel). Driftsvar, larm, startsignal, styrsignal Man vill kunna starta motorn från styrsystemet så det gör man genom att skicka ut en elektrisk signal. Startsignal. Styrsignal Dessa signaler är digitala. Digitala signaler har bara två lägen, 0 eller 1. 28
För att kunna styra hastigheten på frekvensomformaren så skickar man ut en analogsignal från styrsystemet. Till skillnad från de digitala som bara har två olika statusar så är analoga signaler variabla. Kan alltså vara allt mellan 0 och 1. Den vanligaste signalen man använder är 4-20mA. Andra kan vara 0-20mA, 0-10V. Nackdelen med att använda 0-20mA är att när signalen är 0 så vet man inte om det är 0 eller avbrott på signalen, därför är 4-20mA det bättre alternativet. 29
Nivågivare. Finns i lite olika utföranden, en variant kan vara att den sitter på en ledning(rör) och en annan att den hänger ner i vätska eller över en öppen kanal. De funkar tekniskt lite olika men har den likheten att de skickar en milliampere, 4-20mA. En liten ström som ett styrsystem kan läsa av. (4=0/tomt och 20=1/fullt) Alltså en analog signal. 30
Fördelen med att använda en nivågivare jämfört med att använd nivåvippor är att vi alltid vet vilken nivå vi har. Högnivå vippa Start vippa Stopp vippa Lågnivå vippa Nivågivaren skickar alltid en liten milliström(4-20ma). Analog signal Vipporna skickar tillbaka 24V/DC bara när de vänder på sig. Digital signal Högnivå vippan ger signal in när den höjden vi satt den på är uppnådd, men vi vet inte hur mycket över det är men det vet vi med en nivågivare. Nivågivare 31
Flödesmätare Mäter flödet som går genom ett rör. De vanligaste signalerna man vill ha från en flödesmätare är: flödet, larm och puls signal. Flödet mäts med en analog signal eftersom flödet är variabelt. Puls och larm signalerna är digitala, larmsignalen talar om det är larm eller inte och pulssignalen skickar en snabb puls t.ex. för varje liter som passerar. I PLCn summeras antalet pulser. 32
Flödesmätare Ultraljudsgivare kan användas om man ska mäta flöde eller nivå i en öppen kanal t.ex. Saker man ska tänka på vid installationen av en ultraljudsgivare: Att den installeras lodrätt med ytan. Att ytan är lugn. Att det inte finns skum bildning. Väderlek 33
Inom processindustrier så finns det massor av olika instrument. Nivå-, flödes-, slamhalts-, syrehalts-, tryck-, temp-, ph-mätare m.m. Fabrikat som man kan springa på inom VA är: MJK, Serlic, Siemens, ABB men finns fler så klart. 34
LAYOUT på operatörspanel En verklig bild av hur något ser ut placeringsmässigt och skalenligt. 800 Daterad ska den vara. Larmpanel OP01 AP01 Drifttid RESET AP02 Drifttid 1000 AP01 LP01 AP02 2010-08-02 35
Styrsystem Finns en rad olika styrsystem i både storlekar och fabrikat. De största inom VA-branchen är nog ABB, Mitsubishi och Siemens. Finns mindre och färdiga små styrsystem där antal in och utgångar redan är bestämt. Finns även små pumpstyrningar som är just för pumpstationer. 36
Mindre system kan monteras i dörren på apparatskåpet. Här kan man lätt gå in och ändra start och stopp nivåer för pumparna, kolla aktuell nivå eller dyl. En liten operatörspanel. Större system för större processer sitter oftast också en större operatörspanel i dörren. Beror helt på vilket behov man har för att göra ändringar på plats. 37
Är det så att man vill kunna se processen från en annan plats, t.ex. från en övervakningscentral så måste man kunna skicka över informationen från PLCn i pumpstationen till övervakningscentralen. Finns en rad olika sätt att göra det på: Radio= Väl etablerad och ett vanligt alternativ GSM= Står för Globalt System för Mobil kommunikation GPRS= Snabbare än GSM, kallas 2a och 3e generationens mobiltelefoni 3 och 4G= Ytterligare ett steg framåt i överföringskapacitet och hasighet. ISDN= digitala motsvarigheten till analoga telenätet Fiber= Ljus leds genom kablar Fast och hyrd ledning 38
Och för att det ska funka så måste man använda modem som gör om signalerna till det sätt vi valt. Fiber- ljus, Radio- radiovågor o.s.v. Finns en- och tvåvägs kommunikation, envägs så skickas informationen bara till en mottagare medans en tvåvägs kommunikation kan svara genom att skicka tillbaka information. Viktigt är också att se till att sändare och mottagare är kompatibla med varandra(talar samma språk). www.westermo.com 39
Övervakning Var som helst i värden kan man koppla upp sig, logga in och titta över processen. Och vad vill man se och veta om den då? Inom VA- branschen så innehåller övervakningsprogrammen 7 viktiga tekniska funktioner. - Inloggning - Processbilder - Driftrapporter - Trendkurvor - Rapporter - Larm hantering - Historik 40
Processbilder Driftrapporter Rapporter Historik, Larmhantering & Inloggning Trendkurvor 41
VILKA OPERATÖRSSYSTEM TILL SCADA/ÖVERVAKNINGSYSTEM FINNS? FIX CITECT ABB CAKTUS VA-OPERATÖR 42
Vad mer skulle kunna finnas i en pumpstation? 43
MOTOR & INSTRUMMENTLISTOR OBJEKT EL DATA STARTUTRUSTNING S T Y R S Y S T E M ANMÄRKNING DI DO AI AO SIGNALBESKRIVNING POS BENÄMNING DATA V kw A Direktstart PMP01 Avloppsvattenpump 285mᵌ/h 400 13,3 24 X X X 3 Omkopplare placeras i AS1 Flygt CZ3152 1 Omkopplare i autoläge 1 Driftsvar frekvensomformare 1 Larm frekvensomformare 1 Termokontakt 1 Startsignal 1 Driftindikering i processtavla 1 Strömmätning 1 Styrsignal PMP02 Avloppsvattenpump 285mᵌ/h 400 13,3 24 X X X 3 Omkopplare placeras i AS1 Flygt CZ3152 1 Omkopplare i autoläge 1 Driftsvar frekvensomformare 1 Larm frekvensomformare 1 Termokontakt 1 Startsignal 1 Driftindikering i processtavla 1 Strömmätning 1 Styrsignal Y/D-start Mjuk-start Frekvens omf Strömtrafo lägen Fjärråterst. Omkoppla re antal NVG01 Nivågivare 0-8 m 24 MJK 3400 Expert 4-20mA 1 Nivåsignal FLM01 Flödesmätare 8,8-442mᵌ/h 230 MJK MagFlux 7100 1 Puls 1 Larm 1 Flödessignal 44
MOTOR & INSTRUMMENTLISTOR OBJEKT EL DATA STARTUTRUSTNING S T Y R S Y S T E M ANMÄRKNING DI DO AI AO SIGNALBESKRIVNING POS BENÄMNING DATA V kw A Direktstart Y/D-start Mjuk-start Fr.omf.sta Strömtraf. Omkoppl. antal läg. 45