Transcript Illustrasjoner kapittel 9

Ny utgave 2011
Vg2 elektro
Teori med
praktiske
øvinger
Kunnskapsløftet
Frank Fosbæk
Automatiserte anlegg
Vg2 automatisering
Illustrasjoner til
Automatiserte anlegg Vg2
automatisering
Kapittel 9
Illustrasjonene kan brukes fritt i undervisningen
© Elforlaget 2011
Prosessledning
Tank A
Produksjonsutstyr
Tank B
Motor
Pumpe
Figur 9.1 Skisse av anlegget som skal nivåreguleres
156
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
Prosessledning
Nivåmåleomformer
Tank A
LT
0101
HCV 0101
Håndregulert ventil
Instrument
signalledning (elektrisk)
LIC
0101
Nivåregulator
Elektrisk signal
(4–20 mA)
M1
3~
Tank B
LX
0101
Frekvensomformer
3+j
Figur 9.2 Teknisk flytskjema for modellen
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
157
Signal fra
måleomformeren
20 mA
12 mA
4 mA
0%
50 %
100 % Målt nivå
Figur 9.3 Forholdet mellom målt nivå i tanken og det elektriske
signalet fra måleomformeren
160
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
REGULATOR
Sammenligninger
Ønsket-verdi
+
Forsterker
Frekvensomformer
Motor
Pumpe
–
Er-verdi
Figur 9.4 Reguleringssløyfa
162
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
Måleomformer
Tilbakemelding
Væskenivået
i tanken
Trykk
Overtrykk
Absolutt trykk
Atmosfæretrykk
Undertrykk
0
Figur 9.5 Forholdet mellom overtrykk, undertrykk og absolutt trykk
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
163
p
h = ρ .g
p er hydrostatisk trykk (Pa)
100 %-nivå
h
h er nivå (m)
Væske
ρ er massetetthet (kg/m3)
Nullnivå
0 %-nivå
p
g er tyngdeakselerasjon (m/s2
Trykkmåler
(manometer)
Figur 9.6 Nivåmåling med trykkmåler (manometer)
164
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
)
Signal fra
måleomformeren
20 mA
12 mA
Væske
LT
Elektrisk signal
4 mA
0%
50 %
100 %
Nivå
Figur 9.7 Måleomformeren koblet til en tank. Måleomformerens karakteristikk
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
165
Høyeste målenivå
4–20 mA
LT
Nivå h
Laveste målenivå
Væske
H
L
d/p-celle
Figur 9.8 Nivåmålig med differansetrykkmåler
166
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
Atmosfæretrykk
Elektrisk signal
til regulatoren
Avviksignal
Ønsket-verdi
Signal
+
∑1
–
P-regulator
I-regulator
∑2
Styresignal
Utgangssignal
D-regulator
Er-verdi
Signal
Figur 9.9 Blokkskjema for PID-regulatoren
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
167
Strømforsyning 24 V
Måleomformer
LT
LIC
Regulator
Figur 9.10 Sammenkobling av måleomformer, likestrømskilde og regulator
168
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
L1
L2
L3
Likeretter
Mellomkrets
Vekselretter
M
3~
Styre- og reguleringskrets
4–20 mA signal fra regulatoren
Figur 9.11 Blokkskjema for frekvensomformer
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
169
+
+U
+U
L1
L2
0V
t
–U
–
Trefaset vekselspenning
Trefaset likeretter
Figur 9.12 Skjema for en trefase likeretter med dioder
170
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
t
0V
L3
–U
Pulserende likespenning
Likespenning fra
mellomkretsen
M1
Styrekrets
Figur 9.13 Prinsippskjema for en vekselretter med IGBT
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
171
+U
0V
–U
Figur 9.14 Tilnærmet sinusformet vekselspenning dannet av likespenningspulser med forskjellig pulsbredde
172
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
t
+U
0V
0
180°
360°
t
–U
Figur 9.15 Ideell firkantspenning
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
173
+U
f1
3 · f1
0V
–U
t
Summen
av f 1 og 3 · f1
Figur 9.16 Vekselspenninger med frekvensene f1 og 3 · f1 summert grafisk
174
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
Pumpedata:
H maks. 5 m
Q min. 0,6 m3/h
H min. 3,6 m
3
Q maks. 2,4 m /h
Motordata:
220–240 V/380–415 V
1,7–1 A
I.cl Fn 2900 r/min
0,2 HP 0,15 kW
cos ϕ 0,5
Figur 9.17 Data for pumpa og pumpemotoren
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
175
Tank A
LT
0101
HCV 0101
LIC
0101
M1
3~
Tank B
0101
3+j
Figur 9.18 Teknisk flytskjema for modellen
176
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
LX
3 x 230 V, 50 Hz
230 V, 50 Hz
D2
+
24 V DC
-R1
+
LIC
0101
B1
Styreskap
230 V/50 Hz
D1
-X2:1
-X2:2
-X2:3 -X2:4
LX
0101
+
LT
0101
3 x 230 V
50 Hz
R1
Reléskap
_
_
_
M1
3~
Fabrikk
T1
Figur 9.19 Sløyfeskjema for instrumenteringen
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
177
+B1 Styreskap
+R1 Reléskap
F2
F1
Dør for B1
T1
H1
H2
H3
S1
S2
S3
24 V
Q1
LX
0101
LIC
0101
X2
X1
j
j
Kabelforbindelse
3 x 230 V/50 Hz
S0
2
j: 10 mm lisse, utjevningsforbindelse
Kabelforbindelse
M1
3~
LCV
0101
Utstyr i skap R1:
F1 hovedstrømsvern (sikring)
F2 styrestrømsvern (sikring)
Q1 kontaktor
LX frekvensomformer
X1 rekkeklemme
Utstyr i skap B1:
T1 24 V likestrømsforsyning
X2 rekkeklemme
LT
0101
Utstyr i skapdør B1:
S1 stoppbryter for anlegg
S2 startbryter for anlegg
S3 bryter for driftsstrøm til LIC
H1 energikretsen til for LX innkoblet
H2 driftsstrøm for LIC
H3 anlegget koblet til elnettet
LIC nivåregulator
Figur 9.20 Arrangementstegning for den elektriske installasjonen og
instrumenteringen
178
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
L1
L2
1
L3
3
5
-S0
2
-X1
4
6
1
2
3
1
3
5
2
4
6
1
3
5
2
4
6
-F1
-Q1
LX
Frekvensomformer
-X1
4
5
6
M1
3~
Figur 9.21 Hovedstrømsskjema
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
179
L1
11
-F2:1
-S1
12
13
-S2
13
-Q1
13
-S3
14
14
14
A1
-H1
-Q1
LIC
T1
-H2
A2
L2
1
-F2:2
Figur 9.22 Styrestrømsskjema
180
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
2
3
4
5
24 V
-H3
Pigtail
God
Dårlig
God
Figur 9.23 God og dårlig forbindelse til skjermen
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
181
Trykkmåler
(manometer)
A
Trykkluft
tilkobling
LT
Strømforsyning
24 V
Trykkreduksjonsventil
Figur 9.24 Koblingsskjema for benkinnstilling av nivåmåleomformeren
182
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
l2
l1
V1
Forbindelsesstang
Vann til
tanken
Innstilling
av ønsket nivå
100 %
Nivå: Normalt forbruk
Vanntank
50 %
Måleomfang
Flottør
0%
V2
Forbruk
Figur 9.25 Nivåregulering med flottør
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
183
Ventilåpning på V1
100 %
75 %
50 %
P
B
00
PB
25 %
=1
%
=
50
%
0%
0
25 %
50 %
75 %
100 %
Nivå
(% nivå av måleomfanget)
Figur 9.26 Forholdet mellom ventilåpningen på V1 og proporsjonalbåndet
184
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
+
A
U
1–5V
–
A
R
250
PID-regulator
P
I
D
Figur 9.27 Elektronisk PID-regulator koblet for sprangsvaranalyse
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
185
mA
Er-verdi12
signal
11
t
mA
PB = 100 %
13
Utgangs12
signal
t0
Figur 9.28 Sprangsvardiagram for en reverserende P-regulator
186
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
t
Er-verdisignal
(mA)
12
t
11
Utgangssignal
(mA)
t
t0
Figur 9.29 Sprangsvar diagram for reverserende I-regulator
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
187
Er-verdi (mA)
13
t
12
11
Utgangssignal (mA)
14
Bidraget fra P-regulatoren
13
12
I-tid
11
t
Figur 9.30 Sprangsvardiagram for en reverserende PI-regulator
188
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
Inngangssignal
(mA)
Utgangssignal
(mA)
D-regulator
Avvik
t
t
Figur 9.31 D-forsterkerens reaksjon på et sprang i inngangssignalet
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
189
Inngangssignal
(mA)
Utgangssignal
(mA)
D-regulator
Avvik
t
t
Figur 9.32 Derivattiden
Derivattid
190
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
Er-verdisignal
(mA)
Ønsket-verdi
(settpunkt)
12
12 mA
Avvik
11
Utgangssignal
(mA)
g
nin
irk
D-v
I-
k
vir
ni
ng
P-virkning
t
Figur 9.33 En PID-regulators svar på et sprang i inngangssignalet
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1
191
+ Er-verdi
T-kritisk
Settpunkt
t
Figur 9.34 Kontinuerlig svingeforløp
192
Automatiserte anlegg – Automatisk nivåregulering 1