projektiranje industrijskih procesa.pdf

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA Zavod za elektrostrojarstvo i automatizaciju

PROJEKTIRANJE I AUTOMATIZACIJA INDUSTRIJSKIH POSTROJENJA

Prof. dr. sc. Ivan Gašparac Doc. dr. sc. Mario Vražić

Zagreb, Listopad 2012

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja SADRŽAJ 1.

Materijalni, energetski i informacijski tokovi..........................................................2 1.1. Postavljanje zahtjeva na industrijsko postrojenje ..........................................2 1.2. Tehnološki proces .........................................................................................3 1.3. Odrednice tehnološkog procesa ...................................................................3 1.4. Struktura industrijskog postrojenja ................................................................3 1.5. Tokovi materijala, primarna tehnološka oprema ...........................................3 1.6. Tokovi energije, sekundarna (energetska) tehnološka oprema....................4 1.7. Tokovi informacija, tercijarna (informacijska) tehnološka oprema.................4 1.8. Tokovi informacija u industrijskom postrojenju Cinčaonice .........................14 1.9. Hijerarhija upravljanja industrijskim postrojenjem .......................................18 1.9.1. Osnovna hijerarhijska struktura............................................................18 1.9.2. Organizacija upravljačkog sustava.......................................................19 2. Projektiranje, dokumentacija ..............................................................................22 3. Tehnička dokumentacija.....................................................................................32 3.1. Zahtjev na suvremenu tehičku dokumentaciju ............................................32 3.2. Osnovne značajke dokumentacije...............................................................32 3.3. Podjela tehničke dokumentacije s obzirom na namjenu..............................33 3.3.1. Projektni zadatak .................................................................................33 3.3.2. Idejna rješenja......................................................................................34 3.3.3. Idejni projekt.........................................................................................34 3.3.4. Investicijski elaborat.............................................................................34 3.3.5. Glavni projekt .......................................................................................35 3.3.6. Glavni izvedbeni projekt.......................................................................35 3.3.7. Dokumentacija za pogon i održavanje .................................................35 3.4. Standardi, propisi, uzusi u tehničkoj dokumentaciji .....................................36 3.5. Podjela tehničke dokumentacije s obzirom na sadržaj................................36 3.6. Tekstualni dio dokumentacije......................................................................36 3.6.1. Tehnički opis ........................................................................................36 3.6.2. Tehno-ekonomsko obrazloženje ..........................................................36 3.6.3. Obavezni proračuni..............................................................................37 3.6.4. Popis opreme.......................................................................................37 3.7. Crtežni dio dokumentacije...........................................................................40 3.7.1. Spojne sheme ......................................................................................40 3.7.2. Priključne sheme..................................................................................50 3.8. Označavanje u dokumentaciji .....................................................................55 4. Automatizacija....................................................................................................57 4.1. Programabilni logički kontroler (PLC)..........................................................57 4.2. Upute za korištenje programskog paketa STEP 7 ......................................61 5. Kompenzacija (regulacija) jalove snage .............................................................68 5.1. Teorija kompenzacije ..................................................................................69 5.2. Idealni kompenzator....................................................................................70 5.3. Specifikacija parametara za kompenzator jalove snage tereta ...................71 5.4. Osnovna teorija kompenzacije ....................................................................72 5.5. Glavni tipovi kompenzatora.........................................................................76 5.6. Tiristorski upravljana prigušnica (reaktancija) (tcr) .....................................78 6. Popis slika ..........................................................................................................85

1

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja

1. Materijalni, energetski i informacijski tokovi Ova tema će se obraditi na primjeru industrijskog postrojenja “CINČAONICA DALEKOVOD”. Osnovna je zadaća ove teme upoznavanje strukture industrijskog postrojenja i njegovih značajki, kako bi se sa što jasnijim pojmovima moglo pristupiti bilo kojoj djelatnosti usmjerenoj prema cjelini industrijskog postrojenja i/ili prema nekom njegovom dijelu. ŠTO TVORI INDUSTRIJSKO POSTROJENJE ? Industrijsko postrojenje tvori organizirani skup sredstava za proizvodnju, a što omogućuje provedbu smislenog tehnološkog procesa.

1.1. Postavljanje zahtjeva na industrijsko postrojenje Svako industrijsko postrojenje sagrađeno je sa svrhom realizacije određenog tehnološkog procesa. Temeljni cilj projektiranja industrijskog postrojenja je da osigura sigurni, energetski efikasan i privlačni okoliš za rad, istraživanje, razvoj i proizvodnju industrijskih proizvoda. Zato se industrijsko postrojenje projektira i gradi prema zahtjevima TEHNOLOŠKOG PROCESA, i to s obzirom na: • opremu koja omogućuje provedbu suvremenog tehnološkog procesa, • energetiku koja pokreće opremu u izvršavanju svih radnji koje tehnološki proces nalaže, • upravljanje i regulaciju, kojih su zadaće: ispunjavanje svih zahtjeva upravljanja i regulacije u pojedinim tehnološkim funkcionalnim cjelinama industrijskog postrojenja, • zaštitu, kojoj je temeljna zadaća da, u slučaju nastupa kvara u bilo kojem dijelu strukture industrijskog postrojenja, osigura odgovarajuće brzu intervenciju tehnike i/ili pogonskog osoblja, kako bi se spriječile moguće, ali neželjene posljedice i nekontrolirano ponašanje dijelova postrojenja, ili postrojenja kao cjeline, • signalizaciju, vizualizaciju procesa, kako bi pogonsko osoblje moglo što aktivnije i stručnije sudjelovati u odvijanju tehnološkog procesa , i time osigurati pogon od pogubnih radnji koje bi mogle ugroziti ljude, okolinu, tehnološki proces, materijalna dobra ili dovesti do značajnih gubitaka u proizvodnji.

2


1.2. Tehnološki proces Tehnološki proces je, u osnovi, niz potpuno određenih postupaka po kojima se predmet (ili predmeti) obrade giba, obrađuje, oblikuje, spaja (ili odvaja) kemijski i/ili samo fizički s (ili od) ostalim predmetima - sudionicima tehnološkog procesa, oplemenjuje propisanim postupcima oplemenjivanja, kontrolira u onim dijelovima postupka koji zahtijevaju kontrolna mjerenja zbog postizanja zahtijevane kvalitete, zaštićuje za kasniju uporabu, i konačno pohranjuje. Dakle, tehnološki proces se odvija po receptu, prema kojem se od sirovina, energije, pomoćnih materijala u "kuhinji" industrijskog postrojenja stvara novi proizvod, ili se oplemenjuje, dorađuje, prerađuje postojeći proizvod, kojem treba dati novu kvalitetu, novu funkciju i/ili obličje (dizajn).

1.3. Odrednice tehnološkog procesa Suvremeni tehnološki proces određuju : tokovi materijala i pripadna tehnološka (primarna) oprema, tokovi energije i pripadna energetska (sekundarna) oprema, tokovi informacija (tokovi: upravljanja, regulacije, zaštite, signalizacije, vizualizacije i sl.) i pripadna informacijska (tercijarna) oprema.

1.4. Struktura industrijskog postrojenja Strukturu industrijskog postrojenja, s obzirom na opremu i procesne tokove, a prema zahtjevima tehnološkog procesa, čine: primarna-tehnološka, sekundarna-energetska i tercijarna-informacijska oprema, tokovi materijala, tokovi energije i tokovi informacija.

1.5. Tokovi materijala, primarna tehnološka oprema Industrijsko postrojenje obrađuje i/ili prerađuje sirovine i/ili poluproizvode u proizvod po tehnološki jasno utvrđenim postupcima. Tokove sirovina i/ili poluproizvoda od ulaza u industrijsko postrojenje pa sve do uskladištenja gotovog proizvoda nazivamo TOKOVIMA MATERIJALA. Ovi se tokovi ostvaruju uz pomoć PRIMARNE TEHNOLOŠKE OPREME; u pravilu se radi o strojarskoj opremi za prihvat, transport i obradu materijala kao osnovne supstance tehnološkog procesa proizvodnje.

3


1.6. Tokovi energije, sekundarna (energetska) tehnološka oprema Za obradu ili preradu materijala (sirovina, poluproizvoda) potrebna je energija: toplinska, mehanička, električna, kemijska, itd. Osim toga, sve aktivnosti koje tehnološki proces nalaže primarnoj tehnološkoj opremi, ostvaruju se uz pomoć energije, najčešće električne, pretvorene u mehaničku. Tokovi materijala mrtvi bez TOKOVA ENERGIJE. Jedna od osnovnih zadaća projektanta industrijskog postrojenja jest određivanje pravog udjela energetskih tokova u odvijanju tehnološkog procesa, bilo da se radi o obradi/preradi ili transportu materijala. Opremu, kojom se obavlja zadana pretvorba energije, nazivamo SEKUNDARNA (ENERGETSKA) TEHNOLOŠKA OPREMA. Najčešće se radi o elektromotornim pogonima za transport, mehaničku obradu, a ponekad, i o opremi za toplinsku obradu materijalnih tokova, kao što je npr. slučaj kod elektrolučnih ili indukcijskih peći, ili, kao u našem slučaju, plinskih peći za cinčanje.

1.7. Tokovi informacija, tercijarna (informacijska) tehnološka oprema Upravljanje čine smisleno postavljeni TOKOVI INFORMACIJA, vođeni uz direktno sudjelovanje upravljača (čovjeka), ili vođeni procesnom automatikom. Većina procesa se ostvaruje kombiniranjem oba ova načina. O dinamici tokova energije ovisi kvaliteta odvijanja tokova materijala. Time je velikim dijelom određena kvaliteta tehnološkog procesa kao cjeline. Dinamika tokova energije zahtijeva upravljanje usklađeno sa zahtjevima vođenja tehnološkog procesa. Što sve čini tokove informacija ? Svi oni tokovi, koji na bilo koji način informiraju o trenutnom i trajnom stanju procesa i opreme, a na temelju informacija upravljaju, reguliraju, signaliziraju, vizualiziraju stanje, štite opremu i tehnološki proces, nazivamo TOKOVIMA INFORMACIJA. TOKOVE INFORMACIJA dijelimo u dvije osnovne grupe: aktivne i pasivne Aktivnima proglašavamo one tokove koji upravljaju i reguliraju odvijanje tehnološkog procesa, dok u grupu pasivnih svrstavamo sve zaštitne i signalizacijske funkcije. To, zapravo, znači da pasivni prate odvijanje tokova materijala, energije i informacija, ali

4

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja tako da se, u trenutku koji predstavlja opasnost za opremu i/ili tehnološki proces, pretvaraju u nadređene, vrlo aktivne tokove zaštite i signalizacije. Tokovi informacija se ostvaruju opremom odgovarajućih svojstava; ovu opremu, u odnosu prema primarnoj i sekundarnoj tehnološkoj opremi, nazivamo TERCIJARNA (INFORMACIJSKA) TEHNOLOŠKA OPREMA. Navedene tokove – materijala, energije, informacija, prikažimo na primjeru industrijskog postrojenja Cinčaonice. TOKOVI MATERIJALA su za ovaj primjer prikazani na tlocrtu hale CINČAONICE (slika 1.) Pratimo slijed: • materijal (u ovom slučaju poluproizvod) za cinčanje slijedi put od ulaska u halu, • transport do kadâ za kemijsku obradu, • pranje i sušenje prije obrade cinčanja, • cinčanje u kadi za cinčanje; • nakon cinčanja materijal, kao gotov proizvod ovog tehnološkog procesa, odlaže se u prostor za završnu obradu proizvoda (čišćenje i priprema za otpremu iz hale), • otprema iz prostora industrijskog postrojenja na skladište gotovih proizvoda. Osim poluproizvoda, u tokove materijala se uključuju i one sirovine (materijali) koji služe kao sredstva za realizaciju tehnološkog procesa. U našem slučaju radi se o CINKU (temeljnom sredstvu tehnološkog procesa za obradu), kemikalijama za dekapiranje poluproizvoda, sredstvima za ispiranje kemikalija nakon dekapiranja, te otpadnim materijalima iz tehnološkog procesa.

5


Slika 1:Tokovi materijala (primjer Cinčaonica)

6

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja TOKOVI ENERGIJE u slučaju CINČAONICE imaju dva osnovna izvora: • •

toplinsku energiju za taljenje i održavanje cinka u rastaljenom stanju u kadi za cinčanje (energija plina), električnu energiju za pogon EMP-a i svih ostalih električnih potrošača u okviru tehnološkog procesa,.

Sekundarna (energetska) oprema je pridružena svakoj pojedinoj jedinici primarne (tehnološke) opreme. Za prikaz tokova energije poslužit će tlocrt hale uz naznaku primarne (tehnološke) opreme s pripadnom sekundarnom (energetskom) opremom. U našem slučaju na tlocrtu hale prikazana je, uz primarnu opremu, i sekundarna oprema. Energija plina ima sljedeći tok: od plinske stanice posredstvom plinovoda teče plin do gorionika na kadi za rastaljeni cink. Pretežiti dio toplinske energije predaje se rastaljenom cinku u kadi kako bi se održavao na tehnološkim procesom određenoj temperaturi; Preostala toplina se dimnim plinovima, zajedno s otpadnim plinovima iz tehnološkog procesa cinčanja, odvodi u ekološki prečistač, nakon čega se očišćeni zrak pušta u atmosferu. Prema sličnoj proceduri se plinom kade za kemijsku obradu materijala. Uobičajeno je da se u energetske, posebno toplinske tokove, uključuju i otpadne energije, bilo iz tehnološkog procesa ili od otpadnih materijala.

7


Slika 2: Tok energije plina (primjer Cinčaonica)

8

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja Električna energija ima razvijenu mrežu svojih tokova. Zajednički dovod za sve industrijske potrošače počinje u trafostanici a završava na sabirnicama u rasklopnim ormarima smještenim u blizini pripadnih kada za cinčanje. U našem slučaju prikazana shema predstavlja niz odvoda za napajanje potrošača industrijskog postrojenja Cinčaonice, tj. napajanja sekundarne opreme. Praćenje elektroenergetskih tokova započet ćemo na sabirnicama rasklopnog ormara EB1. Na tlocrtu hale prikazana je, uz primarnu opremu, sekundarna oprema. Na jednom karakterističnom primjeru pogledajmo tok električne energije u napajanju EMP-a vagona za transport poluproizvoda (materijala što ga treba cinčati): energija poteče od sabirnica pripadnog razvodnog ormara , posredstvom frekvencijskog pretvarača do elektromotora, koji za potrebe TP-a obavi pretvorbu električne energije u mehaničku, tj., daje energiju primarnoj opremi (vagonu) za transport poluproizvoda zacrtanim putem do kada za kemijsku obradu.

9


Slika 3: Tokovi električne energije – osnovni razvod dovoda - (primjer Cinčaonica)

10


Slika 4: Tokovi električne energije (primjer Cinčaonica)

11

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja Sličnu operaciju, s obzirom na tok energije, pogledajmo na jednom dizaličnom pogonu: Posredovanjem frekvencijskog pretvarača EMP-a dizalice energija poteče od sabirnica pripadnog razvodnog ormara do dizaličnog motora, koji za potrebe TP-a obavi pretvorbu električne energije u mehaničku, tj, daje energiju primarnoj opremi (pogonu dizanja) za spuštanje (ili dizanje) poluproizvoda u (ili iz) kadu za kemijsku obradu.

12


Slika 5: Tokovi električne energije (primjer Cinčaonica)

13


1.8. Tokovi informacija u industrijskom postrojenju Cinčaonice Sistematiziranjem primarne (tehnološke) opreme, energetskih tokova i pripadne sekundarne (energetske) opreme dobivaju se funkcionalne cjeline s obzirom na obavljanje pojedinačnih zadaća tehnološkog procesa. Kako se u ovom slučaju radi o tipičnom distribuiranom upravljačkom sustavu, ova podjela će dobro poslužiti pri rješavanju informacijskih tokova i pripadne tercijarne opreme. Tako dolazimo do niza funkcionalnih cjelina kojima upravljaju programabilni logički kontroleri [ PLC ]. Odaberimo tipičan tok informacije za slučaj upravljanja EMP-om vagona. Tok upravljačke informacije će slijediti sljedeću stazu: Operater -----------Æ tipkalo ---------ÆPLC---------Æfrekvencijski pretvarač Ukoliko blokade (krajnji prekidači) dozvoljavaju izvršavanje radnje, tj. vožnju vagona, vagon obavlja zadanu operaciju u cijelosti. Ovim je dat prikaz početka i kraja toka informacija upravljanja EMP vagona. Svi ostali EMP-i, odnosno objekti upravljanja, se na sličan način upravljaju posredstvom operatera i PLC-a uz moguće blokade koje osiguravaju pogon od pogrešnih operacija. Tercijarna (informacijska) oprema, kojom se ostvaruju informacijski tokovi, u osnovi sadrži: • tipkala, • senzore, • PLC -ove, • operacijske panele, • računala Informacijski tokovi se mogu razvrstati u: • tokove zaštite i signalizacije (pasivni informacijski tokovi), • tokove upravljanja i regulacije (aktivni informacijski tokovi). Zaštita ima osnovnu zadaću da štiti ne samo komponente sekundarne nego i primarne opreme. U ovom slučaju je zaštita ostvarena kao klasična zaštita elektroenergetskih krugova uz pomoć: • osigurača • prekidača (elektromagnetska, bimetalna) • zaštita kroz blokade u obavljanju tehnoloških operacija, ostvarena krajnjim prekidačima ili na druge načine.

14

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja Signalizacija ima zadaću da u svakom trenutku pokaže stanje uključenosti / isključenosti elektroopreme, stanje zaštita, dojavu alarmom za predviđene kritične točke pogona i opreme. Tokovi upravljanja i regulacije čine posebnu cjelinu, kojoj je zadaća da osigura zahtijevanu dinamiku procesa. Za konkretni slučaj IP Cinčaonice prikažimo osnovne upravljačke i regulacijske staze, tj. prikažimo kako teku upravljački i regulacijski informacijski tokovi:

Slika 6: Tokovi informacija (primjer Cinčaonica)

15


) Slika 7: Tokovi informacija (primjer Cinčaonica)

16


Slika 8: Tokovi informacija (primjer Cinčaonica)

17


1.9. Hijerarhija upravljanja industrijskim postrojenjem Industrijsko postrojenje s modernom tehnologijom proizvodnje predstavlja, u pravilu, složen oblik procesnog upravljanja, kako po velikim količinama obrađivanog materijala, tako i po mnoštvu fizikalnih veličina i njihovih parametara, bitnih za kvalitetu i kvantitetu odvijanja procesa. Prethodno su utvrđeni sastav i struktura industrijskog postrojenja, bilo s obzirom na tehnologiju s pripadnim tokovima, bilo s obzirom na opremu. U nekim tumačenjima fizikalnih zbivanja u upravljačko-regulacijskim tokovima mogla se je nazrijeti i hijerarhija upravljanja, ali samo u nekim odvojenim dijelovima. U ovoj glavi dat je osnovni pristup hijerarhiji u industrijskom postrojenju Primarna tehnološka oprema postrojenja je praktički u potpunosti određena, a određene su i tehnološke cjeline s obzirom na odvijanje samog procesa. Hijerarhija proizvodnog procesa uvjetuje organizaciju tehnološke opreme, koja predstavlja okosnicu proizvodne strukture. Suvremeno industrijsko postrojenje karakterizira Moderna tehnologija Složeni oblik upravljanja procesom i veći zahtjevi na informatičku opremu Inplementacija tehnološkog znanja u sustav za vođenje procesa (tendencija prema oblikovanju ekspertnog sustava) Veliki broj informacija (analognih, digitalnih) Složene obrade u više razina

1.9.1.

Osnovna hijerarhijska struktura

Osnovna hijerarhijska struktura tehnološkog procesa strukturirana je po operacijskim cjelinama a svaka operacijska cjelina ima zadaću da svoje tokove materijala (transport i obrada svih komponenti u procesu) pomoću primarne tehnološke opreme (strojarska oprema), termoenergetskih tokova (kemijski procesi) i elektroenergetskih tokova (elektromotorni pogoni i sl.), obrađuje na takav način da se postigne zadovoljavajuća kvaliteta proizvoda, uz dozvoljene utroške materijala i energije, te da se postigne zadovoljavajuća proizvodnost (količina). U modernoj tehnologiji se rješavanje ove zadaće povjerava informacijskim tokovima koje ostvaruje odgovarajuća tercijarna oprema. Svako vođenje procesa zahtijeva dobro izrađenu hijerarhijsku strukturu, s jasno određenim vertikalnim i horizontalnim vezama, i potpuno određenim zadaćama pojedinih sudionika u odvijanju procesa. Prvi korak pri zasnivanju informacijskog sustava bila bi razrada tehnološkog procesa u okviru pojedine cjeline u smislu stvaranja, odn. imenovanja nositelja hijerarhijske strukture, nakon čega se može prijeći na određivanje hijerarhijske povezanosti .

18


1.9.2.

Organizacija upravljačkog sustava

Osnovno svojstvo organizacije upravljačkog sustava je njegova distribuiranost (sve do razine pogonskih grupa), što rezultira obradom većine informacija "na licu mjesta”. Osnovu informacijskog sustava čine distribuirane upravljačke jedinice (PLC) odgovarajuće snage za rješavanje postavljenih zadataka upravljanja, nadzora, regulacije, zaštite i prijenosa podataka u centar. Dimenzioniranje i pridjeljivanje pogonima vrši se u skladu s tehnološkim zahtjevima i izvedbom procesne opreme. Distribuirana procesna jedinica odgovarajuće snage pridjeljuje se onom pogonu ili skupini pogona koji u procesu djeluje kao funkcionalna cjelina. Izbor tipa jedinice i ”snage” ovisi o količini ulazno - izlaznih signala i složenosti funkcija koje je potrebno riješiti u odabranoj skupini pogona. SAMOSTALNO UPRAVLJAČKO MJESTO Za funcionalno povezanu grupu pogona (funkcionalna grupa), koja mora biti pod neposrednom vizualnom kontrolom, organizira se "samostalno upravljačko mjesto" . Njega čini upravljačko mjesto opremljeno klasičnom komandno-signalnom opremom. UPRAVLJAČKO MJESTO Za ispunjenje zadataka centralnog upravljanja, nadgledanja i obrade podataka operacijske cjeline organizira se upravljačko mjesto sa slijedećom opremom - centralnom procesorskom jedinicom PLC, - funkcijskim i alfanumeričkim tastaturama, - sinoptičkom pločom, - komunikacijskom vezom prema centru U slučaju velikog broja pogona, koje treba nadzirati i upravljati, te velike količine procesnih informacija moguće je dobiti informacije o stanju procesa i opreme te vršiti intervencije u način rada opreme i procesa. OBRADA PODATAKA Procesne informacije, prikupljene pomoću distribuiranih inteligentnih jedinica (PLC), u centralnoj procesnoj jedinici doživljavaju razne stupnjeve obrade. Ove obrade možemo podijeliti po složenosti i namjeni u tri skupine: tzv. primarna obrada informacija, čiji je cilj brzo informiranje o događajima u procesu, izračunavanje i prikazivanje pokazatelja rada i stanja procesa koji mogu ukazati na korekcije u načinu vođenja procesa, pohranjivanje izračunatih i primarnih informacija na način pogodan za kasnije analize pogona. Primarne procesne informacije prikupljaju se u obliku analognih mjerenja, jednosmjernih ili dvosmjernih, digitalnih signala dvopoložajnih ili jednopoložajnih aparata (zaštite) te digitalnih impulsnih veličina (brojila). Pomoću ovih informacija vrši se tipična matematska obrada, čiji se rezultati koriste u daljnjem vođenju procesa.

19

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja DISTRIBUIRANE PROCESNE JEDINICE Osnovnu koncepciju procesnog upravljanja čine distribuirane procesne jedinice. Distribuirane procesne jedinice predstavljaju univerzalno sredstvo rješavanja svih upravljačkih funkcija do određenog stupnja složenosti u jednom dijelu procesa. Njihove su funkcije slijedeće: prikupljanje svih procesnih signala, primanje lokalnih instrukcija, zadavanje postavnih veličina regulatorima, izdavanje komandi izvršnim aparatima, signalizacija stanja, itd Informacije se u distribuiranim procesnim jedinicama obrađuju na slijedeći način: Digitalni signali davača se galvanski odvajaju i obrađuju u skladu sa zahtjevima. Analogni signali se normiraju u standardne iznose te obrađuju (npr. usporedba sa zadanim limitom, aritmetička obrada), ili omogućavaju izvršavanje regulacijskih funkcija. Povezujući programski logičke, regulacijske i druge pomoćne funkcije u jednom uređaju (PLC) (umjesto žičnog povezivanja na klasični način) postiže se veća fleksibilnost i pouzdanost i bolja mogućnost optimiranja regulacije. Izlazni signali mogu biti raznoliko formirani što omogućuje njihovo dobro prihvaćanje u svim slučajevima, a u slučaju kvara upravljačke jedinice izlaz zauzima definirano stanje pa se proces zaštićuje od posljedica kvara u upravljačkom sustavu. Svaka jedinica je povezana komunikacijskom vezom s ostalim jedinicama u sustavu. OCJENA PRIMJENE DISTRIBUIRANOG SUSTAVA UPRAVLJANJA Analiza mogućnosti primjene modernog načina upravljanja pokazuje da je upravljanje procesom pomoću distribuiranih upravljačkih sustava vrlo jednostavno, pregledno, pouzdano, lako je ostvariva redundantnost, brza dijagnostika i uklanjanje kvarova. Posebna prednost se ogleda u fleksibilnosti sustava s time da je omogućen i potpuno nezavisan rad svake upravljačke jedinice u hijerarhiji, kako u odnosu na druge niže jedinice, tako i prema centralnoj jedinici, budući da takva distribuirana jedinica obavlja potpuno samostalno sve potrebne funkcije i operacije upravljanja, mjerenja, regulacije i zaštite za pojedinu pogonsku grupu. POVEZIVANJE S PROCESOM Tipovi signala Ulazni signali Digitalni razina pomoćnog napona 24 do 220V galvansko odvajanje signala i prilagodba za PLC Analogni Standardni ulazi - strujni 4-20mA, 0-20mA,

20

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja -naponski 0-10V Poželjna što manja udaljenost mjerni član- PLC, što manje međuspojeva, što manje pretvornika – što direktniji prijenos mjerni član - PLC . Izlazni signali Digitalni - traži se što veća snaga; koji put zbog veće izlazne snage treba dodati međureleje - poželjno što manje spojeva i pretvornika – što izravniji prijenos npr. na izvršni član Analogni - za analogne mjerne instrumente, reference analognim regulatorima MEĐUSOBNO POVEZIVANJE PROCESNIH JEDINICA LOKALNA KOMUNIKACIJSKA MREŽA Osobine: Brzina prijenosa (kb/s, Mb/s) Duljina i raspored mreže (prstenasta, zrakasta) Pouzdanost s obzirom na pogreške u prijenosu Pouzdanost s obzirom na zaštitu od smetnji u prijenosu Medij prijenosa: Oklopljeni kabeli – tipično 2-4 žilni, koaksijalni Optički kabeli (velika brzina prijenosa, otporni na elektromagnetske smetnje, galvanski odvajaju) KOMUNIKACIJSKA MREŽA Različiti standardi, svaki određuje svoj konektor, vrstu kabela, protokole... RS-232 IEEE-488 Centronix Profibus ...bus Ethernet

21


2. Projektiranje, dokumentacija Osnovna je zadaća ove teme upoznavanje suvremenog procesa projektiranja (prvenstveno elektroprojetiranja) i odgovarajuće dokumentacije s osnovnom svrhom uspješnog korištenja tih znanja pri održavanju industrijskog postrojenja CJELINU PROJEKTIRANJA ČINE TRI PROJEKTA: Financijski Marketinški Tehnički Osnovne faze u procesu projektiranja pregledno su prikazane na slici 9.

22


Slika 9: Proces projektiranja industrijskog postrojenja

23

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja KOMPONENTE PROJEKTA

Komponente tehničkog dijela projekta proizlaze iz strukture postrojenja, a to su u pravilu: Tehnološki Građevinski Strojarski Hidraulički Pneumatski Energetski Elektrotehnički I ostali, već prema postrojenju VREMENSKO KODIRANJE PLANIRANJE TERMINA I TRAJANJA POJEDINIH FAZA Nužnost vremenskog planiranja (npr. isporuka vijaka na gradilište) Metode Mrežni dijagram Analiza trenda Dijagram trajanja Pomagala (programska podrška) Programi ELEKTROTEHNIČKI PROJEKT Faze elektrotehničkog projekta Osobitosti: “E” projekt je sastavni dio cjelokupnog projekta Početak “E” projekta ovisi o kompleksnosti cjelokupnog projekta Za iste projekte različiti investitori, kupci i projektanti imaju drugačije metode i faze projekta Proizlaze iz tehničke strukture postrojenja. To mogu biti odvojeni ili integrirani projekti: Elektroenergetski EMP Temeljna automatizacija (PLC) Rukovanje i vizualizacija Procesno upravljanje (matematički model) Upravljanje proizvodnjom Računalna podrška menagementa Osnovni blokovski prikaz slijeda aktivnosti pri projektiranju prikazan je slikom 10, a na slici 11 je prikaz međuzavisnih elemenata u procesu projektiranja.

24


Slika 10: Osnovni blokovski prikaz slijeda aktivnosti pri projektiranju

25

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja PRIKAZ MEĐUZAVISNIH ELEMENATA U PROCESU PROJEKTIRANJA

Slika 11: Prikaz međuzavisnih elemenata u procesu projektiranja

26

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja PROJEKTIRANJE KAO DIO SUSTAVA OSLONJENOG NA CAD BAZU PODATAKA Suvremeno projektiranje za koje se koriste specifični programski alati koristi CAD bazu podataka kao svoj važni integralni dio pomoću kojeg se uvodi jednostavnost i uniformnost. Projektiranje je dio takvog sustava u kojem su i druge komponente (slika 12).

Slika 12: Projektiranje kao dio sustava oslonjenog na CAD bazu podataka

27

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja INŽENJERSKA GRAFIKA - element projektiranja i izrade dokumentacije

PRINCIPI CRTANJA: DANAŠNJI INŽENJERSKI CRTEŽI SU SVE SLOŽENIJI I OPSEŽNIJI PROJEKTI POSTAJU SVE SLOŽENIJI PROCES PROIZVODNJE NAPREDUJE UNIVERZALNI IZVORI NABAVLJANJA ZAHTIJEVAJU JASNIJE SPECIFIKACIJE -OSIGURANJE KVALITETE CRTANJA -DECIMALNO KOTIRANJE -KONCEPT S TRI PROJEKCIJE -JEDNODIMENZIONALNI CRTEŽI POVIJESNI RAZVOJ TEHNIČKOG CRTANJA 450 G.PR.N.E. JEDAN OBLIK PERSPEKTIVNOG CRTANJA 1300-1500. RENESANSA – PERSPEKTIVA I PERSPEKTIVNI POGLED IZ ZRAKA (DÜRER, DA VINCI) 1790. NACRTNA GEOMETRIJA 1820. IZOMETRIJA 1900. UVOĐENJE STANDARDA 1960. STROJEVI ZA CRTANJE 1963. KOMPJUTERSKA GRAFIKA 1970. CAD (COMPUTER AIDED DESIGN) 1985. 3 D MODELIRANJE

28

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja PRIMJER

Slika 13: CAD primjer

PROJEKTIRANJE PRIMJENOM RAČUNALA Korištenje računala i specijalnih računalnih programa (alata) pri projektiranju u različitim fazama projekta. Redovito se pri tom automatizirano računalom izrađuje i dokumentacija.

29

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja TERMINI I SKRAĆENICE CAD COMPUTER AIDED DESIGN - projektiranje (konstruiranje) podržano računalom - primjena računala u svim fazama konstrukcijskog procesa CADD COMPUTER AIDED DESIGN AND DOCUMENTATION - izrada tehničke dokumentacije pomoću računala CAE COMPUTER AIDED ENGINEERING - primjena računala u svim inženjerskim aktivnostima pri razvoju proizvoda CAM COMPUTER AIDED MANUFACTURING - primjena računala u proizvodnji, nc programiranje, upravljanje izradom, rukovanjem i skladištenjem CAP COMPUTER AIDED PLANNING - planiranje proizvodnje pomoću računala (ili PPS - production planing system) CAQ COMPUTER AIDED QUALITY ASSURANCE - primjena računala u planiranju i osiguranju kvalitete proizvoda CAMRP COMPUTER AIDED MATERIAL REQUIREMENTS PLANUNG gospodarenje materijalom (sirovinama, poluproizvodima, proizvodima) pomoću računala CIM COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING - planiranje, nadzor i upravljanjesvih faza projektiranja i izrade proizvoda pomoću računala - integracija CAD, CAM,CAP, CAQ, CAMRP tehnologija IZBOR CAD SUSTAVA PLAN IZBORA - POSTAVLJANJE ZAHTJEVA - ISTRAŽIVANJE SVOJSTAVA POJEDINIH SUSTAVA - DEMONSTRACIJA RADA I MOGUĆNOSTI - KRITIČKA OCJENA - IZBOR, NABAVA, INSTALACIJA Uporaba cad sustava osnovna podešenja upoznavanje s radom - priručnik, obuka postavljanje i korištenje simbola izrada i korištenje posebnih specifičnih programskih sekvenci integracija cad sustava s ostalim sustavima (npr. uključenje u cim sustav) Struktura cad sustava Tipičnu struktura nekog multidisciplinarno uporabljivog cad sustava čine: osnovni modul - crtanje osnovnih geometrijskih likova, kotiranje crteža, šrafiranje presjeka... mehanički modul - dvodimenzionalna konstrukcija, projekcije elektrotehnički modul - crtanje električnih shema i vođenje projekta - automatizirana izrada dijelova projekta elektronički modul - slično, ali za primjenu u elektronici - efikasna upotreba simbola datoteke simbola, kreiranje novih simbola, automatizirani postupak projektiranja krugova, pločica - najstarija upotreba cad sustava

30

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja prostorni modul - 3d modul - izrada prostornih objekata, osnova za kreiranje nc programa za numerički upravljane alatne strojeve (integracija u cim) programski modul - programski jezik za izradu korisničkih aplikacija , programskih sekvenci. primjena u građevinarstvu - projektiranje objekata, mostova, cjevovoda, cesta, željenice primjena u arhitekturi - sustavna i brojna upotreba simbola, jednostavno unošenje i provedba promjena primjena za tehničke ilustracije - priručnici, katalozi, promidžbeni materijali automatsko generiranje dijagrama (npr. vremenski dijagram realizacije projekta, struktura i vođenje projekta) cad aplikacija, naročito 3d model postaje osnova i izvor za automatiziranu proizvodnju (npr. roboti), ilustracije, dokumentaciju i animaciju Proces konstruiranja Konstruiranje je slijed postupaka od ideje do gotovog proizvoda interaktivni proces koji ima faze: prepoznavanje potrebe - definiranje postojanja problema definiranje problema - specifikacija zahtjeva - projektni zadatak sinteza - slaganje dijelova projekta u cjelinu analiza i optimiranje - proučavanje i usavršavanje projekta - iterativni postupak vrednovanje - mjerenja i ispitivanja s ciljem utvrđivanja zadovoljenja zahtjeva uzorak za ispitivanje prezentacija - objedinjuje sve prethdne faze

31


3. Tehnička dokumentacija Tehnička dokumentacija uvijek prati faze izgradnje industrijskog postrojenja, pa će se kroz tehničku dokumentaciju obrađivati i sam pristup izgradnji industrijskog postrojenja (faze projektiranja). Za tehničare (pogotovo inženjere) važno je svuda tražiti i ostavljati pismene tragove– tehničke dokumente (dogovori, kvarovi, prigovori – pismeni tragovi!). Obrađivat će se tehnička dokumentacija prema praksi iz industrijskog postrojenja s obzirom na: projektiranje izgradnju eksploataciju održavanje i remont modernizaciju.

3.1. Zahtjev na suvremenu tehičku dokumentaciju Pod tehničkom dokumentacijom podrazumijevamo sheme, nacrte i sve potrebne opise, koji se rade za određeno postrojenje, dio postrojenja ili jedan njegov element (ili element uopće) kojima se određuje narav tog postrojenja, tog dijela ili elementa, i međusobne veze dijelova postrojenja ili elemenata. Dokumentacija je sastavni i završni dio projektiranja. Bez nje je moderan način projektiranja nemoguć. Dokumentacija, kako je upravo opisano, namijenjena je za potrebe: pripremnih radova izgradnje, izgradnje (proizvodnje), uvida u sva zbivanja u postrojenju (u dijelu postrojenja, u elementu), ispitivanja, traženja pogrešaka, provođenja eventualnih izmjena, proširenja, inovacija, održavanja, razvoja i istraživanja

3.2. Osnovne značajke dokumentacije Dobra tehnička dokumentacija mora biti: Sistematična Jasna Jednostavna ali cjelovita i kvalitetna

32

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja Tehnička dokumentacija nigdje nije propisima jednoznačno određena s obzirom na opseg, vrstu i način izrade. Svaka tvrtka ima svoje oblike prikaza, vezane i uz opremu koju projektira ili isporučuje. Postoje zaštićena tehnička rješenja, patenti – koji se do kraja ne dokumentiraju, Različiti su pristupi: koji put se u projektu koriste gotovi kompleksni sklopovi, koji su za projektanta cjelina (npr. polja trafostanica, tiristorski mostovi), a koji put se treba neki detalj istaknuti koji nije standardan i sl. Sve se više briše granica između dokumentiranja ˝jake˝ i ˝slabe˝ struje, pa se i tehnička dokumentacija tome prilagođava; tehnologija izrade informacijske opreme utječe i na oblik tehničke dokumentacija (relejna tehnika, poluvodička, PLC...) Nemoguće je jednoznačno definirati opseg i oblik dokumentacije, no postoje određeni propisi i principi koje treba poštivati.

3.3. Podjela tehničke dokumentacije s obzirom na namjenu TD je nužno vezana uz pojedine faze u realizaciji IP-a od prve želje do eksploatacije. Put ostvarenja neke zamisli u tehničkom smislu je sljedeći: želja odnosno: potreba ideja sredstva (moguća, raspoloživa) tehnička obrada realizacija korištenje i održavanje Svaka od navedenih faza treba se dokumentirati pa s obzirom na namjenu, dijelimo tehničku dokumentaciju na: projektni zadatak idejno rješenje idejni projekt investicijski elaborat glavni projekt glavni izvedbeni projekt dokumentacija za pogon i održavanje

3.3.1.

Projektni zadatak

Daju se osnovni zahtjevi na projekt uz: tehničku, ekonomsku, vremensku pravnu stranu. Za elektrotehničare je važna jasna tehnološka zadaća, da se mogu definirati zahtjevi na informacijske i elektroenergetske tokove.

33

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja Projektni zadatak radi naručitelj sam ili uz pomoć projektanta, stručnjaka. Obično se traži da ljudi s puno iskustava i znanja definiraju okvire projekta. PZ ima bitni utjecaj na kvalitetu cijelog projekta, jer je temelj svega.

3.3.2.

Idejna rješenja

Određivanje osnovnih parametara željenog rješenja. Grubo se odabire oprema i radi troškovnik (česte procjene). Radi se redovito u više varijanti koje se uspoređuju po kvaliteti i troškovima. Za svaku varijantu mora biti jasno tehničko rješenje i njegovi učinci. Traži se optimalno tehničko ekonomsko rješenje. Idejni rješenje je osnova za daljnje analize i odluku o izboru optimalne varijante.

3.3.3.

Idejni projekt

Odabrano idejno rješenje se dalje razrađuje sa svrhom: izrade investicijskog elaborata podloge za glavni projekt Idejni projekt se ne mora uvijek raditi (može se raditi idejno rješenje pa onda glavni projekt). Idejni projekt može biti osnova za tender. Idejnim projektom se obično posebno razrađuju energetski tokovi i informacijski tokovi. Elektroenergetski tokovi: energetska bilanca, definiranje i kategorizacija potrošača izvori i načini napajanja makro i mikro lokacije približni proračun instalacija približni broj razvoda, polja sklopova potrošnja električne energije osnovne dimenzije Informacijski tokovi: definirati načine i razine upravljanja IP-om definirati organizacijsku strukturu upravljačkog sustava prema tehnološkim tokovima definirati broj signala (digitalnih, analognih, mjernih i regulacijskih) i njihovu povezanost definirati opremu sa zahtjevima na kvalitetu i nivo automatizacije (broj upravljačkih jedinica po složenosti)

3.3.4.

Investicijski elaborat

Prošireni idejni projekt s ekonomskom analizom: rentabilnosti odnosa na tržištu opravdanosti povećanja kapaciteta, zamjena ili modernizacija opreme 34

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja načina financiranja Radi se na osnovi projektnog zadatka ili odabranog idejnog rješenja, a služi kao dio obaveznog dokazivanja potrebnih sredstava za investicije

3.3.5.

Glavni projekt

Svrha: Dobiti osnovu za izradu izvedbene dokumentacije Osnova za izradu tendera (licitacijske liste) Detaljno se razrađuje IP ( npr. smještaj razvoda usklađen s građevinskim projektom, smještaj elementa u razvode ...). Ne zna se još isporučitelj opreme pa ne mogu svi detalji biti razrađeni. GP se može izbjeći ukoliko se sklopi ugovor direktno s proizvođačem, isporučiteljem opreme, koji ugrađuje svoju tipsku opremu.

3.3.6.

Glavni izvedbeni projekt

Radi se na temelju idejnog projekta iliglavnog projekta. Poznat je proizvođač opreme. Svrha: Pripremiti svu dokumentaciju da se oprema može naručiti i obaviti sklapanje (montaža) industrijskog postrojenja. Treba znati: točne tipove opreme - narudžbene podatke – lista materijala duljine kabela i točne spojeve (stezaljke) način sklapanja (montaže). Važna dokumentacija: projektant – isporučitelj opreme – izvođač radova! Ako se glavni projekt radi za nepoznatog izvođača, tada je potrebna izrada glavnog izvedbenog projekta

3.3.7.

Dokumentacija za pogon i održavanje

Obrada dokumentacije s obzirom na eksploataciju. Važni dio su upute! Nedostatak pravih uputa može zadavati velike probleme DPO se mora posebno tražiti - nije uključena u uobičajenim projektima (u slučaju skupljih i kompliciranijih postrojenja investitor treba obavezno zahtijevati (i ugovoriti) ovu dokumentaciju DPO traži dugotrajno provjeravanje – naknadne studije i tek onda se ovjerava za upotrebu. Podliježe stalnim korekcijama. Pri pisanju uputa treba poštivati propise i prilagoditi ih razini stručnosti osoblja koje upravlja i održava IP. Dokumentacija ovog tipa radi se samo na zahtjev korisnika, a njezin oblik i sadržaj ovisi o: Lokalnim propisima, 35

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja Internom propisu investitora, koji često vode računa i o stručnoj kvalifikacijskoj strukturi, odnosno stručnoj razini osoblja koje upravlja i održava pogon.

3.4. Standardi, propisi, uzusi u tehničkoj dokumentaciji Oblik i način izrade TD nije strogo definiran. Ovisi o projektantskoj kući. Na neki način TD je umjetnost prikazivanja tehničkih rješenja i realizacije. Ne treba biti previše krut u načinima prikaza. Elemente standardizacije valja tražiti u IEC, ISO, DIN...standardima (npr. simboli, označavanje,...)

3.5. Podjela tehničke dokumentacije s obzirom na sadržaj TEKSTUALNA DOKUMENTACIJA CRTEŽNA DOKUMENTACIJA

3.6. Tekstualni dio dokumentacije Tekstualni dio dokumentacije se dijeli na: tehnički opis tehno-ekonomsko obrazloženje obavezni proračuni popis (specifikacija) opreme troškovnici upute za rukovanje upute za ispitivanje i podešavanje postrojenja upute prema ostalim potrebama za montažu (popisi signala i sl.) za komunikacijske mreže (ispisi programa)

3.6.1.

Tehnički opis

Globalni opis i slika svih tokova u industrijskom postrojenju. Obrađujemo dokumentaciju za električna postrojenja, koja sadrži: opis uloge električnog postrojenja u tehnološkom procesu osnovne karakteristike električnog postrojenja opis osnovnih fizikalnih pojava i zbivanja u postrojenju

3.6.2.

Tehno-ekonomsko obrazloženje

ekonomska potreba realizacije tehničko – ekonomsko obrazloženje izbora jednog od idejnih rješenja ekonomska računica (npr. godišnja, 10 – godišnja i sl.) Trošak se dijeli na trošak:

36

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja Projekta - prihodi -profit izgradnje održavanje opreme održavanje proizvodnje sirovina za proizvodnju amortizacije

3.6.3.

Obavezni proračuni

Propisima definirani za elektroenergetska postrojenja: kratki spoj padovi napona energetska bilanca zaštita od dodirnog napona uzemljenje

3.6.4.

Popis opreme

Lista materijala – po razvodima, skupinama ormara Upisuje se u posebni formular: abecednim redom oznaka elemenata u dokumentaciji položaj u dokumentaciji (nacrtu) narudžbeni podaci (ili osnovni podaci npr. idejni projekt), tip namjena mjesto ugradnje

37


Slika 14: Popis opreme (primjer Cinčaonica)

38

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja Popis opreme Zbirna lista materijala radi se da se dobije uvid u količinu ukupnog materijala koji se naručuje za neko IP. Sadrži: narudžbene podatke oznake broj komada u pojedinom dijelu IP-a i/ili ukupno opaska (npr. naručeno/isporučeno) TROŠKOVNICI popis opreme – cijene – troškovnik opreme troškovi radne snage ostali materijalni troškovi (put, režije ...) Troškovnik je osnova za ugovaranje UPUTE Upute za rukovanje Za osoblje koje upravlja IP-om, piše se po razini stručnosti za svako radno mjesto upravljača. Sadrži: sastavne dijelove pogona princip rada postrojenje za pogon pripremu postrojenja za pogon pokretanje i upravljanje postrojenjem zaštita postrojenje Upute za ispitivanje i podešavanje Složenije upute. Pisane za određenu razinu stručnosti kome su namijenjene. Važna je razumljivost. Okvirno sadrže: radne zahtjeve (vanjske karakteristike, važniji parametri pogona) fizikalnu sliku rada pogona (postrojenje, uređaja) ispitivanje i podešavanje elemenata industrijskog postrojenja ispitivanje i podešavanje zaštite ispitivanje i podešavanje i puštanje u pogon dijelova do cjelina i pogona praćenje dinamike, dinamičkih zbivanja u sklopovima i cijelom industrijskom postrojenju Upute za sklapanje (montažu) Način sklapanja i korištenja radioničkih nacrta. Postupci u sklapanju. Popis signala: adresa tip varijabla opis funkcije format Popis signala i definicija komunikacijske mreže: definicija čvorova

39

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja adresiranje popis signala za razmjenu organizacija memorije PLC-a (organizacija data blokova)

3.7. Crtežni dio dokumentacije Spojne sheme: principne sheme, funkcionalne blok sheme jednopolne sheme sheme djelovanja strujne sheme logičke sheme Priključne sheme: sheme vezivanja priključni plan planovi vodova (polaganja vodova i kabela) popisi kabela Pregledni i dispozicijski crteži: pregledni nacrt razvoda, elektroničke pločice dispozicijski nacrt građevinski prijedlozi montažni (sklopni) nacrti radionički nacrti

3.7.1.

Spojne sheme

Principne sheme Najjednostavniji prikaz EENG sistema – simboli prema IEC uz samo najvažnije podatke, da se razumije način rada i definiraju samo glavni elementi. Funkcionalne blok sheme Za prikazivanje informacijskih tokova, da se vidi način funkcioniranjeindustrijskog postrojenja, uređaja, sklopa. Prikazan u osnovi tok glavnih signala i naznačena osnovna obrada koju prolaze. Primjer su regulacijski krugovi. Jednopolna shema Prikaz EENG postrojenja jednopolno. Prikazuju se glavni vodovi i elementi glavnog energetskog kruga, a po potrebi se naznačuju ili eventualno crtaju i pomoćni krugovi. Sadrži: oznake elemenata u dokumentaciji, glavni podaci (o vodovima – dimenzije kabela i sabirnica, sklopnicima, ostalim uređajima, podešenje zaštita, područje mjernog instrumenta), definira smještaj u polja, ćelije. Mogu biti naznačene i pozicije u listi materijala. Nastojati uvijek raditi u formatu A4 ili A3 (ili produljeni A3).

40


Slika 15: Jednopolna shema

41

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja Shema djelovanja Potpuni višepolni prikaz spoja. Prikazani svi sklopovi, instrumenti, releji, aparati itd. s oznakama. Označene stezaljke na svim elementima. Prikazani glavni i pomoćni vodovi – uneseni i neki elementi iz sastavnice materijala. Svrha: Jasni prikaz načina djelovanja spoja nekoliko uređaja odn. neke samostalne cjeline industrijskog postrojenja.

42


Slika 16: Shema djelovanja

43


Slika 17: Shema djelovanja, energetski krugovi - primjer

44


Slika 18: Shema djelovanja- primjer Cinčaonica

45

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja Strujna shema Prvenstveno prikaz pomoćnih strujnih krugova. Detaljan i pregledan prikaz detalja iz sheme djelovanja. Svrha: Jasni i raščlanjeni prikaz djelovanja sklopa, koji olakšava projektiranje i analizu složenih upravljačkih sklopova (redoslijed uklapanja i sl.). Zajednička obilježja: pojedini kontakti (elementi) aparata i sklopova crtaju se odvojeno prema njihovoj ulozi u strujnim krugovima, svi aparati i stezaljke jednoznačno označeni da se zna točno što čemu pripada, uz svaki kontakt (element stoji oznaka gdje se on nalazi prikazan), strujni krugovi crtaju se pregledno, odozgo prema dolje ili s lijeva na desno, od jednog do drugog pola napajanja.

46


Slika 19: Strujna shema

47



48



49

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja Logička shema Kod starijih IP-a strujna shema je redoviti glavni dio dokumentacije upravljačkog sustava. Suvremena postrojenja imaju sve manje takvih relejnih ˝logičkih˝shema. One se zamjenjuju logičkim shemama ili logičkim jednadžbama, a strujna shema ostaje za prikaz međusklopova (međureleja) između programabilnih automata i izvršnih elemenata velike snage.

3.7.2.

Priključne sheme

Shema vezivanja Prikaz veza unutar polja nekog razvoda, ćelije. Elementi imaju oznake, vodovi i kabeli presjek, te broj iz popisa kabela. U izvedbenoj dokumentaciji koristi se za prikaz spoja među elementima (stezaljkama, aparatima). Način djelovanja se iz tih shema ne vidi. Priključni plan Veze nekog dijela razvoda od rednih stezaljki prema vani i rednih stezaljki prema unutra. Elementi i stezaljke označene. Na kabelima piše kamo idu i osnovni podaci (tip, presjek, broj). Moguće dodatne oznake: oznaka vodiča, broj vodiča (žile), boja žice (izolacije). Planovi vodova Prikaz prostornog polaganja vodova. Nekoliko oblika prikaza: Pregledni planovi, planovi mreža, kabelski planovi industrijskog postrojenja, planovi instalacija ... Popis kabela Za veća postrojenja nužan pregled svih kabela. Radi se po razvodima i poljima da se zna koji kabeli odakle i kamo idu, s brojem, tipom i oznakom kabela. Važno za kasniju izradu popisa materijala, za nabavku, izradu troškovnika. Pregledni nacrt Izgled ormara, ploče, pulta s vanjskim dimenzijama. Definira se prostor za smještanje opreme. Detaljnost prikaza ovsi o stupnju projekta (idejni, glavni). Crta se ugrađena elektrooprema s oznakama elemenata. Za svaki element (npr. iz sheme djelovanja i strujne sheme) definira se fizički smještaj u ormar. Crta se u mjerilu, ali samo konture. Prikazuju se natpisne pločice s tekstom ili neke napomene u vezi s izvedbom. Naznačuju se veze s ostalom dokumentacijom (npr. popis materijala, jednopolna shema i sl.)

Dispozicijski nacrt

50

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja Smještanje opreme u neki objekt. Razvodi, ploče, pultevi: Prikazuje smještaj prema građevinskom projektu. Zove se još i situacijski nacrt. Na temelju tog nacrta mogu se odrediti neki podaci za izvedbeni projekt (kabelski kanali i trase, duljine kabela).

51


Slika 22: Pregledni nacrt

52


Slika 23: Pregledni crtež

53


Slika 24: Dispozicijski crtež

Građevinski prijedlog Dio građevne dokumentacije kojim se određuje način smještanja, pričvršćenja elektroopreme (postolja i usidrenja za strojeve, transformatore i agregate, učvršćenje 54

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja razvoda, oblik i raspored kabelskih kanala, cijevi). Ova dokumentacija služi građevinskom projektantu da svoj projekt prilagodi potrebama elektroopreme. Daju se svi detalji s dimenzijama, masama, momentima, kako bi sa građevinski projekt mogao u potpunosti načiniti. MONTAŽNI CRTEŽI Za pojedine elemente daju se nacrti načina sklapanja (montaže)s uputama. Tipični predstavnik ovakvih crteža je radionički nacrt.

3.8. Označavanje u dokumentaciji Opće oznake: Opisne oznake o kojem se industrijskom postrojenju, razvodu, ćeliji, elementu radi (npr. valjački stan, uljna pumpa). Tehnički podaci: Svaki element ima svoje nazivne podatke, koje obično na njega stavlja proizvođač opreme (npr. natpisna pločica transformatora i stroja, vrsta i broj žila kabela, oznake sabirnica). Označavanje elemenata u dokumentaciji = postrojenje ili dio postrojenja + mjesto ugradnje, lokacija vrsta, broj i funkcija, identifikacija : stezaljka (priključak) Primjer : =NA.XX +C3H2.B1 -S3 :12

55

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja Prikaz elemenata u dokumentaciji - simboli

Slika 25: Prikaz simbola

56


4. Automatizacija 4.1. Programabilni logički kontroler (PLC) Što je PLC (programabilni logički kontroler)? PLC je uređaj koji je izumljen da zamijeni nužne relejske krugove pri upravljanju strojevima. PLC radi tako da promatra svoje ulaze i ovisno o njihovom stanju uključuje ili isključuje svoje izlaze. Korisnik unosi program, obično softverski, što daje željene rezultate. Uređaj u procesnoj industriji Može ga se programirati Ima ulaze (analogne ili digitalne) Ima izlaze (analogne ili digitalne) Ima priključke za različite uređaje i senzore (Pt sonde, encodere, resolvere..) Može ga se umrežiti (Ethernet, PROcessFIeldBUS, CANBUS, MODBUS, MPI...) PLC se koriste u mnogim primjenama u «realnom svijetu». Ako je to industrija velika je vjerojatnost da je PLC prisutan. Ako ste u strojnoj industriji, pakiranju, obradi materijala, automatskom sastavljanju ili gotovo bilo gdje, već ih vjerojatno koristite! Gotovo bilo koja primjena koja traži neku vrstu električnog upravljanja ima potrebu za PLC. PLC se obično sastoji od procesora (CPU), memorije i odgovarajućeg sklopovlja za prihvat ulazno/izlaznih podataka.

Slika 26: Struktura PLC-a

Možemo PLC zamisliti kao kutiju ispunjenu stotinama ili tisućama pojedinačnih releja, brojila, timera i mjestâ za pohranjivanje podataka. oni ne postoje «fizički»ali su simulirani i mogu se smatrati softverskim brojilima, timerima itd. Ti unutrašnji releji su simulirani lokacijama bitova u registrima.

57

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja INPUT RELAYS-(kontakti). Priključeni su na vanjski svijet. Fizički postoje i primaju signale od sklopki, senzora, itd. Tipično oni nisu releji nego tranzistori. INTERNAL UTILITY RELAYS-(kontakti) Oni ne primaju signale iz vanjskog svijeta niti fizički postoje. Oni su simulirani releji i omogućuju PLC da zamijeni vanjske releje. Oni su i neki posebni releji određeni da izvršavaju samo jednu zadaću. Neki su uvijek uključeni a neki su uvijek isključeni. Neki se uključe samo jednom za vrijeme dok je PLC s uključenim napajanjem i tipično se koriste za inicijalizaciju spremljenih podataka. COUNTERS (brojila) Ona također fizički ne postoje. To su simulirana brojila i mogu biti programirana da broje impulse. Tipično mogu brojati prema naprijed, prema natrag, ili oboje, prema naprijed i prema natrag. S obzirom da su simulirana ona su ograničena u brzini brojanja. Neki proizvođači uključuju i brza brojila koja su hardware_ska brojila. Njih možemo zamisliti kao ona koja fizički postoje. Često ova brojila mogu brojati naprijed, natrag ili naprijed i natrag. TIMERS Oni također fizički ne postoje. Dolaze u mnogo varijanti i s različitim vremenima. Najuobičajenija vrsta je timer s kašnjenjem pri uklučivanju. Drugi su s kašnjenjem isključenja a i jedni i drugi sa zatezanjem ili bez zatezanja. Vrijema obično varira od 1ms do OUTPUT RELAYS Priključeni su na vanjski svijet. Fizički postoje i šalju signale uklučenja/isključenja zavojnicama, žaruljicama itd. Mogu biti tranzistori, releji ili triaci ovisno o odabranom modelu. DATA STORAGE To su tipično registri predviđeni za jednostavno spremanje podataka. Obično se koriste za privremeno pohranjivanje podataka za matematičku manipulaciju podacima. Koriste se i za pohranjivanje podataka kad se PLC isključi s napajanja. Vrlo su pogodni i potrebni!

58

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja Tri osnovna načina programiranja: STL – statement list - slično assembleru (mašincu) LAD – ladder diagram – slično relejnim shemama FDB – function data block - gotovi logički sklopovi Može se programirati i ON-LINE Monitoring i parametriranje – Variable table Ciklički način izvršavanja programa PLC radi kontinuiranim skeniranjem programa. Možemo zamisliti da se taj ciklus skeniranja sastoji od tri važna koraka. Obično je i više od tri ali ćemo se ograničiti samo na važne. Tipično su ostali provjeravanje sustava i osvježavanje stanja internih brojila i timera.

Slika 27: Ciklus rada PLC-a

Korak 1-PROVJERA ULAZNOG STATUSA Prvo PLC gleda svaki ulaz kako bi odredio da li je uključen ili isključen. Drugim rječima da li je senzor priključen na prvi ulaz ON ? Kako je s drugim ulazom? Kako s trećim...Snimi te podatke u svoju memoriju kako bi ih mogao koristiti za vrijeme sljedećeg koraka. Korak 2-PROVEDBA PROGRAMA (EXECUTE PROGRAM) Dalje PLC provodi program naredbu po naredbu. Možda program kaže da ako je prvi ulaz bio ON tada treba uključiti prvi izlaz ON. S obzirom da iz prethodnog koraka već zna koji su ulazi ON/OFF moći će odlučiti da li valja prvi izlaz uključiti ON na temelju stanja prvog ulaza. Pohranit će rezultat provedbe za kasnije korištenje u sljedećem koraku. Korak 3-OSVJEŽAVANJE STATUSA IZLAZA (UPDATE OUTPUT STATUS) Konačno PLC osvježava status izlazâ. Osvježava izlaze na temelju podatka koji su ulazi bili ON za vrijeme prvog koraka i rezultata provedbe programa za vrijeme drugog koraka. Prema primjeru u koraku 2 sada će prvi izlaz uključiti ON jer je prvi ulaz bio ON a program kaže da uključi ON prvi izlaz ako je taj uvjet istinit. 59

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja Nakon trećeg koraka PLC se vraća natrag na korak 1 i ponavlja korake kontinuirano. Jedan ciklus je vrijeme definirano da se provedu tri koraka kako je navedeno. Za svaku aktivnost PLC treba neko vrijeme: INPUT- Treba neko vrijeme dok zamijeti ulazni signal. EXECUTION- Neko vrijeme traje da se procesira informacija primljena s ulaza. OUTPUT- Trajanje slanja informacije na izlaz

Slika 28: Trajanje ciklusa PLC-a

HMI – human machine interface MMI – man machine interface PLC-u u radu možemo pristupati preko: računala – PROFIBUS, MPI operacijskih panela – tekstualni, grafički, upravljačkih elemenata (tipkala, potenciometara)

touch

PLC se može umrežiti sa slijedećim uređajima: Računalima - SCADA Operacijskim panelima - HMI Drugim PLC-ima Distribuiranim jedinicama – ET200M PLC se može umrežiti slijedećim mrežama: Multipoint interface-om (MPI) Industrijskim sabirnicama (PROFIBUS, INTERBUS, MODBUS, CANBUS) Industrijskim ethernetom PLC se može umrežiti na slijedeće načine: Zvjezdasto Kružno Linijski Miješano

60


4.2. Upute za korištenje programskog paketa STEP 7 Step 7 je programski paket namjenjen za rad sa Simensovim PLC‐ima serije S7‐300 i S7‐400. Traka s Traka s Programski paket Step 7 se pokreće dvostrukim klikom na ovu ikonu. Statusna traka Slika 29: Glavni prozor u Simatic Manageru Kreiranje novog projekta nije puno drugačije od izrade nove datoteke u bilo kojem drugom alatu, a izvodi se kao što je prikazano na slici 2.

Ime projekta

Slika 30: Kreiranje novog projekta

Da bi uopće započeli rad u SIMATIC Manageru potrebno je učitati „Station“, odnosno CPU s kojim ćemo dalje raditi. To se radi tako da se u traci sa izbornicima odabere Insert Æ StationÆ SIMATIC 300 Station. Ako na računalo nije fizički spojen PLC, u glavnom izborniku Simatic managera klikom na sljedeću ikonuÆ

pokrećemo PLCSIM aplikaciju koja simulira PLC.

61


Slika 31: Dodavanje CPU-a u kreirani projekt

Ako je na računalo fizički spojen PLC sa svojim modulima, potrebno je u projektu registrirati spojenu konfiguraciju. Sljedećim koracima; Ime_projektaÆSIMATIC 300Æ Hardware otvaramo Hardware configuration. Da bismo mogli početi slagati svoju konfiguraciju, potrebno je u desnom izborniku odabrati SIMATIC 300Æ RACK‐300ÆRail. Rail je potrebno odvući u lijevi prozor.

Slika 32: Otvaranje Hardware configurationa

Prvo odabiremo izvor napajanja (power supply) SIMATIC 300ÆPS-300ÆPS 307 5A. PS 307 5A odvučemo u prvi redak tablice kao što je prikazano na slici 5. Zatim odabiremo odgovarajući CPU, u našem primjeru SIMATIC 300Æ CPU 312Æ6ES7 312-1AD10-0AB0 i odvučemo u sljedeći redak. Nakon što je CPU odabran biramo spojene module digitalni ulazni modul SM321 DI16xDC24V kataloški broj 6ES7 32162

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja 1BH00-0AA0 i digitalni izlazni modul SM322 DO8xDC24V kataloški broj 6ES7 3228BF80-0AB0. Nakon što je konfiguracija složena može se spremiti i spustiti u PLC, kao što je označeno na slici 5.

Download to

Save and

Slika 33: Save, compile i download

Nakon tih operacija možemo izaći iz Hardware configurationa. U izborniku Blocks, na slici 6 označeno kružićem, možemo dodavati nove objekte: OB ‐ organizacijske blokove, FB ‐ funkcijske blokove, FC ‐ funkcije, SFB ‐ sistemske funkcijske blokove, SFC ‐ sistemske funkcije, DB ‐ podatkovne blokove.

Slika 34: Organizacijski blok OB1

63

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja OB1 se automatski stvara u izborniku Blocks, dok je sve druge funkcije i blokove potrebno stvoriti desnim klikom miša Æ Insert New Object. OB1 je jedini blok koji se ciklički izvršava, sve druge objekte je potrebno pozvati iz OB1 da bi se ciklički izvršavali. Maksimalno vrijeme jednog ciklusa tvornički je postavljeno na 150ms, ali ono se može promijeniti. Programski jezik se odabire u izborniku View Æ LAD/STL/FBD.

Ladder Statement List Function Block

Slika 35: Odabir programskog jezika u Step 7

Primjer 1: Kada je marker M0.0 u "1" i M0.1 u "0" treba postaviti marker i M0.7 u "1" te prikazati to u STL, LAD i FBD programskom jeziku.

Statment List

Ladder Logic

Function Block Diagram

Slika 36: Primjer 1.

64

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja Primjer 2: U OB1 realizirati XOR funkciju sa AND i ANDNOT naredbama! Markeri M2.0 i M2.1 predstavljaju tipke, a marker M2.7 predstavlja žaruljicu.

Slika 37: Primjer 2. LAD i STL

U OB1 potrebno je izvršiti download

i Monitor

. Zatim u PLCSIM dodati memorijsku lokaciju koju želimo promatrati, u našem slučaju MB 2. Nakon toga u prozoru CPU odabrati RUN‐P . Mjenjanjem bitova promatramo funkcionalnost programa.

Slika 38: PLCSIM

Kao što se dodaju svi drugi objekti, tako se u podizboniku Blocks može dodati i Variable table.

65

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja Variable table je alat koji služi za promatranje i mijenjanje stanja varijabli. U stupac Adress upisujemo adresu memorijskih lokacija koje želimo promatrati, Display format služi za promjenu prikaza, a Status Variable za promatranje trenutnog stanja varijabli. U stupac Modify value upisujemo vrijednosti koje želimo pridružiti adresama i pritiskom na funkciju Modify variable upisujemo željenu vrijednost.

Modify Monitor

Slika 39: Variable table

Slijedeći putanju Ime_projekta Æ SIMATIC 300 Æ CPU312 Æ S7 Program Æ Symbols otvara se tablica Symbols u kojoj definiramo Simbole, njihove adrese i komentare. To je korisno kada se radi o projektu sa više varijabli i olakšava programiranje jer nije potrebno pamtiti same adrese već njihove simbole.

Slika 40: Simboli

66

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja Primjer 3: Ako je marker M0.0 u "1" potrebno je postaviti timer T1 da broji 3 sekunde. Nakon što timer izbroji 3 sekunde postaviti vrijednost markera M0.5 u "1" sve dok se ne promjeni marker M0.0.

Slika 41: Primjer 3

67


5. Kompenzacija (regulacija) jalove snage Jalovu snagu trebaju gotovo svi el. uređaji i mnogi potrošači. S obzirom da jalova snaga stvara teškoće (gubitke) u prijenosu povoljnije ju je proizvesti na mjestu potrebe. S ekonomskog gledišta važno je utvrditi koji dio jalove snage valja kompenzirati fiksnim kondenzatorima (prigušnicama), koji dio uključivanjem ili isključivanjem a koji dio treba biti brzo reguliran, npr. pri smetnjama i poremećajima. Ovo uključuje i pitanje kolika treba biti proizvodnja jalove snage sinkronim generatorima pri proizvodnji el. energije. Oko 30% svih primarnih izvora svjetske energije pretvara se u električnu a gotovo sve se tada transportira izmjeničnim mrežama 50 ili 60 Hz. Zahtjev je da se projektiraju mreže velike korisnosti ali i velike sigurnosti i raspoloživosti. Zbog velike važnosti jalove snage razmatra se: • korekcija faktora snage • regulacija i stabilizacija napona • fazno balansiranje (simetriranje) • viši harmonici Važnost regulacije jalove snage je u slijedećem: • zahtijeva se efikasni (ekonomični) rad energetskog sustava. Gubici se smanjuju ako se postigne najmanji tijek jalove energije u sustavu. • omogućuje se prijenos veće snage prije projektiranim mrežama ako se uvede kompenzacija • mjesta proizvodnje električne energije (hidrocentrale) su često vrlo udaljene pa je kompenzacija nedjeljivo povezana sa stabilnošću sustava i regulacijom napona • traži se visoka kvaliteta napajanja. Regulacija jalove snage je glavno sredstvo održavanje kvalitete napajanja pogotovo sa stanovišta promjena napona a što i jest najčešća smetnja. • pri istosmjernom prijenosu nužno je kompenzirati jalovu snagu na izmjeničnoj strani kako bi se stabilizirao napon i olakšala komutacija izmjenjivača. Moderna kompenzacija jalove snage uključuje: • statičke kompenzatore • tiristorski upravljane prigušnice • tiristorski preklapane kondenzatore • zasićene prigušnice • serijske kondenzatore i varistore • sinkrone kompenzatore (sinkroni stroj); (razvoj tiristorski upravljanih kompenzatora i pad njihove cijene istiskuje iz upotrebe (u novim projektima) sinkrone kompenzatore) Regulacija jalove snage povezana je s pojavom viših harmonika jer je regulacija i kompenzacija jalove snage usko povezana s teretom koji je i izvor harmonika. 68

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja Kompenzacija jalove snage unosi u sustav elemente (kondenzatore i prigušnice) koji lako dovedu do problema s rezonancijama viših harmonika, a što svakako valja izbjeći. Zato u praksi valja koristiti i filtere.

5.1. Teorija kompenzacije OZNAKE B G I P Q R S V X Y Z

ϕ

R X g

jalova vodljiva vrijednost (S) vodljivost (S) struja (A) djelatna snaga (W) jalova snaga (VAr) (induktivna pozitivna) otpor (W) prividna snaga (VA) napon (V) reaktancija (W) kompleksna vodljivost (admitancija) (S) impedancija (W) kut faktora snage realna ili radna komponenta Imaginarna ili reaktivna komponenta kompenzator

ZAHTJEVI ZA KOMPENZACIJOM Idealni izmjenični el. sustav u svakoj točki treba imati, bez obzira na teret: • konstantni napon • konstantnu frekvenciju • cosϕ=1 • biti bez viših harmonika • simetričnost (napona i struja - ako je mreža trofazna) U idealnom sustavu, dakle, tereti ne utječu jedan na drugi, niti na promjene parametara mreže. Kvaliteta napajanja se i ocjenjuje prema tome koliko su stvarne veličine bliske veličinama u idealnoj mreži. KOMPENZACIJA TERETA Kompenzacija tereta je “upravljanje” jalovom snagom na takav način da se osigura kvaliteta napajanja. Tri su glavne aktivnosti: • korekcija faktora snage • poboljšanje regulacije napona • balansiranje (simetriranje) tereta a)

korekcija faktora snage - znači proizvodnju jalove snage koju treba teret.

69

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja Mnogi industrijski tereti imaju induktivni cosϕ (troše jalovu snagu). Struja je zato veća od one koju traži radna snaga tereta koja je korisna za radnu aktivnost, dok jalova snaga samo opterećeje kabele i proizvodi gubitke. Generatori moraju proizvesti tu jalovu snagu a prijenosni sustav je prenijeti pa je i regulacija napona otežana. Tarifni sustav naplaćuje potrošnju jalove snage. Zato je potrebna kompenzacija jalove snage (prizvodnja jalove snage) i to što bliže potrošačima. b)

poboljšanje regulacije napona Regulacija napona jako ovisi o variranju potrošnje jalove snage. Obično se traži stabilnost napona +- 5% što se pri teretima kojima se jako mijenja jalova snaga teško održava regulacijom napona ako se ne kompenzira potrošnja jalove snage. Napon se može držati konstantni tako da se “jačaju” izvori ali je to neekonomično jer raste instalirana snaga i rasklopna snaga pa je povoljnije kompenziranti jalovu snagu na mjestu potrošnje.

c)

balansiranje (simetriranje) tereta Nesimetrična opterećenja vode na inverzne i nulte komponente struja koje izazivaju dodatne gubitke, osciliranje momenta strojeva, zasićenje transformatora... U takvom uvjetima neki potrošači proizvode i više harmoničke članove koji opterećuju sustav. Sastav viših harmonika u naponu sustava je važni parametar kvalitete napajanja (zahtjeva se što bolje sinusni napon). Harmonici se obično uklanjaju filterima. Međutim, često i kompenzatori unose više harmonike koje valja uklanjati bilo odgovarajućim rješenjima kompenzatora, bilo dodavanjem vanjskih filtera.

5.2. Idealni kompenzator To je naprava koja se priključuje u točku napajanja (tj. paralelno teretu) a vrši sljedeće funkcije: • korigira cosϕ na vrijednost 1 • uklanja (ili reducira na prihvatljivu razinu) potrebu za regulacijom napona • simetrira fazne struje ili fazne napone • ne eliminira distorziju struje tereta ili napona napajanja (to obavlja odgovarajući filter) ali idealni kompenzator ne proizvodi svoje nove harmonike • nema gubitka • djeluje nezavisno za sve tri funkcije i nezavisno u sve tri faze. Najčešće potrošače zanima korekcija faktora snage (zbog plaćanje jalove energije) i simetriranje opterećenja po fazama, a dobavljača energije regulacija napona. Treba li nekom teretu vršiti statičku kompenzaciju prvenstveno je ekonomsko pitanje. Odgovor ovisi o: cijeni jalove energije (tarifi), veličini tereta, nekompenziranom cosϕ. Tipično je za industrijske terete da je ekonomično provoditi kompenzaciju ako je cosϕ manji od 0.8.

70

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja Tereti koji izazivaju promjene napona kompenziraju se ne samo zbog cosϕ nego i zbog regulacije napona. Obično je mjerodavno stanje napona u spojnoj točki sustava i potrošača (npr. visokonaponska strana GTS-a ). Tipični veliki industrijski tereti koji traže kompenzaciju: • nelinearni tereti (npr. elektrolučne peći, valjački stanovi) • tereti s velikim promjenama opterećenje ( npr. vrlo veliki motori koji često staju i kreću) Nelinearni tereti u pravilu proizvode više harmonike i promjene napona. Stanje se ublažuje npr. upotrebom sinkronih strojeva (koji mogu sami proizvoditi jalovu snagu - biti preuzbuđeni), velikih zamašnih masa koje akumuliraju kinetičku energiju pa time ublažuju udarce na mrežu, upotrebom “soft start-a”. Veliki, moderni DC pogoni u “on-off” režimu uz korištenje tiristora potenciraju problem jer tiristori generiraju harmonike, traže jalovu snagu za komutaciju i nemaju rotacijskih dijelova.

5.3. Specifikacija parametara za kompenzator jalove snage tereta Maksimalna trajna jalova snaga Nazivni napon i granice promjene napona Frekvencija i njena promjena Zahtjevi na točnost regulacije napona Zaštitni sustav kompenzatora i koordinacija s ostalim zaštitnim sustavima Maksimalna distorzija od harmonika Održavanje, rezervni dijelovi, mogućnost proširenja i Okolina: buka, postavljanje (na otvorenom, u zatvorenom) temperatura, vlažnost, vjetar, seizmički faktori, polucija, rashladni sustav, kondenzatori, veza s trasformatorima Svojstva pri nesimetričnom naponu napajanja ili nesimetričnom teretu Zahtjevi za kabliranje, oklapanje, uzemljenje Pouzdanost i raspoloživost komponenti.

71


5.4. Osnovna teorija kompenzacije Modeliranje: • sustav napajanja -Theveninov ekvivalentni krug s naponskim izvorom i serijskom impedancijom • teret - struja, radna snaga, jalova snaga, faktor snage • kompenzator - promjenjiva impedancija, ili promjenjivi izvor (odn. trošilo) jalove struje, ili izvor (odn. trošilo) jalove snage Analiza (rješavanje): • stacionarna stanja (ili sporo promjenjiva stanja - veličine se mogu prikazivati fazorima) • brzo promjenjiva stanja (ne mogu se el. veličine prikazivati fazorima - posebne metode rješavanja) Faktor snage i njegova korekcija Princip korekcije faktora snage je kompenziranje jalove snage; to se postiže lokalno priključivanjem kompenzatora koji ima čisto reaktivnu admitanciju -jBl paralelno s teretom. Struja iz energetskog sustava uz kombinaciju tereta i kompenzatora postaje IR koja je u fazi s V i ima faktor snage 1. Slika 25 pokazuje fazorske odnose. Struja napajanja Is sada ima najmanju vrijednost koja još može davati punu radnu snagu Pl pri naponu V, a sva se reaktivna snaga, koju treba teret, proizvodi lokalno kompenzatorom: teret je potpuno kompenziran. Oslobođen zahtjeva tereta za jalovom snagom izvor sada ima dodatnu mogućnost napajanja drugih tereta. Kompenzator ne zahtijeva ulaz mehaničke snage. Ovako prikazano kompenzator ima konstantnu admitanciju ( ili susceptanciju) i ne može mijenjati reaktivnu snagu prema zahtjevima tereta. U praksi je kompenzator baterija kondenzatora (ili prigušnica) podijeljen u paralelne sekcije koja se svaka za sebe posebno uključuje čime se postiže promjena reaktivne snage za kompenzaciju u koracima koje traži teret. Sofisticirane izvedbe kompenzatora ( tzv. sinkroni kompenzator ili statički kompenzatori) mogu kontinuirano mijenjati svoju reaktivnu snagu.

72


Slika 42: Faktor snage i njegova korekcija

PROMJENA (REGULACIJA) NAPONA Promjena napona se definira kao proporcionalna (ili jedinična per-unit) promjena veličine napona zbog promjene struje tereta (od praznog hoda do punog tereta). Nastaje zbog pada napona na impedanciji izvora od struje tereta.

Slika 43: Ekvivalentna shema a) i fazorski dijagram b) za nekompenzirani teret

73


Slika 44: Fazorski dijagram – kompenzirano za konstantni napon

Slijedi zaključak: Čisti reaktivni kompenzator može ukloniti promjene napona napajanja uzrokovane i od radne i od jalove snage tereta. Kako se reaktivna snaga kompenzatora može regulirati kontinuirano u dovoljnom rasponu (i to općenito i induktivno i kapacitivno) u dovoljnom iznosu, kompenzator može djelovati kao idealni regulator napona Za promjenu napona i korekciju faktora snage može se pokazati: Čisti reaktivni kompenzator ne može u isto vrijeme održavati napon konstantnim i faktor snage jednak jedinici To se odnosi na trenutni faktor snage: moguće je čistim reaktivnim kompenzatorom održavati oboje i konstantni napon i prosječni faktor snage jednak jedinici Približna formula za promjenu napona ΔVR 1 [Pl cos ϕ sc + Ql sin ϕ sc ] ≈ V S sc ΔV X 1 [Pl sin ϕ sc − Ql cos ϕ sc ] ≈ V S sc

Često se ΔVX zanemaruje jer on proizvodi samo fazni pomak točke napona napajanja

74

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja Otpor izvora napajanja RS je mnogo manji od reaktancije XS pa vrijedi: ΔV ΔVR ΔQl ΔQl ≈ = sin ϕ sc ≈ V V S sc S sc

Slika 45: Aproksimativna karakteristika napon sustava / reaktivna snaga

75


5.5. Glavni tipovi kompenzatora

Slika 46: Kompenzator s tiristorski upravljanom prigušnicom (TCR) i fiksnim paralelnim kondenzatorima

Slika 47 Kompenzator s tiristorski upravljanom prigušnicom (TCR) i fiksnim paralelnim kondenzatorima

76


Slika 48: Kompenzator s tiristorski preklapanim kondenzatorima

Slika 49: Kompenzator sa zasićenom prigušnicom

77


5.6. Tiristorski upravljana prigušnica (reaktancija) (tcr)

Slika 50: Tiristorski upravljana prigušnica (reaktancija) (TCR)

Upravljački element je tiristorski kontroler s dva antiparalelna tiristora koji vode alternativno poluperiode mrežnog napajanja. Ako se tiristor dovede u vođenje točno u maksimumu napona napajanja nastupa potpuno vođenje kroz prigušnicu pa je struja ista kao da je tiristor kratko spojen. Struja je reaktivna, kasni za naponom gotovo 90o Ako je trenutak paljenja tiristora kasnije, ali jednak za oba tiristora, dobivaju se valni oblici kao na slici. Svaki od njih odgovara određenom kutu paljenja α koji se određuje od trenutka kad napon prolazi kroz nulu. Potpuno vođenje se postiže kad je kut paljenja 90o. Djelomično vođenje se postiže kutovima između 90o i 180o Povećanje kuta paljenja uzrokuje smanjivanje osnovnog harmonika struje. To je ekvivalentno povećanju reaktancije prigušnice, smanjenju jalove snage i odgovarajuće struje. Dokle god se može utjecati na osnovni harmonik struje TCR ima upravljivu susceptanciju i može biti upotrebljen kao statički kompenzator.

78


Slika 51: Valni oblici faznih i linijskih struja za TCR u spoju trokut

79


Slika 52: Trofazna TCR s paralelnim kondenzatorima za filtriranje harmonika struje (Prigušnica je podijeljena za zaštitu tiristora u slučaju kvara prigušnice)

80


Slika 53: Tiristorski upravljan transformator a) sa zvijezda spojenim prigušnicama (sekundar transformatora) i u trokut spojenim tiristorima b) sa zvijezda spojem prigušnica i tiristora

81


Slika 54: Hibridni TCR kompenzator s preklopivim kondenzatorima i upravljivom prigušnicom

82


Slika 55: Sekundar trokut, TSC trokut (a), Zvijezda sekundar, zvijezda TSC (b)

Svaka faza ima paralelnu kombinaciju preklopivih kondenzatora

Slika 56: Kompenzator s tiristorskim preklapanjem kondenzatora (TSC)

83


Slika 57: Kompenzator sa zasićenom prigušnicom

84


6. Popis slika Slika 1:Tokovi materijala (primjer Cinčaonica).............................................................6 Slika 2: Tok energije plina (primjer Cinčaonica) ..........................................................8 Slika 3: Tokovi električne energije – osnovni razvod dovoda - (primjer Cinčaonica) .10 Slika 4: Tokovi električne energije (primjer Cinčaonica) ............................................11 Slika 5: Tokovi električne energije (primjer Cinčaonica) ...........................................13 Slika 6: Tokovi informacija (primjer Cinčaonica)........................................................15 Slika 7: Tokovi informacija (primjer Cinčaonica)........................................................16 Slika 8: Tokovi informacija (primjer Cinčaonica)........................................................17 Slika 9: Proces projektiranja industrijskog postrojenja...............................................23 Slika 10: Osnovni blokovski prikaz slijeda aktivnosti pri projektiranju........................25 Slika 11: Prikaz međuzavisnih elemenata u procesu projektiranja ............................26 Slika 12: Projektiranje kao dio sustava oslonjenog na CAD bazu podataka..............27 Slika 13: CAD primjer ................................................................................................29 Slika 14: Popis opreme (primjer Cinčaonica).............................................................38 Slika 15: Jednopolna shema .....................................................................................41 Slika 16: Shema djelovanja .......................................................................................43 Slika 17: Shema djelovanja, energetski krugovi - primjer ..........................................44 Slika 18: Shema djelovanja- primjer Cinčaonica .......................................................45 Slika 19: Strujna shema ............................................................................................47 Slika 20: Strujna shema ............................................................................................48 Slika 21: Strujna shema ............................................................................................49 Slika 22: Pregledni nacrt ...........................................................................................52 Slika 23: Pregledni crtež............................................................................................53 Slika 24: Dispozicijski crtež .......................................................................................54 Slika 25: Prikaz simbola ............................................................................................56 Slika 26: Struktura PLC-a ..........................................................................................57 Slika 27: Ciklus rada PLC-a.......................................................................................59 Slika 28: Trajanje ciklusa PLC-a................................................................................60 Slika 29: Glavni prozor u Simatic Manageru .............................................................61 Slika 30: Kreiranje novog projekta.............................................................................61 Slika 31: Dodavanje CPU-a u kreirani projekt ...........................................................62 Slika 32: Otvaranje Hardware configurationa ............................................................62 Slika 33: Save, compile i download ...........................................................................63 Slika 34: Organizacijski blok OB1..............................................................................63 Slika 35: Odabir programskog jezika u Step 7...........................................................64 Slika 36: Primjer 1. ....................................................................................................64 Slika 37: Primjer 2. LAD i STL ...................................................................................65 Slika 38: PLCSIM ......................................................................................................65 Slika 39: Variable table..............................................................................................66 Slika 40: Simboli........................................................................................................66 Slika 41: Primjer 3 .....................................................................................................67 Slika 42: Faktor snage i njegova korekcija ................................................................73 Slika 43: Ekvivalentna shema a) i fazorski dijagram b) za nekompenzirani teret ......73 Slika 44: Fazorski dijagram – kompenzirano za konstantni napon ............................74 Slika 45: Aproksimativna karakteristika napon sustava / reaktivna snaga.................75

85

Projektiranje i automatizacija industrijskih postrojenja Slika 46: Kompenzator s tiristorski upravljanom prigušnicom (TCR) i fiksnim paralelnim kondenzatorima .......................................................................................76 Slika 47 Kompenzator s tiristorski upravljanom prigušnicom (TCR) i fiksnim paralelnim kondenzatorima .......................................................................................76 Slika 48: Kompenzator s tiristorski preklapanim kondenzatorima..............................77 Slika 49: Kompenzator sa zasićenom prigušnicom ...................................................77 Slika 50: Tiristorski upravljana prigušnica (reaktancija) (TCR) ..................................78 Slika 51: Valni oblici faznih i linijskih struja za TCR u spoju trokut ............................79 Slika 52: Trofazna TCR s paralelnim kondenzatorima za filtriranje harmonika struje (Prigušnica je podijeljena za zaštitu tiristora u slučaju kvara prigušnice) ..................80 Slika 53: Tiristorski upravljan transformator a) sa zvijezda spojenim prigušnicama (sekundar transformatora) i u trokut spojenim tiristorima b) sa zvijezda spojem prigušnica i tiristora ...................................................................................................81 Slika 54: Hibridni TCR kompenzator s preklopivim kondenzatorima i upravljivom prigušnicom ...............................................................................................................82 Slika 55: Sekundar trokut, TSC trokut (a), Zvijezda sekundar, zvijezda TSC (b).......83 Slika 56: Kompenzator s tiristorskim preklapanjem kondenzatora (TSC)..................83 Slika 57: Kompenzator sa zasićenom prigušnicom ...................................................84

86

projektiranje industrijskih procesa.pdf

Recommend Documents