Transcript Demohefte Automasjon 2

N
ET
M
TR E
ES D
SU
RS
Forord
Forord
Dette er en av to bøker om praktisk automatiseringsteknikk. Denne boken,
automatiseringsteknikk 2, tar for seg praktisk reguleringsteknikk og
systemforståelse. Bok 2, automatiseringsteknikk 1, dekker målenøyaktighet og kalibrering, måleteknikk for trykk, nivå, gjennomstrømning,
temperatur, pH og gassanalyse. Både digitale og analoge måleteknikker
behandles.
•
Hovedmålet med denne boken er reguleringsteknikk og systemforståelse. Boken tar derfor for seg mange fagdisipliner. Eksempler på
det er PID-regulering, dokumentasjon, pådragsorganer, omformere,
prosessdata, grunnleggende om sikkerhet, og grunnleggende om
vedlikeholdsteknikk.
•
Målgruppen er studenter i teknisk fagskole, men boken er tilrettelagt
for VG2 og VG3 automatisering i videregående skole.
•
Det er laget en tilpasset nettressurs for hver studieretning. Både
veiledninger, oppgaver, animasjoner, videofilmer og tekniske
spesifikasjoner er tilpasset læreplanene for studieretningene.
•
Læreboken passer også svært godt til selvstudium også for etterog videreutdanning i industrien.
Mer enn bare papirbok
Til boken er det knyttet store digitale nettressurser.
Elektroniske
tester
Video- og
animasjonsfilme
r
Animasjoner
Lenker til
nettsteder
Tekniske
spesifikasjoner
Oppgaver med
løsningsforslag
Dynamiske
simulatorer
DIGITAL NETTRESSURS
PAPIRBASERTE LÆREBØKER
Brukeren kan bruke boken og samtidig se konkretiserende animasjoner
og videofilmer i nettressursen. Brukerens kunnskaper kan testes gjennom
elektroniske tester. I oppgavesamlingen kan brukeren løse oppgaver og
kontrollere svarene mot løsningsforslag.
2
Automatiseringsteknikk 1: Industriell måleteknikk
Forord
Det er viktig at teoriene knyttes til praktisk anvendelse. Derfor har nettressursen tilrettelagte tekniske spesifikasjoner, for reguleringsteknisk utstyr.
Dette er pdf-filer som kan lastes ned til brukerens datamaskin.
Nettressursen har også lenker til anbefalte nettsteder som kan være
utdypning til læringen.
I boken er det symboler som henviser til digitale ressurser på nettsiden.
Symbolene vises i tabellen.
Symbol
Forklaring
Symbolet viser at du kan studere animasjon i den digitale ressursen.
Symbolet viser at du kan se videofilm i den digitale ressursen.
Symbolet viser at du kan lese mer i tekniske spesifikasjoner.
Alle tekniske spesifikasjoner kan lastes ned.
Symbolet viser at du kan teste kunnskaper i den digitale ressursen.
Dette er felles symbol for elektroniske tester og papirbaserte oppgaver.
Papirbaserte oppgaver lastes ned som pdf-filer, sammen med
løsningsforslag.
Symbolet viser til regneark som kan lastes ned for bruk i oppgaver.
Symbolet viser til at du kan se dynamiske simulatorer i den
digitale ressursen.
PowerPoint til lærer/instruktør
Til boken er det laget PowerPoint-serier for hvert kapittel i boken.
PowerPoint-seriene inneholder illustrasjoner fra boken sammen med
animasjoner i den digitale nettressursen.
•
Dette er et unikt pedagogisk hjelpemiddel for lærer i undervisningen.
Om forfatter
Bjørnar Larsen har undervist automatiseringsfaget i skole og industri
i en årrekke. Han har vært medlem i fagprøvenemder i 18 år og har
skrevet mer enn 30 lærebøker for skole og industri.
Forfatteren har også produsert elektroniske læremidler, elektronisk
informasjonsverktøy og videofilmer. Arbeidet er utført for en lang rekke
bedrifter og organisasjoner. Vi nevner Noretyl, Hydro Polymers, Herøya
Industripark, YARA, NHO, Utdanningsdirektoratet, Industriskolen,
Vett og Viten og Gyldendal.
Forfatteren deltok i det Europeiske prosjektet CELEBRATE, der han
produserte mer enn 60 animasjoner for realfaget. Hele 22 land deltok i
CELEBRATE-prosjektet. Animasjonene til forfatteren har siden blitt en
pedagogisk veiviser for utvikling av tilsvarende animasjoner, for bruk
i elektroniske læremidler i inn og utland.
Bjørnar Larsen
1. mars 2013
Automatiseringsteknikk 1: Industriell måleteknikk
3
Innholdsfortegnelse
Kapittel 1:
Dokumentasjon......................................................................................... 19
1.1 Dokumentasjonsstandarder - Hva er det? ....................................... 20
1.1.1 Eksempeler på standarder .................................................. 20
1.1.2 Eksempel på datablader ..................................................... 22
1.2 Eksempler på deler av anlegg som bør dokumenteres.................... 22
1.3 Skjematyper ..................................................................................... 23
1.3.1 Blokkskjema (forkortet BS) .................................................. 23
1.3.2 Prosesskjema (forkortet PS) ................................................ 24
Instrumentert prosessflytskjema (forkortet TFS og P&ID) ................ 27
1.4 Hvorfor brukes flytskjemaer? ........................................................... 27
1.4.1 Hvilke informasjon som kan leses av TFS-skjemaet ........... 27
1.5 Eksempler på tegneregler ................................................................ 28
1.5.1 Symboler ............................................................................. 29
1.5.2 Nummerering av apparatur og utstyr .................................. 29
1.5.3 Merking av rørledninger ...................................................... 31
1.5.4 Eksempel på bokstavkoder for prosessmedier................... 32
1.5.5 Merking av trykk og diameter.............................................. 34
1.5.6 Nummerering av manuelle ventiler, flenser med mer
(rørarmaturer)....................................................................... 35
1.6 Instrumentering ................................................................................ 35
1.7 Instrumentets plassering .................................................................. 36
1.8 Ventilposisjon ved luftsvikt ............................................................... 36
1.9 Typer måle- og styresignaler ............................................................ 37
1.10 Standardiserte bokstavforkortelser .................................................. 38
1.10.1 Tilleggsfunksjoner ............................................................... 39
1.11 Sløyfetegning ................................................................................... 40
1.12 Eksempel på dokumentasjon for oppkobling/montasje
(engelsk Hook Up) ............................................................................ 43
1.12.1 Montasje av en måleomformer i kasse ............................... 43
1.13 Grunnleggende om sikkerhet i anlegg ............................................. 45
1.13.1 Hva er forrigling? Her er et enkelt eksempel ....................... 45
1.13.2 Forriglingsmatriser (FM) ...................................................... 46
1.13.3 Symboler som brukes i forriglingsmatriser.......................... 46
1.13.4 Eksempel på sikring av en reaktor ...................................... 47
1.14 Alarmer ............................................................................................. 48
1.14.1 Klassifisering av alarmer ..................................................... 49
4
Automatiseringsteknikk 1: Industriell måleteknikk
Innholdsfortegnelse
1.14.2
1.14.3
1.14.4
1.14.5
Førstefeil .............................................................................. 49
Forvarselsignaler ................................................................. 49
Alarmer kan også grupperes etter viktighet: ....................... 50
Eksempel på påkalling og presentasjon av alarmer ............ 50
Kapittel 2:
Reguleringsventiler .................................................................................. 55
2
Innledning ......................................................................................... 56
2.1 Reguleringsventilen i reguleringssløyfen .......................................... 56
2.2 Sammenligning av elektrisk strømningskrets med en vannkrets ..... 57
2.3 Ulike arbeidsforhold ......................................................................... 57
2.3.1 Reguleringsventil ................................................................. 58
2.3.2 Ventilen ................................................................................ 58
2.3.3 Membranaktuatoren ............................................................ 59
2.4 Sylinderaktuator ............................................................................... 60
2.5 Flere deler i ventilen ......................................................................... 61
2.5.1 Pakkboksen ......................................................................... 61
2.6 Krefter langs spindelen .................................................................... 62
2.7 Dobbeltseteventil ............................................................................. 63
2.8 Treveisventil, også kalt blandeventil ................................................. 64
2.8.1 Innledning ............................................................................ 64
2.9 Ventiler med dreiebevegelse ............................................................ 65
2.9.1 Spjeldventil .......................................................................... 65
2.10 Kuleventiler ....................................................................................... 67
2.10.1 Kulesegmentventil (VeeBall) ................................................ 67
2.11 Kalottventil ....................................................................................... 68
2.12 Membranventil.................................................................................. 68
2.13 Sluseventil ........................................................................................ 69
2.14 Ventilens kapasitetsindeks ............................................................... 69
2.14.1 Definisjon ev ventilens kv-verdi ........................................... 70
2.14.2 Ventilens Cv-verdi ............................................................... 70
2.15 Ligning for gjennomstrømningen i en reguleringsventil ................... 70
2.16 Ventilkarakteristikker ........................................................................ 70
2.16.1 Vi skiller mellom tre hovedkarakteristikker .......................... 71
2.16.2 Hurtigåpnende karakteristikk .............................................. 71
2.16.3 Likeprosentlig karakteristikk................................................ 72
2.16.4 Lineær karakteristikk ........................................................... 73
2.17 Installert karakteristikk ..................................................................... 73
2.17.1 Andre forhold som bestemmer ventilvalg ........................... 75
2.18 Eksempel på ventildataskilt.............................................................. 75
2.19 Omformere til reguleringsventiler ..................................................... 77
2.20 Plate/dyse-element .......................................................................... 77
2.21 Strøm- til luftomformer (I/P–omformere) ......................................... 78
2.21.1 I/P-omformer ....................................................................... 79
2.21.2 Blokkskjema for en I/P-omformer ....................................... 79
Automatiseringsteknikk 1: Industriell måleteknikk
5
Innholdsfortegnelse
2.22 Ventilstiller (eng. positioner).............................................................. 80
2.22.1 Blokkskjema for ventilstiller ................................................. 80
2.23 Digitale ventilstillere.......................................................................... 81
2.24 Elektriske forstillingsmekanismer (aktuatorer) .................................. 82
2.24.1 Styring av elektriske forstillingsmekanismer ....................... 82
2.25 Reduksjonsventil .............................................................................. 83
2.25.1 Blokkskjema til reduksjonsventilen ..................................... 84
Kapittel 3:
Frekvensomformere ................................................................................. 87
3
Innledning ......................................................................................... 88
3.1 Fordeler med trinnløs hastighetsregulering ...................................... 89
3.1.1 Spare energi ........................................................................ 89
3.1.2 Prosessoptimalisering ......................................................... 89
3.1.3 Skånsom maskindrift........................................................... 89
3.1.4 Bedre arbeidsmiljø .............................................................. 89
3.1.5 Mindre vedlikehold .............................................................. 90
3.2 Teori om frekvensomformere............................................................ 91
3.3 Elektromagnetisk stråling ................................................................. 92
3.4 Litt om EMC-direktivet ..................................................................... 93
3.4.1 Hva omfatter EMC-direktivet?.............................................94
3.5 CE-merking ...................................................................................... 94
3.6 Radiostøy ......................................................................................... 96
3.6.1 Terminering .......................................................................... 96
3.6.2 Andre beskyttelser .............................................................. 97
3.7 Betjeningsenhet ............................................................................... 97
Kapittel 4:
Innledning til reguleringsteknikk ............................................................. 99
4.1 Manuell regulering av bilens hastighet ........................................... 100
Belastning
4.1.1 Belastning..........................................................................
101
4.1.2 Prosess.............................................................................. 102
4.2 Eksempler ...................................................................................... 103
4.2.1 Regulering av væskenivå i en tank .................................... 103
4.3 Oppsummering .............................................................................. 105
4.3.1 Åpen sløyfe........................................................................ 105
4.3.2 Lukket sløyfe ..................................................................... 106
4.3.3 Pådragsorgan .................................................................... 106
4.3.4 Forstillingsenhet ................................................................ 106
4.3.5 Manuell regulering ............................................................ 106
4.3.6 Automatisk regulering ....................................................... 107
4.3.7 Reguleringsavvik ............................................................... 107
4.4 Test av en mekanisk regulator med animasjon .............................. 107
4.4.1 Regulerinssystemets virkemåte ........................................ 107
4.4.2 Vi tester med animasjonen ................................................ 108
6 Automatiseringsteknikk 1: Industriell måleteknikk
Innholdsfortegnelse
4.4.3
4.4.4
4.4.5
Test 1 ................................................................................. 108
Test 2 ................................................................................. 108
Test 3 ................................................................................. 108
Kapittel 5:
Grunnleggende om PID-regulering ....................................................... 111
5.1 Innledning ....................................................................................... 112
5.1.1 Tre grunnleggende regulatortyper ..................................... 112
5.2 Blokkskjema til PID-regulator ......................................................... 112
5.3 Installasjon av simulator ................................................................. 113
5.3.1 Innføring i bruk av simulatoren .......................................... 113
5.4 Tre regulatortyper ........................................................................... 114
5.4.1 P-regulator (proporsjonal regulator) .................................. 114
5.4.2 Test 1. Endre regulatorforsterkningen ............................... 115
5.4.3 Ligningen til P-regulator .................................................... 116
5.4.4 Test 2. Endre ventilen Kv ................................................... 117
5.5 Test 3. Endring av måleområde til LT ............................................. 117
5.6 Test 4. Endring av pumpetrykk....................................................... 120
5.7 Direkte og reversert regulator......................................................... 121
5.7.1 Direkte regulator ................................................................ 122
5.7.2 Reversert regulator brukes i simulatoren .......................... 122
5.8 PI-regulator .................................................................................... 122
5.9 Grafer til P- og I-bidraget ............................................................... 124
5.10 Test 3. Vi endrer I-tiden .................................................................. 125
5.11 Litt teori om I-forsterkeren ............................................................. 128
5.12 PI-regulatorens utgang når avviket er konstant ............................. 129
5.12.1 Definisjon av I-tid...............................................................
I-tid
129
5.12.2 Hva er tilnærmet beste I-tid i en reguleringssløyfe?.......... 129
5.12.3 Hva er sløyfens dødtid? ................................................... 130
5.12.4 Vi måler sløyfens dødtid .................................................... 130
5.12.5 Vi beregner I-tiden og tester reguleringen ......................... 131
5.12.6 Hva skjer dersom prosessens dødtid endrer seg? ........... 132
5.13 Til slutt et tankeeksperiment med dødtid....................................... 133
5.14 PID-regulator .................................................................................. 134
5.15 PID-regulator med simulatoren ...................................................... 134
5.15.1 Test 1. Først PI-regulator................................................... 135
5.15.2 D-forsterkeren demper svingninger .................................. 136
5.15.3 Hvor lang skal D-tiden være?............................................ 136
5.16 Oppsummering av hele kapittel 5 .................................................. 137
5.16.1 Hva er det viktigste i kapittel 1 til og med 5? .................... 137
Kapittel 6:
Regulatorjustering .................................................................................. 141
6
Innledning ....................................................................................... 142
6.1 To optimaliseringsmetoder ............................................................. 143
Automatiseringsteknikk 1: Industriell måleteknikk
7
Innholdsfortegnelse
6.2
6.3
6.1.1 Ziegler og Nichols’ 1. metode ........................................... 143
6.1.2 Fremgangsmåte ................................................................ 143
6.1.3 Beregningsmetoder ........................................................... 144
6.1.4 Vi beregner regulatorparameterne .................................... 144
Ziegler og Nichols’ 2. metode ........................................................ 145
Ziegler og Nichols’ 2. metode ........................................................ 145
6.3.1 Du må måle tre parametere ............................................... 145
6.3.2 Definisjon på tidskonstant ................................................. 147
6.3.3 Ligningene til Ziegler og Nichols’ 2. metode ..................... 148
6.3.4 Beregning regulatorparametre til reguleringssløyfen ........ 148
........................................................ 149
6.3.5 Øvelse med simulator........................................................
6.3.6 Repetisjon med animasjoner ............................................. 149
Kapittel 7:
Videregående regulering ........................................................................ 153
7
Kaskaderegulering (seriekoblede regulatorer) ................................ 154
7.1 Regulering av væskenivå ............................................................... 154
7.1.1 Endring i utstrømming ....................................................... 154
7.1.2 Endring i tilførsel ................................................................ 154
strømningsregulering
7.1.3 Vi bygger en strømningsregulering....................................
154
7.1.4 Vi bygger sammen to reguleringssløyfer ........................... 155
7.1.5 Forklaring til kaskadereguleringen .................................... 156
7.2 Test av reguleringssløyfer i varmeveksler ....................................... 156
7.2.1 Forberedelse ..................................................................... 156
7.2.2 Enkeltsløyferegulering med varmeveksler ......................... 156
7.2.3 Test med konstantregulering ............................................. 157
7.2.4 Kaskaderegulering av varmeveksleren.............................. 158
7.2.5 Simulatorforsøk med Kaskaderegulering .......................... 160
7.2.6 Parameterstyring av varmeveksler .................................... 160
7.2.8 Simulatorforsøk med parameterstyring............................. 162
7.3 Forholdsregulering ......................................................................... 163
7.4 Foroverkopling (eng. Feed Forward) .............................................. 164
7.4.1 Innledning .......................................................................... 164
7.5 Eksempler på bruk av foroverkobling.............................................
foroverkobling
165
7.5.1 Stripping - hva er det? ...................................................... 165
7.5.2 Stripping av gass fra råolje................................................ 165
7.5.3 Prinsipielt eksempel fra å kjøre bil..................................... 166
7.5.4 Eksempel fra klimaanlegg ................................................. 166
7.6 Forholdsregulering i blande- og krystalliseringsprosess ................ 167
7.7 Delt områderegulering (Split Range Control)..................................
Control)
169
7.7.1 Eksempel...........................................................................170
Kapittel 8:
Prosessdatasystemer
Prosessdatasystemer.............................................................................
173
8
Litt om datanettverk ....................................................................... 174
8 Automatiseringsteknikk 1: Industriell måleteknikk
Innholdsfortegnelse
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5
8.6
8.7
8.8
8.9
8.10
8.11
8.12
8.13
8.14
8.15
8.16
8.17
8.18
8.19
8.20
8.21
8.22
8.23
8.24
8.25
8.26
Nettverk seriell punkt-til-punkt ....................................................... 174
Stjernenett ...................................................................................... 174
Ringnett .......................................................................................... 175
Bussnett ......................................................................................... 175
Kombinerte datanettverk................................................................ 176
....................................................................... 177
Repeater (forsterker).......................................................................
Multiplekser .................................................................................... 177
Programmerbare regulatorer .......................................................... 178
Prinsipielt om programmering av en digital regulator .................... 178
8.9.1 Eksempel 1 ........................................................................ 179
8.9.2 Eksempel 2 ........................................................................ 180
8.9.3 Eksempel 3 ........................................................................ 180
PC overordnet regulatorer .............................................................. 181
Distribuerte kontrollsystemer ......................................................... 182
8.11.1 Innledning .......................................................................... 182
8.11.2 Prinsipper om distribuerte kontrollsystemer ..................... 182
8.11.3 Eksempel på distribuert kontrollsystem ............................ 184
Feltbuss (eng. Fieldbus Control System) ....................................... 184
8.12.1 Signalkabel for feltbuss ..................................................... 185
Noen feltbusstandarder.................................................................. 186
Fordeler med bruk av feltbuss i nye anlegg ................................... 187
Kostnadsbesparelser ved bruk av feltbuss .................................... 187
8.15.1 Under konstruksjon og installasjon ................................... 187
8.15.2 Under uttesting.................................................................. 188
8.15.3 I produksjonsfasen ............................................................ 188
Eksempel på et styresystem .......................................................... 188
Eksempel på anlegg med feltbuss ................................................. 189
Eksempler på enkel konfigurering i et datasystem ........................ 190
Programeksempel 1 ....................................................................... 191
Programeksempel 2 ....................................................................... 191
Windup
8.20.1 Anti Reset Windup.............................................................
192
8.20.2 Forsøk med regulator uten Anti Reset Windup ................. 193
8.20.3 Hva gjør Anti Reset Windup? ............................................ 193
Prosessautomatisering for bedriftens totale verdiskaping ............. 194
programpakker
8.21.1 Integrerte programpakker..................................................
194
Trådløse løsninger .......................................................................... 195
nettverk 195
Eksempel på nytt instrument som monteres i trådløst nettverk.....
Elektronisk krysskobling (eng. Electronic Marshalling) .................. 195
Elektronisk krysskobling................................................................. 196
Litt om mann-maskin-kommunikasjon........................................... 198
Kapittel 9:
Klimaanlegg ............................................................................................ 201
9
Innledning ....................................................................................... 202
9.1
Prosessutstyr i klimaanlegg .......................................................... 202
Automatiseringsteknikk 1: Industriell måleteknikk
9
Innholdsfortegnelse
9.1.1 Innledning .......................................................................... 202
9.2 Det viktigste prosessutsyret ........................................................... 202
9.2.1 Vifte ................................................................................... 203
9.2.2 Spjeld ................................................................................ 203
9.2.3 Varmevekslere ................................................................... 204
9.2.4 Reguleringen av varme- og kjølebatteriene ...................... 204
9.2.5 Filtre................................................................................... 206
9.3 Varmegjenvinnere ........................................................................... 207
9.3.1 Innledning .......................................................................... 207
9.3.2 Roterende varmegjenvinner .............................................. 207
9.3.3 Luft til væskegjenvinner .................................................... 209
9.4 Ventilasjonsaggregat ...................................................................... 210
9.5 Regulering av klimaanlegg ............................................................. 210
9.5.1 Regulere små luftmengder ................................................ 210
9.6 Regulere store luftmengder ............................................................ 211
9.7 Eksempel på regulering og styring av et ventilasjonsanlegg ......... 212
9.7.1 Symbolskjema for anlegget ............................................... 212
9.7.2 Funksjonsbeskrivelser ....................................................... 214
.....................................................................
9.7.3 Reguleringen .....................................................................214
9.7.4 Utekompensering (foroverkobling) .................................... 215
9.7.5 Minimumsbegrensning ...................................................... 215
9.7.6 Litt om styring og sikkerhet ...............................................215
9.7.7 Oppstart ............................................................................ 216
9.7.8 Stopp................................................................................. 216
9.8 Regulering av elektrisk varmebatteri (varmeveksler) ...................... 216
9.9 Litt om varmepumper ..................................................................... 217
9.9.1 Innledning .......................................................................... 217
9.9.2 Et kjøleskap har en varmepumpe ...................................... 217
9.10 Varmepumpens virkemåte.............................................................. 218
9.10.1 Varmepumpe koblet sammen med ventilasjonsaggregat . 219
Kapittel 10:
Datastyrte verktøymaskiner og roboter ............................................... 223
10
Verktøymaskiner ............................................................................ 224
10.1 Hva er en CNC-styrt maskin? ........................................................ 224
10.1.1 Hva kjennetegner en CNC-styrt maskin? .......................... 224
10.1.2 Maskineksempel ............................................................... 225
10.2 Koordinatsystemet ......................................................................... 226
10.2.1 Orientering om aksene ...................................................... 227
10.2.2 Nullpunkter ....................................................................... 228
10.2.3 Programmerte nullpunkter.................................................
nullpunkter
229
10.3 Reguleringsprinsipp ....................................................................... 229
10.4 Enkodere ........................................................................................ 230
10.4.1 Inkrementell giver .............................................................. 230
10.4.1.1 Prinsipiell virkemåte ............................................ 230
10
Automatiseringsteknikk 1: Industriell måleteknikk
Innholdsfortegnelse
10.5
10.6
10.7
10.8
10.9
10.10
10.11
10.12
10.13
10.14
10.15
10.16
10.17
10.18
10.19
10.20
10.4.2 Absoluttgivere ................................................................... 232
Glasstaver ...................................................................................... 233
Servomotor..................................................................................... 234
10.6.1 Egenskaper til servomotor ................................................ 234
Kulemutterskrue ............................................................................. 235
10.7.1 Kulemutterskruens virkemåte............................................ 235
Litt om programmerbare styringer (PLS) i CNC-styrte maskiner ... 236
10.8.1 Eksempel på nødstopp ..................................................... 236
Maskinens betjeningspanel ............................................................ 237
10.9.1 Styringens hovedmodus ................................................... 238
Bearbeidingsprogrammer .............................................................. 238
10.10.1 Litt om programmeringsmetoder ...................................... 238
10.10.2 Manuell programmering .................................................... 238
10.10.3 Programeksempel for manuell programmering ................. 240
Dialogbasert programmering ......................................................... 240
10.11.1 Maskinerings meny ........................................................... 241
10.11.2 Kontur meny ...................................................................... 241
10.11.3 Simulering ......................................................................... 242
Datastøttet programmering CAD/CAM .......................................... 242
CNC-maskin koblet inn i datanettverk ........................................... 243
Verktøy ........................................................................................... 244
10.14.1 Verktøyholdere .................................................................. 244
10.14.2 Verktøydata. Forinnstilling av verktøy ............................... 245
Industriroboter ................................................................................ 246
10.15.1 Innledning .......................................................................... 246
Robotens prinsipielle oppbygging ................................................. 246
10.16.1 Robotene kan deles opp i to typer .................................... 247
10.16.2 Robotens ledd og akser .................................................... 247
Prinsipielt om styresystem ............................................................. 248
Eksempel på robotens gripemekanismer....................................... 249
10.18.1 Gripetenger ....................................................................... 249
10.18.2 Sugekopper ....................................................................... 249
10.18.3 Gripemekanismer for å velge verktøy ............................... 250
Prinsipper for programmeringsmetoder ......................................... 250
10.19.1 Led- og læreprogrammering ............................................. 250
10.19.2 Jogg og læreprogrammering............................................. 251
multifunksjonspaneler
10.19.3 Eksempel på multifunksjonspaneler..................................
251
10.19.4 Ekstern programmering..................................................... 251
ofte
Noen forkortelser som brukes ofte.................................................
252
Kapittel 11:
Sikkerhet ................................................................................................. 255
11
Målsetning med sikkerhet .............................................................. 256
11.1 Sikkerhet omfatter to områder: ...................................................... 256
11.1.1 Arbeide på tre forskjellige nivåer ....................................... 257
Automatiseringsteknikk 1: Industriell måleteknikk
11
Innholdsfortegnelse
11.2 Sikring av verktøy i høyden ............................................................ 257
11.3 Sikkerhetsbarrierer ......................................................................... 257
11.3.1 Eksempel på sikkerhetsbarrierer ....................................... 257
11.3.2 Sikker jobbanalyse (SJA) ................................................... 258
11.4 Hva koster en ulykke? .................................................................... 259
11.5 Eksempel på HMS-verktøy ............................................................ 260
11.5.1 Fire viktige punkter til ettertanke ....................................... 260
11.6 Litt om løsemiddler......................................................................... 262
11.6.1 Eksempel på løsemidler .................................................... 263
11.7 Toksikologi...................................................................................... 263
11.7.1 Opptak i kroppen .............................................................. 263
11.8 Giftig stoff ....................................................................................... 263
11.8.1 Klassifisering ..................................................................... 263
11.8.2 Litt om luftveier og lunger ................................................. 264
11.9 Eksempler på produkter med løsemidler ....................................... 264
11.10 Slik tas løsemidlene opp i kroppen ................................................ 264
11.10.1 Innånding........................................................................... 264
huden
11.10.2 Opptak gjennom huden.....................................................
265
11.11 Hvordan løsemidlene skader kroppen ........................................... 265
11.11.1 Skader på hjernen og nervesystemet ............................... 265
11.11.2 Øynene .............................................................................. 266
11.11.3 Blod og hjerte .................................................................... 266
11.11.4 Nyrene og leveren ............................................................. 266
11.11.5 Skader i huden .................................................................. 266
11.12 Litt om sikkerhet i elektriske anlegg ............................................... 267
11.12.1 Verktøy og verneutstyr ...................................................... 267
11.12.2 Litt om verktøy og verneutstyr ved arbeid AUS ................ 267
11.12.3 Isolerende hansker ............................................................ 268
11.12.4 Hjelm ................................................................................. 269
11.13 Litt om håndverktøy ....................................................................... 269
verktøy:
11.13.1 Håndtaksisolert verktøy:....................................................
270
11.13.2 Bruksisolert verktøy: ......................................................... 270
11.13.3 Fullisolert verktøy: ............................................................ 270
11.14 Isolerende gulvmatter og avskjermingsduker ................................ 270
11.15 Lysbueskader ................................................................................. 271
11.16 Litt om måleinstrumenter ............................................................... 271
11.16.1 Innledning .......................................................................... 271
11.17 Spenningsmåling på ulineære nett ................................................. 272
11.17.1 Instrumentkategorier ......................................................... 273
11.18 Tilleggsutstyr .................................................................................. 274
11.18.1 Jord og kortsluttnings sikre spenningstestere .................. 274
Kapittel 12:
Vedlikeholdssystemer ............................................................................ 277
12
Innføring om vedlikehold ................................................................ 278
12
Automatiseringsteknikk 1: Industriell måleteknikk
Innholdsfortegnelse
12.1 Eksempel på vedlikehold i hverdagen............................................ 278
12.2 Vedlikehold i industri ...................................................................... 278
12.2.1 Vedlikehold er nødvendig for å .......................................... 278
12.2.2 Vedlikeholdet må være en nødvendig del av driften ......... 278
12.2.3 Arbeid systematisk og effektivt ......................................... 279
12.3 Miljø ................................................................................................ 279
12.3.1 Vedlikehold og ytre miljø ................................................... 280
12.3.2 Vedlikehold og indre miljø ................................................. 280
12.4 Vedlikehold og sikkerhet ................................................................ 280
12.4.1 Vedlikehold og effektivitet ................................................. 281
12.4.2 Vedlikehold og kvalitet ...................................................... 281
12.5 Tilgjengelighet ................................................................................ 281
12.6 Vedlikeholdssirkelen ....................................................................... 281
12.7 Tre vedlikeholdskriterier ................................................................. 282
12.7.1 Normalt vedlikehold .......................................................... 282
12.7.2 Periodisk vedlikehold (eng: Scheduled maintenance)....... 283
12.7.3 Tilstandstyrt vedlikehold (eng: Condition based
maintenance) ..................................................................... 283
12.7.4 Korrektivt vedlikehold (eng: Corrective Maintenance)....... 283
12.7.5 Overvåking ........................................................................ 284
12.7.6 Inspeksjon ......................................................................... 284
12.7.7 Tilstandskontroll ................................................................ 284
12.7.8 Driftskontroll ...................................................................... 285
12.7.9 Pålitelighet ......................................................................... 285
12.8 Samarbeidssyklusen ...................................................................... 286
12.9 Generelt om vedlikeholdssystemer ................................................ 287
12.10 Eksempel på administrasjon av vedlikeholdet ............................... 288
12.10.1 Registrert informasjon ....................................................... 288
12.10.2 Eksempel ........................................................................... 288
12.10.3 Prinsipielt blokkskjema for et vedlikeholdsarbeid ............. 289
12.11 Eksempel fra et vedlikeholdssystem .............................................. 290
12.11.1 Innledning .......................................................................... 290
12.12 Kalibrering ...................................................................................... 290
12.12.1 Manuell kalibreringsprosedyre .......................................... 291
12.12.2 Automatisert kalibrering .................................................... 291
12.12.3 Orientering om automatisk kalibrering (drag and drop) .... 293
12.12.4 Analoge instrumenter ........................................................ 295
12.12.5 Online kalibrering av reguleringsventiler ........................... 295
Kilder ........................................................................................................ 296
Tillegg ....................................................................................................... 297
Stikkordregister ........................................................................................ 298
Automatiseringsteknikk 1: Industriell måleteknikk
13
Kapittel 1
1.1
Dokumentasjonsstandarder - Hva er det?
Dokumentasjon til alle typer anlegg lages etter dokumentasjonsstandarder.
Standarder finnes innenfor mange områder. Standardene brukes i mange
ulike situasjoner i et moderne samfunn. De omgir oss i hverdagen uten at
vi tenker over det eller behøver å tenke over det. Standarder er felles goder
som bidrar til systematisering både i næringslivet og i samfunnet som
helhet. De effektiviserer og forenkler.
Uten standarder ville samfunnet gått i stå. Det er vanskelig å se for seg et
samfunn der skruer og mutre ikke lenger passer sammen. Eller om det
hadde vært flere måter å skru i en lyspære på?
•
•
•
•
•
•
•
1.1.1
En standard utarbeides etter initiativ fra interessegrupper.
En standard gir retningslinjer for hvilke krav som skal settes til varer
og tjenester.
En standard regulerer hvordan prøving, sertifisering og akkreditering
skal gjennomføres. Akkreditering er en frivillig ordning organisasjoner
gjennomfører for å bevise sin kompetanse overfor kunder,
myndighetskrav eller seg selv. Akkreditering har de senere år blitt
brukt innen EU-systemet til kontroll av kompetanse og
gjennomføringsevne.
En standard er et forslag til valg av løsning.
En standard bidrar til utvikling av formålstjenlige og sikre produkter,
produksjonsprosesser og tjenester.
Noen standarder kan brukes frivillig.
En standard gir mer detaljerte beskrivelser til EU-direktiver, nasjonale
lover og forskrifter.
Eksempeler på standarder
Dokumentasjon til anlegg lages ut fra en eller flere nasjonale og
internasjonale standarder. Bedriftene har i tillegg ofte sin egen standard
som er bygd opp rundt en eller flere nasjonale og internasjonale
standarder. Dette gjelder alle fag, også automatiseringsfag.
Tabell 1 viser eksempler på standardiseringsorganisasjoner.
Standard
Tabell 1
14
Logo
Forklaring
ISO
International Organization for
Standardization
ISA
International Federation of
National Standardization
Associations
ANSI
American National Standard
Institute
DIN
Deutches Institut fűr Normung
NORSOK
Norsk Standard
Automatiseringsteknikk 2: Praktisk reguleringsteknikk
Reguleringsventiler
2.4
Sylinderaktuator
Figur 8 viser tegning av en dobbeltvirkende sylinderaktuator. I figur 8
til venstre er sylinderen i nederste posisjon. Til høyre i øverste posisjon.
Start animasjonen
Sylinderaktuator.
Studer virkemåten til
sylinderaktuatoren.
Figur 8
Som figur 8 viser har ikke en dobbeltvirkende sylinderaktuatoren returfjær.
Sylinderaktuatoren kalles derfor for dobbeltvirkende. Når stempelet skal
flyttes, øker trykket på den ene siden og senkes på den andre siden.
Som du ser kan du styre stempelet til den posisjonen du ønsker. Det vil si
det samme som å styre ventilpluggen til en vilkårlig posisjon.
Sylinderaktuatoren har større skyvekraft enn membranmotoren, fordi den
bruker større styretrykk. Eksempel på styretrykk er fra 10 bar til flere
hundre bar.
Eksempel:
Figur 9 viser en enkeltvirkende sylinder. Den er enkeltvirkende fordi den
har fjærretur. Kraften fra sylinderen virker mot fjærkraften.
Figur 9
Eksempel:
Beregn skyvekraften til sylinderen når styretrykket er 10 bar og sylinderen
er sirkulær, med diameteren 20cm.
Løsning:
Sylinderens areal er:
A = πr2 = 3,14 ∙ 0,12 = 0,0314m2
Kraften fra sylinderen blir:
F = p · A = 1000000(N) · 0,0314(m2) = 31400Nm2.
Omgjort til kg blir det:
31400N/9,81m/s2 = 3200,8 kg eller 3,2tonn.
Automatiseringsteknikk 2: Praktisk reguleringsteknikk
15
Kapittel 2
2.5
Flere deler i ventilen
Vi skal nå sette navn på flere deler i ventilen. Figur 10 viser en seteventil,
med flere navn på deler i ventilen.
1.
2.
3.
4.
5.
Ventilhuset
Plugg
Sete
Pakkboks med pakninger, fjær, pakkboksstrammer og stempel
Ventilspindel
Figur 10.
Seteventil.
Mediet strømmer inn i ventilhusets innløp, videre gjennom den justerbare
åpningen mellom plugg og sete og videre ut utløpet.
2.5.1
Pakkboksen
For å hindre at mediet slipper ut langs spindelen går spindelen gjennom en
pakkboks.
Start videofilmen
Seteventil_med_hysterese. Studer oppbygning
og virkemåte.
Spindelen beveger seg i pakkboksen, som da slites over tid. Derfor er den
konstruert slik at den kan strammes. Dette gjøres med muttere på toppen
av pakkboksstemplet. På undersiden av pakningene er det her en fjær.
Fjæren sørger for at strammingen av pakkboksen ikke blir for hard.
For hard stramming kan forårsake beveger seg «hakkete». Dette kalles for
hysterese. I verste tilfelle kan spindelen bli sittende helt fast med for hardt
strammet pakkboks.
Start animasjonen
Seteventil_med_hysterese. Test virkningen av
hysterese i pakkboksen.
Figur 11.
Pakkboks.
16 Automatiseringsteknikk 2: Praktisk reguleringsteknikk
Reguleringsventiler
2.6
Krefter langs spindelen
Figur 12 viser de kreftene som virker langs spindelen når reguleringsventilen er i drift. Fjærkraften virker nedover langs spindelen. Motsatt
fjærkraften virker membrankraften.
Figur 12.
Krefter langs spindelen når
reguleringsventilen er i drift.
Når kraften fra membranen er like stor som fjærkraften, balanserer kreftene
mot hverandre. Det kalles for kraft/balanseprinsippet.
Eksempel på styresignal, p, er 0,2–1bar. Når styretrykket er 0,2bar er
reguleringsventilen lukket. Når styretrykket er 1bar, er reguleringsventilen
helt åpen.
Arealet til membranen og trykket, p, bestemmer hvor stor membrankraften
skal være. Membrankraften er gitt ved FM = p · AM.
Vi leser dette slik:
•
Kraften fra membranen er lik styretrykket, p, multiplisert med
membranens areal AM.
Man kan bruke aktuator som er laget for høyere styretrykk. Da kan vi bruke
mindre aktuator.
Pakningene som klemmer om spindelen er årsak til friksjonen mellom
pakningens flater og spindelens flater. Friksjonen virker begge veier.
Plugg og sete er til sammen en regulerbar strømningsmotstand. Vi får et
trykkfall over plugg og sete. Da er trykket p1 større enn p2. Differansetrykket over pluggen, Δp = p1 – p2, driver mediestrømmen gjennom
ventilen. Siden trykket p1 er større enn trykket p2 virker det en kraft
oppover langs spindelen fra pluggen. Denne kraften er lik:
Fpro = (p1- p2) · Aplugg
Start animasjonen
Seteventil_med_hysterese. Bruk animasjonen
til å repetere krefter som
virker lengs spindelen
når reguleringsventilen
er i drift.
Her er Aplugg lik pluggens areal.
Dersom ventilen skal klare å lukke mot prosessmediet, må fjærkraften være
så stor at den overvinner Fpro = (p1-p2) · Aplugg og friksjonskraften fra
pakkboksen. Dersom prosesstrykket er stort og pluggens areal er stor,
blir Fpro stor. Det krever det stort areal på aktuatorens membran for at
Automatiseringsteknikk 2: Praktisk reguleringsteknikk
17
Kapittel 2
membrankraften FM = p · AM skal bli tilsvarende stor. Styretrykket, p, kan
også økes for å veie opp mot stort prosesstrykk og dermed stor Fpro.
Start videofilmen
Ventilvandring.
Åpne databladet til
Fisher Easy-e regvent.
I databladet skal se på det som er merket med gult:
1. Trykklasser og størrelser på ventiler
2. Ventiltyper
3. Aktuatorer
4. Pakkbokser og pakninger
5. Type trim (plugg og sete)
Husk at innholdet i datablader/spesifikasjoner ikke er «puggestoff».
Utstyrspesifikasjoner er oppslagsverk som du må lære å bruke. Da må du
først og fremst vite hva du søker etter.
Gjennomfør
elektronisk test 1.
2.7
Vi kan si det slik:
1.
Lære det grunnleggende om reguleringsventiler utenat.
2.
Bli flink til å bruke utstyrsspesifikasjoner.
Dobbeltseteventil
Figur 13 viser en dobbeltseteventil.
Figur 13.
Dobbeltseteventil.
En dobbeltseteventil har dobbelt sett med plugg og sete. Mediet strømmer
opp mellom den ene pluggen og setet og ned mellom den andre pluggen
og setet.
Kraften fra prosesstrykket,Fpro = (p1-p2) · Aplugg, De to kreftene virker
motsatt vei. Kreftene Fopp og Fned, utligner hverandre. Dobbeltseteventilen
kalles derfor ofte for en balansert ventil.
På grunn av at de to kreftene Fopp og Fned er omtrent like store, trenger
ventilen mindre innstillingskraft enn enkeltseteventilen med tilsvarende
størrelse og samme prosesstrykk.
Risikoen for lekkasje mellom plugg og sete, i stengt posisjon, er større enn
hos enkeltseteventilen. Årsaken til det er at det er vanskelig å få begge
pluggene til å treffe setene helt likt.
Figur 14 viser en dobbeltseteventil installert i anlegg. Bildet er laget slik at
du tilsynelatende kan se inn i ventilhuset.
18 Automatiseringsteknikk 2: Praktisk reguleringsteknikk
Grunnleggende om PID-regulering
Vi skal teste reguleringssløyfens reguleringsevne når vi forandrer I-tiden.
Vi skal teste reguleringen med I-tidene:
a)
b)
c)
1 minutt
0,3 minutt
0,04 minutt
a) I-tid lik 1 minutt:
Skal-verdien skal flyttes fra 50% til 55%.
Trykk på I slik at I-tiden og grafen for I-vises. Avviket fjernes sakte.
Frys grafbildet når avviket er lik 0, som vist i figur 16.
Figur 16
Skaler y-aksen til laveste verdi på om lag 40% og høyeste verdi til 60%.
Da får du et forstørret bilde av amplituden.
Er-verdien kommer sakte tilbake til skal-verdien etter en endring i skalverdien fra 50% til 55%. I dette eksemplet går det med ca. 384s før avviket
er fjernet. For denne prosessen er denne i-tiden for lang. Reguleringen er
stabil, men treg.
Vi kan oppsummere det slik:
•
I-forsterkeren øker pådraget over tid. I dette eksemplet åpnes
reguleringsventilen over tid helt til avviket er lik null.
Tips:
•
Tiden måles mellom markør 1 og markør 2.
•
Ruten for markør 1 og ruten for markør 2 viser her verdien til PV fordi
vi i ruten Graph har valgt å måle på PV. Du kan måle på alle grafene.
Test dette!
b)
I-tid lik 0,3 minutt:
I-tiden er nå kortere enn i forsøk a. Figur 17 viser at avviket fjernes raskere
etter en endring i skal-verdien, fra 50% til 55%. Reguleringen er rask
og stabil.
Automatiseringsteknikk 2: Praktisk reguleringsteknikk
19
Kapittel 5
Figur 17
Figur 17 viser tekstet kopi av skjermbildet fra forsøket. Test at du får om
lag samme resultat.
Konklusjon:
•
Med kortere I-tid fjernes avviket raskere.
c) I-tid lik 0,04 minutt:
Figur 18 viser at reguleringen blir ustabil. Vi har store og økende
svingninger i er-verdien.
Start animasjonen
PI-regulering. Kjør
animasjonen og tenk
igjennom teorien om
PI-regulering.
Figur 18
Utfør simulatorforsøket
om PI-regulering.
Test at du får om lag samme resultat. Legg merke til at I-bidraget hele
tiden er foran er-verdien i tid. Dette vises med ΔT i figuren. Pådraget er
nå hele tiden foran den målte prosessverdien. Dette fører til ustabil
regulering.
Gjennomfør
elektronisk test 3.
Konklusjon:
PI-regulator fjerner avvik over tid.
•
•
Det er I-forsterkeren som fjerner siste rest av avviket.
•
Kortere I-tid fjerner avviket raskere.
•
Dersom I-virkningen gjøres for kort, blir reguleringssløyfen ustabil.
Er-verdien svinger da rundt skal-verdien.
20
Automatiseringsteknikk 2: Praktisk reguleringsteknikk
Videregående regulering
Figur 3
7.1.5
Forklaring til kaskadereguleringen
LIC og FIC er koblet i serie, fordi LIC sin utgang sendes til FIC sin inngang
der den blir skal-verdi for FIC.
Si at qut øker eller minker, da endres væskenivået i tanken. LIC mottar da
ny er-verdi og LIC får et avvik. Dette avviket bruker LIC til å endre sin
regulatorutgang og skal-verdien til FIC endres. Da endrer FIC ventilåpningen. Gjennomstrømningen qinn endres og avvik i væskenivået fjernes.
Endringer i qinn reguleres med FIC som vi tidligere har gjennomgått.
7.2
Test av reguleringssløyfer i varmeveksler
7.2.1
Forberedelse
7.2.2
•
På nettressursen finner du driveren LVRTE2010_SP1f5std. Det
er driveren til simulatorprogrammet. Last ned driveren og installer
den på din datamaskin.
•
På nettressursen laster du ned den zippede (komprimerte) filen
Simulator_varmeveklser. Pakk ut den zippede filen. Du skal nå se
filene Varmeveksler, Veiledning til simulator og flere forsøk til
simulatoren. Lagre alle filene på din datamaskin.
•
Dobbeltklikk den utpakkede simulatorfilen. Simulatoren skal nå starte.
•
Åpne brukerveiledningen til varmeveksleren. Med simulatoren i drift
gjennomgår du brukerveiledningen, for å bli kjent med simulatoren.
Enkeltsløyferegulering med varmeveksler
Du skal nå teste avviksendringer i produkttemperaturen (Tp) med
konstantregulering (single loop) og med kaskaderegulering. Til slutt skal du
sammenligne maksimale avvik i de to reguleringene.
Automatiseringsteknikk 2: Praktisk reguleringsteknikk
21
Kapittel 7
7.2.3
Test med konstantregulering
Figur 4
Start simulatoren med en regulator (enkeltsløyfe), TC 1. Dette gjøres med
bryteren avmerket med gul hake i figur 4. I prosessbildet bruker du
pauseknappen for å starte og stoppe simuleringen.
Sett venderen TC1 i Auto. Se figur 5.
Figur 5
La er-verdien svinge seg inn på skal-verdien. Når reguleringsavviket er lik
null endrer du trykket, ps, i tilførsel til 8barg.
22
Automatiseringsteknikk 2: Praktisk reguleringsteknikk
Videregående regulering
7.2.5
Simulatorforsøk med Kaskaderegulering
Utfør forsøket med simulatoren.
Åpne simulatorforsøket
Forsøk med
kaskaderegulering.
Gjennomfør elektronisk test 1.
7.2.6
Parameterstyring av varmeveksler
I forsøket med kaskaderegulering så vi at kaskadereguleringen ble ustabil
dersom produktstrømmen (prosesstrømmen Qp) ble lav. Se figur 8.
Figur 8
Reguleringssløyfen ble treg dersom produktstrømmen (prosesstrømmen)
økte. Årsaken til dette er at prosessforterkningen er stor ved små gjennomstrømninger og lav ved store gjennomstrømninger. Dersom man ønsker
stabil og rask regulering, som er uavhengig av endringer i prosesstrømmen
Qp, må regulatorparametrene endres når Qp endrer seg.
Automatiseringsteknikk 2: Praktisk reguleringsteknikk
23
Kapittel 7
Det ser vi av Ziegler og Nichols 2. regel for PI-regulator:
Kp = 0, 9
TT
Fpro ⋅ TD
TT = åpen sløyfens tidskonstant.
TD = åpen sløyfes dødtid.
Fpro = åpen sløyfes forsterkning (prosessforsterkning).
Av ligningen for kp ser vi at dersom prosessforsterkningen,Fpro, øker må
regulatorforsterkningen reduseres.
I varmevekslerprosessen endrer Fpro seg når produktstrømmen, Qp, endrer
seg. Vi måler produktstrømmen Qp. Det gjøres med FT 2. Måleverdien
brukes til å styre regulatorparametrene i regulatoren TC 1.
Når gjennomstrømningen oppnår en på forhånd bestemte grense byttes
regulatorparametrene.
De regulatorparametrene som skal brukes legges inn i en tabell i
regulatoren TC1, se figur 10.
Figur 9
24
Automatiseringsteknikk 2: Praktisk reguleringsteknikk
Videregående regulering
Gjennomfør
elektronisk test 2.
7.6
Vi lager en foroverkobling. Vi monterer en temperaturføler ute for å måle
utetemperaturen. Når utetemperaturen faller sender den signal til
regulatoren. Regulatoren svarer med å øke sitt pådrag, slik at kulden som
er på vei gjennom veggen møtes med økt pådrag av varme til salen. Med
riktig innstilling av regulatoren blir temperaturavviket meget lite i salen.
Temperaturføleren ute er en foroverkoblingen.
Forholdsregulering i blande- og krystalliseringsprosess
Figur 15 viser en blande- og krystalliseringsprosess for produksjon av
hjortetakksalt.
Figur 15
Hjortetakksalt, også kalt hornsalt. Navnet kommer av at det ble opprinnelig
ble framstilt av hjortens gevir.
Hjortetakksalt er et tilsetningsstoff i bakverk. Det brukes da som
hevemiddel. Et hevemiddel er et produkt som brukes i deigen for at
sluttproduktet skal være lett, luftig og mykt.
Automatiseringsteknikk 2: Praktisk reguleringsteknikk
25
Kapittel 7
Hevemiddelet reagerer med varme som forårsaker en gassproduksjon av
karbondioksid. Gassen danner bobler i deigen. Når deigen størkner, blir
disse boblene igjen inne i bakverket.
Hjortetakksalt lages av karbondioksidgass (CO2), vanndamp (H2O) og
ammoniakkgass (NH3).
Den kjemiske reaksjonen er slik:
CO2 + H 2O + NH 3 → NH 4 HCO3
NH4HCO3 er da i krystallform. Eksempel på andre stoffer som er i
krystallform er strøsukker og strøsalt.
Når hjortetakksaltet (krystallene) varmes opp til ca. 60°C, spalter
krystallene seg i de tre produksjonsgassene karbondioksidgass (CO2),
vanndamp (H2O) og ammoniakkgass (NH3). Vi sier at reaksjonsprosessen
reverserer. Denne reaksjonen skrives slik:
CO2 + H 2O + NH 3 ← NH 4 HCO3
Det dannes da litt ammoniakkgass (NH3), litt vanndamp (H2O) og mye
karbondioksidgass (CO2). Det er karbondioksidgass (CO2) som gjør kaken
porøs og lett.
Start animasjonen
Hjortetakksalt.
Figur 16
Hjortetakk selges på boks til husholdning og i sekk til bakeriindustrien.
Øvelse 1 med animasjonen:
Venstreklikk på instrumenter og symboler, åpner tilhørende utstyr.
Aktiveringsknappen «les om» åpner teksten som forteller om prosessavsnittets virkemåte.
I blandetanken skal ammoniakk (NH3) og vann blandes i forholdet en del
ammoniakk og 20 deler vann. Forholdsregulatoren FFCA 2 regulerer denne
blandingen.
1.
Kan du forklare den prinsipielle virkemåten til alle instrumenter i
anlegget?
2.
Kan du forklare den prinsipielle virkemåten til alle reguleringsventiler i
anlegget?
Øvelse 2 med animasjonen:
Trykk på LT1. Du ser nå en reguleringssløyfe. Kan du forklare virkemåten til
hele reguleringssløyfen? Ta utgangspunkt i at væskenivået i krystallisatoren
synker og lag en funksjonsforklaring til reguleringssløyfen.
26
Automatiseringsteknikk 2: Praktisk reguleringsteknikk
Prosessdatasystemer
8.8
Programmerbare regulatorer
Figur 9 viser en digital programmerbar regulator. Vi kan si at regulatoren er
en liten datamaskin laget for å utføre oppgaver i regulering.
Figur 9
Typisk for programmerbare regulatorer er at de inneholder flere små
programmer som kan settes sammen og tilpasses reguleringsoppgaven.
Bruk denne sammenligningen:
Min PC har Microsoft Power Point installert. Power Point har mange små
programmer som kan settes sammen til en presentasjon.
Eksempel:
1. Sett inn bilde på presentasjonssiden
2. Legg animasjon til bildet
3. Legg animasjon på tekst
4. Legg tekst til bildet
5. Legg lyd til presentasjonssiden
For punktene 1 til 5 brukes programmer i PowerPoint.
8.9
Prinsipielt om programmering av en digital regulator
Programmering av regulatoren i figur 9 foregår med tastene på
regulatorens front. Regulatoren kan også tilkobles datamaskin (PC).
Programmet kan lages på datamaskin og overføres til regulatoren via
USB serielt grensesnitt.
Regulatoren har mange små programmer som kan settes sammen og
tilpasses reguleringsoppgaver og enkle styringer.
Eksempler på programmer er:
1. To programmer for PID-regulering
2. Programmerbare innganger for 4-20 mA, elektrisk spenning, Pt-100,
termoelementer
3. Programmerbare utganger for 4-20 mA, SSR (Solid State rele) og rele.
4. Ni programmerbare digitale innganger
5. Ni programmerbare digitale utganger
De ferdige programmene som skal brukes forbindes med hverandre med
adresser. Figur 10 viser prinsippet for hvordan tre programmer er bygd
sammen til et program for PID-regulering med alarmer for høy og lav PV.
Automatiseringsteknikk 2: Praktisk reguleringsteknikk
27
Kapittel 8
Figur 10
Alle regulatorleverandører har sin måte å lage programmer på, men de
fleste ligner på modellen i figur 10.
Når man programmerer regulatorer ved å bruke ferdige programrutiner,
kalles det for konfigurering. I fortsettelsen bruker vi denne betegnelsen.
8.9.1
Eksempel 1
Figur 11 viser regulering av temperaturen i en plastbearbeidingsmaskin,
en såkalt ekstruder.
Figur 11
Ekstruderen kan produsere to produkter, produkt A og produkt B. Hvert
produkt trenger eget sett med regulatorparametre for å regulere best mulig.
Parametrene legges i tabeller i regulatorprogrammet. Fra en PC eller
operatørstasjon sender man signal til regulatoren når regulatorparameterne
skal byttes.
I dette eksemplet er det valgt to produkter, men man kan i prinsippet ha
tabeller med parametre for så mange produkter man ønsker.
28
Automatiseringsteknikk 2: Praktisk reguleringsteknikk
Prosessdatasystemer
8.9.2
Eksempel 2
Rektangelet merket rom i figur 12 er et stort kjølelager. Fra kjølelageret
fraktes det varer inn og ut. Temperaturen kan derfor være forskjellige på
forskjellige steder på kjølelageret.
Figur 12
For at temperaturen ikke skal være for høy noen steder i rommet, monteres
tre temperaturfølere. De er plassert på steder der man forventer størst
temperatursvingninger.
Regulatoren er konfigurert slik at den velger å regulere etter den føleren
som måler høyest temperatur. På den måten stiger ikke temperaturen i
rommet over øvre grense for lagring av varene.
8.9.3
Eksempel 3
Det strømmer en gass i et rør, figur 13. Trykket i gassen øker fra 1bar til
4bar absolutt trykk. Da øker massetettheten for denne gassen med 400%.
For samme type gass halveres massetettheten når temperaturen øker fra
0°C til 273°C.
Når vi skal måle massestrøm, må vi derfor ta hensyn på gassens
temperatur og trykk.
Figur 13
Automatiseringsteknikk 2: Praktisk reguleringsteknikk
29
Kapittel 9
Figur 26
9.10
Varmepumpens virkemåte
Varmepumpen lages med disse hovedenhetene:
1.
2.
3.
4.
Fordamper
Kompressor
Kondensator
Ekspansjonsventil
Start animasjonen
Varmepumpel.
Figur 27
Med fordamperen hentes det ut varme fra vann i brønner boret i fjell eller
jord. Varmen kan også hentes fra elver, sjøvann eller luft.
I fordamperen sirkulerer kjølemediet, som koker ved om lag –30oC. Når en
væske koker, går væsken over til damp. Energien til kokingen tar væsken
fra omgivelsene. Om fordamperen ligger nedsenket i vann med
temperaturen +4oC, vil kjølemediet, som koker ved –30oC, gå hurtig over
til damp. Varmen som trengs for kokingen tar kjølemediet fra vannet, som
da kjøles ned.
30
Automatiseringsteknikk 2: Praktisk reguleringsteknikk
Klimaanlegg
I animasjonen slår du på teksten og bruker teorien bak «Les om»-knappen.
Studer varmepumpens virkemåte grundig.
Animasjonen viser at det flytende kjølemediet koker i fordamperen.
Fordampningsvarmen hentes fra omgivelsene. I kompressoren
komprimeres gassen til et høyt trykk, og temperaturen øker på grunn
av trykkøkningen i kompressoren.
I kondensatoren, som kan være en varmtvannsbereder, kjøles den
komprimerte gassen av det kalde vannet som strømmer gjennom
berederen. Det vannet som nå tas ut av berederen, har nå høyere
temperatur. Vannet har fått varmen fra kjølemediet som tilføres
fordamperen.
Vi ser at med varmepumpen kan vi «flytte» varmeenergi fra et lavere til et
høyere temperaturnivå. Den elektriske energien som går med til å drive
varmepumpen, får man igjen i form av større varmemengde.
Man kan si at varmepumpeprosessen virker som en «varmeforsterker».
Typisk «varmeforsterkning» er 3 til 4 ganger så stor som den tilførte
effekten til kompressoren.
9.10.1
Varmepumpe koblet sammen med ventilasjonsaggregat
Figur 28 viser varmepumpe koblet til et ventilasjonsaggregat. Vi ser at
kondensatoren er montert i tilluftskanalen. Her avgir den varmen til luften
som skal tilføres rommet/rommene.
Figur 28
Figur 28 viser en varmepumpe som tar varmen fra vann som pumpes opp.
Dette vannet strømmer inn i fordamperen, der varmen i vannet overføres
til kjølemediet. I kondensatoren varmes vannet i vannkretsen til varmebatteriet av det varme kjølemediet.
Automatiseringsteknikk 2: Praktisk reguleringsteknikk
31
Kapittel 9
Gjennomfør
elektronisk test 4.
Åpne Oppgaver og
løsningsforslag.
Repeter med oppgaver.
Figur 29
32
Automatiseringsteknikk 2: Praktisk reguleringsteknikk
Sikkerhet
Start animasjonen
Sikkerhetsbarrierer.
Figur 4
Tabell 1
1.
Hjelm
2.
Vernebriller
3.
Vernehansker
4.
Sikkerhetstau og fallseler
5.
Flammesikker dress
6.
Sperre av området og merke
arbeid pågår mm.
7.
Sikker jobbanalyse (SJA)
8.
Opplæring
9.
Egen holdning
10.
Atferd
11.
Kultur
Eksempel:
Du skal felle et høyt tre i haven. Treet kan nå fram til naboens hus når den
felles. Det er vind i retning naboens hus. Eksempel på sikkerhetsbarrierer
i denne jobben er:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
11.3.2
Analyse av hele arbeidsoperasjonen.
Informere naboen og sikre området.
Vurdere din kompetansen for å utføre jobben og vurdere om det
bør leies inn profesjonelle for å utføre jobben.
Planlegge jobben.
Skaffe nødvendig sikringsutstyr.
Skaffe nødvendig verneutstyr.
Sikker jobbanalyse (SJA)
Sikker jobbanalyse er en analyse som skal gjennomføres før man starter
et arbeid. Tabell 2 viser eksempel på et SJA-skjema.
SJA-skjemaet kan beskrives som en huskeliste, som skal fylles ut og
signeres før man starter arbeidet.
Automatiseringsteknikk 2: Praktisk reguleringsteknikk
33
Kapittel 11
Sikker jobbanalyse (SJA-analyse)
Se de tre animasjonene
om bruk av SJA-skjema.
1. SJA-skjema
2. Gasstest
3. Syreskade
Nr.
Spør deg selv
1.
Har du arbeidstillatelse?
2.
Er du på riktig plass?
3.
Har du fortatt gasstest?
4.
Har du med gassmåler?
5.
Har du brannslukkningsutstyr?
6.
Har du gitt alle berørte parter meldinger?
7.
Har undersøkt området?
8.
Er alt verktøy godkjent for arbeidsoppdraget?
9.
Har du alt nødvendig verneutstyr?
10.
Har du alt nødvendig sikkringsutstyr for denne jobben?
Dato:…………………………
Sign:……………………………..
Tabell 2
11.4
Hva koster en ulykke?
Figur 5
34
1.
•
•
•
Tapte arbeidsinntekter for:
Den skadende
Andre ansatte kan tape
Kunden kan tape
2.
Produksjonstap for bedriften.
3.
Tape markedsandeler/miste kunder.
4.
•
•
Materielle ødeleggelser:
Skader på produksjonsutstyr
Skader på bygninger
5.
Miljømessige ødeleggelser.
Automatiseringsteknikk 2: Praktisk reguleringsteknikk
Bekreft
med X
Sikkerhet
11.8.2
Litt om luftveier og lunger
Opptak av oksygen skjer i lungeblærene (alveolene). Luften ledes til
lungeblærene gjennom luftveiene. Studer animasjonen.
11.9
Eksempler på produkter med løsemidler
Løsemidler finnes i lim, lakk, maling, lynol, tynner og andre rensemidler.
Løsemidler inngår også i mange produkter. Typiske anvendelsesområder
er for eksempel. rensing, avfetting, malerarbeider, lakkering av alle slag,
rengjøring, fortynning og liming.
Statistikken viser at hver tiende arbeidstaker er i kontakt med løsemidler.
Antall skader viser at advarslene mot løsemidlene ikke blir tatt alvorlig nok.
11.10
Slik tas løsemidlene opp i kroppen
De fleste løsemiddelskadene oppstår i kroppen som følge av at vi puster
inn luft som er forurenset av løsemiddeldamp.
Noen løsemidler trenger inn i kroppen, gjennom hudens celler, til
blodomløpet. Gjennom blodet kan løsemidlene lagre seg i fettvev og
skade viktige organer som hjernen.
Løsemidlene kan også forårsake skade på hud og slimhinner.
11.10.1 Innånding
Start animasjonen
1.Lungene.
2.Løsemiddelskade.
Figur 12
Løsemidler kommer til kroppen via ånderettet. Når vi puster inn luft som
er forurenset med løsemidler, går løsemidlene gjennom lungeblærene og
inn blodet. Sammen med blodet transporteres løsemidlene til viktige
organer og fettvev, hvor de lagres i lengre tid. Mengden av løsemidler
som tas opp i blodet, avhenger først og fremst av hvor lett løsemidlene
absorberes i blodet. Dette varierer fra løsemiddel til løsemiddel.
Enkelte organer tar lettere opp løsemidler enn andre. Fettvev tar til seg
mye løsemidler. I fettvevet kan løsemidlene lagres lenge. Rester av
løsemidler er funnet i fettvev opp til to uker etter at de ble tatt opp.
Løsemidler kan bli i kroppen i lang tid og være årsak til skader lenge etter
at den ytre løsemiddelpåvirkningen er fjernet.
Automatiseringsteknikk 2: Praktisk reguleringsteknikk
35
Kapittel 11
11.10.2 Opptak gjennom huden
Figur 13
Løsemidler kommer til kroppen via huden.
Lynol og xylen er eksempler på løsemidler som kan tas opp i kroppen
gjennom huden. Rift og sår i huden øker opptaket av løsemidler.
11.11
Hvordan løsemidlene skader kroppen
11.11.1 Skader på hjernen og nervesystemet
Figur 14
Løsemidlene ødelegger hjernen og nervesystemet. Det begynner med
tretthet, hodepine, svimmelhet, beruselse og kvalme. Ved kraftig påvirkning
kan man besvime og i verste fall dø.
Etter lengre tids påvirkning kan disse symptomene bli varige.
Konsentrasjonsevnen og hukommelsen svekkes. Sløvhet, tretthet og
depresjon er også et alvorlig symptom.
36
Automatiseringsteknikk 2: Praktisk reguleringsteknikk
Sikkerhet
Figur 20.
Eksempel på CO2-apparat
og branntepper.
Arbeidstøy kan antenne dersom bekledningen er tilsmusset med oljeprodukter el. Ved brann i arbeidstøyet må man aldri bruke CO2-apparater.
Dette kan forverre skadene fordi CO2 fordamper ved ca. -70oC. Slike lave
temperaturer kan gi alvorlige frostskader. Det beste er å bruke brannteppe.
Brannteppe kveler brannen. Ved å «pakke» brannen inn i et brannhemmende stoff som ikke slipper inn oksygen, slukkes brannen. Vann,
pulver og skum kan vurderes.
11.12.3 Isolerende hansker
Figur 21.
Eksempel på
isolerende hansker.
Hanskene skal være merket med AUS symbol, normnummer
og produksjonsår. Produksjonsår fordi gummi har begrenset levetid.
Hanskene skal også merkes med fabrikant, størrelse og klasse. Hanskene
bør være personlige med navn, slik at hver eier har ansvaret for å holde
hanskene rene og kontrollere at de ikke har skader.
Før bruk skal du alltid kontrollere at hanskene ikke er skadet. Blås opp
hanskene med munnen. Undersøk om hanskene har lekkasjer. Hansker
med lekkasje byttes omgående.
Automatiseringsteknikk 2: Praktisk reguleringsteknikk
37
Kapittel 11
11.12.4 Hjelm
Figur 22 viser eksempel på hjelm som er CE-merket.
Figur 22.
Eksempel på hjelm som
er CE-merket.
Det finnes i dag ingen anerkjente normer når det gjelder elektrotekniske
krav til beskyttelseshjelmer. Men det er krav til hvordan man skal merke
hjelmen.
Merket klasse forteller om den prøvespenningen som hjelmen skal tåle.
For eksempel om den er sertifisert for 1000VAC og 1500VDC.
Visiret på hjelmen skal gi beskyttelse mot lysbuer.
11.13
Litt om håndverktøy
Norm NEK-EN 60900 AUS verktøy, for bruk på lavspenningsanlegg.
Verktøyet blir vanligvis levert i egen koffert med alle nødvendige sertifikater
og opplysninger.
Figur 23.
Isolerende verktøy.
38
Automatiseringsteknikk 2: Praktisk reguleringsteknikk
Vedlikeholdssystemer
12
Innføring om vedlikehold
12.1
Eksempel på vedlikehold i hverdagen
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
12.2
Bilen settes på merkeverksted for planlagt service.
Vaske bilen.
Bytte slitte dekk på bilen.
Bytte vindusviskere.
Bytte motorolje på bilen.
Male huset.
Bytte en løs fylling i en tann.
Vedlikehold i industri
Figur 1
12.2.1
Vedlikehold er nødvendig for å:
1.
2.
12.2.2
Opprettholde en sikker produksjon, med hensyn på mennesker,
miljø og materiell.
Opprettholde en økonomisk mest mulig lønnsom produksjon.
Vedlikeholdet må være en nødvendig del av driften:
Et effektivt vedlikehold skal sikre at bedriften opprettholder produksjonssystemets driftssikkerhet. Det krever at:
•
•
•
•
•
Vedlikeholdet er en del av produksjonsprosessen.
Vedlikeholdspersonell må ha gode prosesskunnskaper.
Det må være vilje til å satse på høyt kvalifisert arbeidskraft på
alle plan i vedlikeholdsfunksjonen.
Hele organisasjonen forstår at ved riktig planlegging av vedlikeholdet
kan driftssikkerheten styrkes av vedlikeholdet.
Vedlikeholdspersonell må ha forståelse for økonomisk styring og ha
forståelse for vedlikeholdets betydning og for anleggets totaløkonomi.
Automatiseringsteknikk 2: Praktisk reguleringsteknikk
39
Kapittel 12
12.2.3
Arbeid systematisk og effektivt
Det er viktig å ha en plan for alt vedlikeholdsarbeid.
Figur 2
Her er noen eksempler:
1. Analyser og planlegg alt vedlikeholdsarbeid.
2. Lag en timeplan for hver dag.
3. Bruk arbeidsmåling. Eksempel: Hvor lang tar det gjennomsnittlig
på å bytte en type instrument?
4. Lag ukeplan for vedlikeholdsarbeidet.
5. Bruke arbeidsordre. Det vil si databaserte beskjeder om arbeid som
skal utføres.
6. Om det er mulig skrives arbeidsordren på PC og sendes til mobiltelefonen. Den ansatte/innleide har den øyeblikket etter. Ansatte/
innleide kan legge inn brukt materiell og arbeidstimer. Arbeidsordre
sendt til mobiltelefon kan integreres direkte med regnskapssystemet.
7. Utarbeid standardmetoder for vedlikehold på likt utstyr.
8. Ha riktig oppdatert reservedelslager.
9. Bruk forebyggende vedlikehold. Forebyggende vedlikehold er
vedlikeholdsarbeid som utføres for å hindre havari på instrumenter
og produksjonsutstyr.
10. Sett av økonomiske midler til vedlikehold. Det vil si lag
vedlikeholdsbudsjett.
11. Planlegg driftsstansene i bedriften, slik at alt vedlikeholdsarbeid
kan planlegges samtidig.
12. Lag et system for etterutdanning av vedlikeholdspersonell.
12.3
Miljø
Begrepet miljø deles gjerne i to områder:
Figur 3
40
Automatiseringsteknikk 2: Praktisk reguleringsteknikk