Afslutningsprojekt. Fødevandsanlæg

Transkript

1 Afslutningsprojekt Fødevandsanlæg

2 Titelblad Rapport: Afslutningsprojekt Udannelse: Automationsteknolog Omhandler: Fødevandsanlæg Afleveringsdato: 11/ Udarbejdet af: Kristian Ørum auta/i0913 Udannelsessted: University College Nordjylland Sofiendalsvej Aalborg SV Denne rapport er et afslutningsprojekt til uddannelsen automationsteknolog, hvor projektet omhandler leveringen af et fødevandsanlæg.

3 Indholdsfortegnelse Afsnit 1 Generelt Problemformulering Projekt indledning Tidsplan Opgaven Anlægget/processen Kunde ønsker Afsnit 2 Specifikationer Beskrivelse af installationen Sikkerhed og miljø Komponenter Fysiske elementer Blok diagram Netværkskommunikation I/O liste Afsnit 3 Regulering og styring Indledning Reguleringer Niveau i fødevandstanken Tryk i fødevandstanken Temperatur i fødevandsledningen Tryk i fødevandsledningen Vandbehandling Konklusion Afsnit 4 PLC programmering Indledning Sekvensdiagram Manuel diagram Rutiner Funktionsblokke Alarm... 40

4 4.7 Analoge input/output signaler Konklusion Afsnit 5 SCADA Indledning Oversigt over displays Betjeningsmanual Konklusion Afsnit 6 Dokumentation Indledning Dimensionering Kredsskemaer Kap Konklusion Afsnit 7 Projekt konklusion Litteraturliste Bilag

5 Afsnit 1 Generelt 1.1 Problemformulering Fødevandsanlæg til et WHRB (Waste Heat Recovery boiler), som på dansk er et kedelanlæg hvor spildevarmen fra afbrændingen af affald genanvendes. Hvordan kan der udvikles automatik på et fødevandsanlæg, som skal sikre en driftsikker og kontrolleret regulering af vandet der forsyner en kedel? Projekt indhold: Projektet vil tage sit udgangspunkt i DS/EN Derudover kommer andre relevante standarder indenfor programmering, kredsskemaer osv. Regulering og styring (tryk, temperatur, niveau, hastighed, vandbehandling) PLC programmering (Generel programmering + funktionsblokke i ST) SCADA Udvalgte dele af el teknisk dokumentation i henhold til kap Jens Henrik Nielsen Kristian Ørum 3

6 1.2 Projekt indledning Dette projekt er et afslutningsprojekt til uddannelsen som automationsteknolog. Der vil i projektet indgå styring, regulering, opbygning og optimering af det tekniske styresystem til fødevandsanlægget. Ideen til projektet er fundet i praktikperioden hos virksomheden Nordland Automatic A/S, hvor ideen blev introduceret som et muligt afslutningsprojekt der kunne laves. Det skal dog pointeres at det ikke er lavet til/for Nordland Automatic A/S, men kun som et fiktivt afslutningsprojekt. Der skal leveres et fødevandsanlæg til kunden X (fiktiv kunde), som ønsker at købe et fødevandsanlæg til det allerede eksisterende anlæg. Det eksisterende anlæg er et WHRB (Waste Heat Recovery boiler), som på dansk er et kedelanlæg hvor spildevarmen fra afbrændingen af affald genanvendes. Herefter kaldet WHRB i projektet. For at generere varme til kedlen bliver der afbrændt affald, og varmen herfra bruges til at opvarme vandet i kedlen, som bliver lavet om til damp. Vandet i kedlen skal leveres fra det projekterede fødevandsanlæg, hvor vandet skal bestå af returnerende kondensat, spædevand og udtagsdamp. Den producerede damp fra kedlen driver en turbine, som omsætter dampens energi til mekanisk arbejde, som får en generator til at producere elektricitet. Projektet tager sit udgangspunkt i det eksisterende anlæg, men består kun af fødevandsanlægget, som kunden X ønsker leveret. Rapporten skal ses som et projekt der bliver leveret af et automatik firma (K Automation), hvor fokus vil ligge på at besvare problemformuleringen, og de 4 store afsnit i projekt indhold. Regulering og styring vil kunne findes i "Afsnit 3 Regulering og styring". PLC programmering vil kunne findes i "Afsnit 4 PLC programmering". SCADA vil kunne findes i "Afsnit 5 SCADA". Udvalgte dele af el teknisk dokumentation i henhold til kap vil kunne findes i "Afsnit 6 Dokumentation". Under hvert af de 4 store afsnit fra problemformuleringens projekt indhold, vil der først være en indledning, som giver en forklaringen på hvad der skal gøres, hvordan det skal gøres, og hvorfor det gøres. Afsnittet vil slutte af med en konklusion, der viser hvad der er fundet frem til, og hvordan det er gjort, og hvorfor det er gjort. Hvordan rapport er opsat vil komme under "Afsnit 1 Generelt", under emne "1.3 Tidsplan". Den kan desuden selvfølgelig ses i indholdsfortegnelsens rækkefølge. 4

7 1.3 Tidsplan Tidsplanen er lavet for at kunne holde styr på opgaverne, så de bliver lavet til tiden. Dette gøres for at sikre at der vil være tids nok til at komme omkring alle de ønskede afsnit og emner. Afsnit vil være dem som er kaldt for afsnit, og emner vil være punkterne under afsnit. Derudover fungere tidsplanen som en opsætning af denne rapport, hvor afsnit og emner vil komme i tidsplanens rækkefølge. Dette er gjort så rapport læseren kan overskue opgaverne, og finde de 4 ønskede afsnit fra problemformuleringen (i problemformuleringen under projekt indhold). I tidsplanen nedenunder vil der være oplyst opgaver, start dato til slut dato, og uge nummer. Afsnit og emner vil være opstillet i en rækkefølge, der giver et naturligt flow i rapporten. Den tager rapport læseren med fra kundens ønsker, og igennem hele processen for at opnå disse. Tidsplan Start dato Slut dato Uge Opgaver Opstartes d. 13/ Afsnit 1 Generelt Problemformulering (Godkendes d ) 1.2 Projekt Indledning 1.3 Tidsplan 1.4 Opgaven 1.5 Anlægget/processen 1.6 Kunde ønsker Afsnit 2 Specifikationer Beskrivelse af installationen 2.2 Sikkerhed og miljø 2.3 Komponenter 2.4 Fysiske elementer 2.5 Blok diagram 2.6 Netværkskommunikation 2.7 I/O liste Afsnit 3 Regulering og styring Indledning 3.2 Reguleringer Niveau i fødevandstanken Tryk i fødevandstanken Temperatur i 5

8 fødevandsledningen Tryk i fødevandsledningen 3.3 Vandbehandling 3.4 Konklusion Afsnit 4 PLC Programmering Indledning 4.2 Sekvensdiagrammer 4.3 Manuel diagram (POU) 4.4 Rutiner 4.5 Funktionsblokke 4.6 Alarm 4.7 Analoge input/output signaler 4.8 Konklusion Afsnit 5 SCADA Indledning 5.2 Oversigt af displays 5.3 Betjeningsmanual 5.4 Konklusion Afsnit 6 Dokumentation Indledning 6.2 Dimensionering 6.3 Kredsskemaer 6.4 Kap Konklusion Afsnit 7 Projekt konklusion Afleveres d. 11/

9 1.4 Opgaven Opgaven i denne rapport vil bestå i at der skal leveres et fødevandsanlæg til kunden X. Der skal udvikles automatik på fødevandsanlægget, som skal sikre en driftsikker og kontrolleret regulering af fødevand der forsyner en kedel. For at dette kan opnås skal der laves regulering og styring på anlægget, som skal vise hvordan den bedste løsning til anlægget findes. Der vil blive lavet et PLC system og SCADA system, som sammen sikrer en driftsikker og kontrolleret regulering af fødevandet der forsyner kedlen. For at fødevandsanlægget kan blive leveret til kunden, så skal det leve op til DS/EN , hvor dokumentation vil være påkrævet. Der vil blive forklaret en hel del mere om fødevandsanlægget og det eksisterende anlæg i næste emne "1.5 anlægget/processen". Kunden X har nogle ønsker til anlægget, og disse vil være at finde i "Afsnit 1 Generelt", under emnet "1.6 Kunde ønsker" En detaljeret oversigt af fødevandsanlægget kan ses i "Bilag 1 PI Diagram", som er et proces og instrumentering diagram. Her kan der ses hvordan fødevandsanlæggets fysiske komponenter er placeret. 1.5 Anlægget/processen Tidligere blev der benævnt at dette projekt vil omhandle et fødevandsanlæg, der forsyner et WHRB anlæg med fødevand. Det er vigtigt at vide hvordan hele anlægget/processen fungere sammen med fødevandsanlægget (og omvendt), for at kunne levere et komplet projekt. Først vil hele anlægget blive forklaret i nedenstående rækkefølge, og til sidst bliver fødevandsanlægget forklaret. Derefter vil der blive forklaret nogle anlægsforbehold, som har stor indflydelse på et fødevandsanlæg. o o o o o Kedlen Turbine og generator Kondensatsystemet Fødevandsanlægget Anlægsforbehold Et anlæg som dette kan være opbygget på flere vidt forskellige måder, og med mange forskelligheder. Anlægget som bliver beskrevet i dette projekt, vil virke efter den beskrevne tekst. Kedlen: Fødevandet bliver først pumpet igennem en economiser, hvor det sidste af røggassens varme fra kedlens afbrændingssystem bruges til at forvarme vandet yderligere, før det pumpes ind i kedlen. Til opvarmning af kedlen bruges der affald som brændselsmiddel. Kedlen skal hele tiden forsynes med det vand, som den forlanger. Det kan nemlig skabe flere forskellige problemstillinger, hvis der enten er for lidt, eller for meget 7

10 vandtilførsel til kedlen. Kedlen bruger fødevandet til at producere damp, som herefter bruges til at drive turbinen, og dermed generatoren. Turbine og generator: Dampens energi bliver omsat til mekanisk arbejde i turbinen, og driver en generator med et konstant omdrejningstal (50 omdr/s). Generatoren generer elektrisk energi i form af 3 faset vekselstrøm 50 Hz i et magnetisk felt. Spændingen kan herefter transformeres, og sendes ud igennem højspændingsledninger. Når dampens energi er brugt til mekanisk arbejde i turbinen, forlader den turbinen som spildedamp, og forsætter sin gang til kondensatsystemet. Kondensatsystemet: En kondensator er faktisk en varmeveksler, hvori den har til opgave at afkøle spildedampen til kondensat. Kondensatoren består af en stor mængde rør, der gennemstrømmes af kølevand (søvand eller havvand), som ledes igennem rørene, og retur til søen/havet. Når spildedampen kommer i kontakt med disse kolde rør, så kondensere dampen, og strømmer ned som kondensat i en varmtvandsbrønd. Kondensatortrykket skal holdes så lavt som muligt, for at opretholde en stor turbineeffekten. Derudover holder det lave tryk også kondensator tabet så lille som muligt. Trykket i kondensatoren vil ligge omkring/under 0,04 bar. Når kondensat vandet forlader varmtvandsbrøden skal temperaturen ligge under mætningstemperaturen. Dette gøres pga. at O₂ (atmosfærisk luft) reduceres i vandet, når temperaturen ligger under dette niveau, og dette sørger for mindre tæring i kondensatsystemet. Det returnerende kondensat vand bliver pumpet igennem 2 lavtryksforvarmere, som opvarmer vandet ved hjælp fra damp. Det returnerende kondensat vil i dette projekt have en temperatur på 70. Fødevand anlægget: Fødevandstanken fungere som en stor varmeveksler med et stort vandreservoir. Den returnerende kondensat og spædevandet bliver sprøjtet igennem en spray aflufter. Der bruges kun spædevand, når den returnerende kondensat ikke er tilstrækkeligt, for at opretholde vandniveauet i tanken. I dette projekt bliver der kun leveret spædevand til fødevandstanken (spædevandstanken modtager ikke fødevand). Udtagsdamp tilføres igennem et rør der udmunder i bunden af tanken (lige under tankens niveau 1). Herfra vil dampen boble op igennem vandet, hvor noget af dampen vil kondensere, og overføre sin varme til fødevandet i tanken. Fødevandets temperatur vil stige, og vil ligge under mætningstemperaturen ved det pågældende damptryk. Den damp der ikke kondenserer, vil stille og roligt fordampe igennem en udlufter (placeret i toppen af tanken). 8

11 Tankens fødevand der forsyner kedlen består af kondensat retur, spædevand og udtagsdamp. Fødevandspumperne er centrifugalpumper, som bliver styret med frekvensomformere. Der er 2 fødevandspumper, men hver pumpe har en pumpekapacitet der overstiger dampsystemets totale fødevands forbrug. Pumperne er placeret 10 meter under fødevandstanken, for at få et tilstrækkeligt tryk ned til pumperne. På pumpernes afgangsside er der monteret et rør der løber tilbage til fødevandstanken, hvori der sidder en blænde i en kontraventil, som sørger for at der hele tiden vil strømme en mindre vandmængde igennem. Det sørger for at beskytte pumperne i perioder hvor reguleringsventilen til kedlen er næsten lukket eller helt lukket. Forvarmer 1 og forvarmer 2 har til opgave at opvarme vandet til 180, hvor det efterfølgende bliver pumpet til kedlen. Vandet strømmer først igennem forvarmer 1, hvor det efterfølgende strømmer igennem forvarmer 2. Begge forvarmerne fungere som en strøms varmeveksler, hvori fødevandet og dampen løber i modstrøm. Dette medvirker at kondensatet fra dampen ledes ud, hvor det koldeste fødevand løber ind (i starten af forvarmeren). Fødevandets temperatur skal være højest i forvarmer 2, derfor skal dampen have et højere tryk i forvarmer 2. Forvarmer 1 har et damptryk på max 10 bar, og forvarmer 2 har et damptryk på max 18 bar. Pga. af dette er kondensattemperaturen højest i forvarmer 2, som kan bruges til at opvarme vandet i forvarmer 1, fordi man genfordamper kondensatvandet fra forvarmer 2. Kondensatet fra forvarmer 1 pumpes direkte ind i fødevandslinjen mellem forvarmer 1 og forvarmer 2. Dette er dog ikke lavet i projektet, der bliver nemlig kun reguleret på damp tilførslen af udtagsdamp til begge forvarmere. Vandbehandlingen af fødevandet vil blive beskrevet under "Afsnit 3 Regulering og styring", under emnet "3.3 Vandbehandling". Anlægsforbehold: Tryk forskelle i anlægget: For at vand og damp kan cirkulere i et dampanlæg, er det essentielt at der opretholdes de rigtige tryk på de rigtige steder. Vand og damp strømmer nemlig altid fra et rum med et højere tryk, imod et rum med et lavere tryk. I et lukket anlæg som fødevandsanlægget befinder sig i, kan dette gøres ved hjælp fra anlæggets pumper, og uanset belastningen i systemet, så skal trykkende holdes konstante. Herunder er der angivet de forskellige tryk i fødevandsanlægget. Fødevandstank Kondensat retur Spædevand Fødevandsledning Udtagsdamp : 3 bar (reguleres med damp) : 10 bar (reguleres med pumper, dog ikke med i dette projekt) : 8 bar (ikke konstant, styres med pumper) : 50 bar (reguleres med pumper) : 10 bar (udover anden specificering i PI diagrammet) 9

12 De forskellige tryk er udarbejdet af et eksternt ingeniør firma, som har fundet frem til de tryk der skal bruges i projektet. Temperatur/tryk: Ved atmosfærisk tryk (cirka 1 bar) vil kogetemperaturen for vand være cirka 100 grader. Hvis trykket hæves skal temperaturen ligeså være højere, og hvis trykket sænkes skal temperaturen ligeså være lavere, for at opnå kogetemperaturen. Dette er meget vigtigt, da der ikke ønskes at vandet skal koge nogle steder i fødevandsanlægget Der er angivet tabeller, som angiver forholdet mellem tryk og temperatur. De forskellige temperaturer/tryk er også udarbejdet af det eksterne ingeniør firma, som har fundet frem til de temperaturer/tryk der skal bruges i projektet. Mætningstemperaturen: Der sigtes efter at holde temperaturen lige under mætningstemperaturen, da dette vil holde vandet så ilt/luftfrit som muligt. Dette vil sørge for mindre tæringer i anlægget. Fødevandstank niveauer: Fødevandstanken har forskellige niveauer, ialt 6. Der tilstræbes efter at vandstanden skal ligge imellem niveau 3 og niveau 4. Der vil være yderligere imformation omkring fødevandstankens niveauer under "Afsnit 4 PLC programmering". Parallelkoblede pumper: Pumperne i anlægget vil være parallelkoblede, da der kan vedligeholdes på dem hvis der skulle opstå en fejl på en af dem. Derudover har hver pumpe en kapacitet til at gøre arbejdet alene. Dette sørger for en større driftsikkerhed i fødevandsanlægget. 10

13 1.6 Kunde ønsker Anlægget skal udføres efter kundens ønsker, men skal være i overensstemmelse med Kunden X og K Automation har sammen udarbejdet Tillæg B, som kan findes i "Bilag 6 Tillæg B". Kunden X ønsker: Fødevandsanlægget skal laves ud fra "Afsnit 1 Generelt", under emnet "1.5 Anlægget/processen". Her er der beskrevet hvordan anlægget virker. Auto/manuel mode til alle pumper, reguleringsventiler og frekvensomformere. Dette skal kunne styres i SCADA, dog med nogle begrænsninger i forhold til sikkerhed af anlægget. Tilbagemelding på pumper, reguleringsventiler og frekvensomformere. Driftsikker og kontrolleret regulering af fødevandet (SP skal overholdes, da disse er vigtige for fødevandet og den generelle proces). Dublering af pumper, så der kan vedligeholdes, hvis en skulle gå i stykker. Frekvensomformere skal være hårdfortrådte. Der ønskes PLC programmering i Allen Bradley, samt en tilhørende SCADA løsning (DVS der ikke ønskes HMI). Kundens ønsker til vandbehandling: Nedenunder ses kundens krav til vandbehandlingen, og disse har han valgt ud fra DS/EN Kunden X kravspecifikationer til fødevandet til kedlen: Ledningsevne (ved 25 ) : < 0,1 μs/cm ph værdi (ved 25 ) : 9,3 9,5 Iltindhold, O₂ Kuldioxid, CO₂ : < 10 μs/l : Holdes til minimum Kunden X kravspecifikationer til kondensat retur til fødevandstanken: Ledningsevne (ved 25 ) : < 0,08 μs/cm 11

14 Afsnit 2 Specifikationer 2.1 Beskrivelse af installationen Hovedledningen der kommer fra tavle A1 (hovedtavle) til tavle A2 (undertavle) vil være 3x400V AC + N og PE. Det vil pga. dette være et jording TN S system der findes i anlægget. IKmin og IKmax i hovedtavlen A1 vil være: IKmin = 10kA, Cos ɸ0,5. IKmax = 20kA, Cos ɸ0,3. Normal forsyning til komponenter vil være enten 400V AC, 230V AC eller 24V DC. 2.2 Sikkerhed og miljø Sikkerhed: Der vil blive fulgt Eaton Moellers håndbog, som er udarbejdet efter relevante sikkerheds standarder. Fødevandsanlægget er et lukket anlæg, hvor risikoen for at en fare skulle opstå er meget lille. Pumperne (FV01_P01, FV01_P02, FV01_P03, FV01_P04) i anlægget må ikke stoppes pga. nødstop, da disse forsyner fødevandstanken/kedlen med vand. De er alt for vigtige for kedlens arbejde, og et stop af dem kan medføre stor skade i kedlen. Derfor skal disse lukkes ned via SCADA systemet, hvis dette skulle være ønsket. Tæring i anlægget kan bevirke der opstår utætheder. De steder der er damp i anlægget skal kunne stoppes øjeblikkeligt, hvis det skulle stå ud med damp. Derfor vil der være nødstop til reguleringsventilerne. Efter DS/EN vælges der at det skal være af stopkategori 0 (stop med øjeblikkelig afbrydelse af forsyningen til maskine aktuatorne). Reguleringsventilerne er FC (Fail close), som vil sørge for at ventilerne lukker helt i ved strømafbrydelse. Derudover forskriver DS/EN at reset ikke må iværksætte et direkte genstart, altså at reguleringsventilerne åbner til samme punkt som før uheldet/farlige situation. Derfor vil aktivering af nødstop sørge for at PLC systemet opfanger dette. DVS at der først skal resettes manuelt ude på tavle A2, hvorefter reguleringsventilen skal genstartes igen via SCADA systemet. Sikkerhedsrelæ 1: Der placeres et nødstop FV01_HZ01 til reguleringsventilen FV01_GV01 (Udtagsdamp til fødevandstanken). Når nødstoppet aktiveres vil det afbryde forbindelsen til reguleringsventilen. Nødstoppet vil være placeret ved fødevandstanken, dog i en afstand hvor der ikke vil være nogen fare for damp ved utætheder. Sikkerhedsrelæ 2: Der placeres et nødstop FV01_HZ02 til reguleringsventilerne FV01_GV02 (Udtagsdamp til forvarmer 1) og FV01_GV03 (Udtagsdamp til forvarmer 2). Når nødstoppet aktiveres vil det afbryde forbindelsen til begge reguleringsventiler. Nødstoppet vil være placeret ved forvarmer 1 og forvarmer 2, dog i en afstand hvor der ikke vil være nogen fare for damp ved utætheder. 12

15 Der er placeret 2 reset knapper ude på tavle A2, som sikrer at man har været ude i produktionen og resette, før der kan genstartes i SCADA systemet. I reset knapperne ude på tavle A2 vil der være en indbygget lampe i knappen, som lyser hvis den kan resettes. Der vil blive brugt sikkerhedsrelæer (ESR5), og to kanal nødstop til både sikkerhedsrelæ 1 og sikkerhedsrelæ 2. Sikkerhedsrelæets funktioner og forbindelser vil være udført efter hvad leverandøren (Eaton moeller) forskriver. Miljø: Anlæggets placering vil være at finde indenfor i en fabrik sammen med resten af anlægget. Dette medføre en omgivelses temperatur på 35, og dette vil sikre at der ikke er nogle store temperatur svingninger, som kan have indflydelse på processen. I tavlerne A1 og A2 vil temperaturen ligge omkring de 25. Kabler vil være delt op med spor i kabelbakkerne, for at minimere EMI. Derudover vil nogle kabler være med skærm (frekvensomformer, måleinstrumenter). Dette er valgt ud fra leverandørens anbefalinger i manualerne til komponenterne. 2.3 Komponenter Der vil ikke blive brugt tid på at finde priser på komponenterne. Der vil efter skemaet komme en kort forklaring på de mere vigtige (i forhold til regulering) komponenter, som der skal bruges i reguleringen og styringen af anlægget. Komponent Stk. Producent Bemærkning Funktion Centrifugal pumpe 2 Grundfoss Centrifugal pumpe Pumpe til spædevand 2.2kW Centrifugal pumpe 2 Grundfoss Centrifugal pumpe Pumpe til fødevand 11kW Frekvensomformer PF40 11kW(22B D024F104) 2 Allen Bradley 24A, 11kW, IP20, Til regulering af pumper Reguleringsventil 3 Armatec MV5411 Tryk måler (Cerabar S PMP75) Temperatur måler (Omnigrad M TR 10) Niveau måler (Deltabar FMD72) CompactLogix 1768 L45 4 Endress Hauser 2 Endress Hauser 3 Endress Hauser 1 Allen Bradley DN80 300, temperaturområde grader, Proces temperatur 70 til 400 grader, måleområde Bar, HART, Måleområde 200 til 600 grader, kan klare op til 75 bar, HART Måleområde 0,4 40Bar, procestemperatur grader CPU 3MB Aktuator til reguleringsventil. Ventilen vil være leveret af kunden selv, da de bruger disse andre steder i anlægget. Måler tryk Måler temperatur Måler niveau PLC til styring af anlægget 13

16 Strømforsyning til PLC 1 Allen 24 VDC Strømforsyning til PLC Bradley Ethernet modul til PLC 1 Allen 1768 ENBT/A ETHERNET Ethernet modul til PLC Bradley Digitale in 1 Allen 24 VDC, 16 digitale input Digitale input til PLC Bradley (1769 IQ16) Digitale out 1 Allen 24 VDC, 16 digitale output Digitale output til PLC Bradley (1769 OB16) Analoge in 3 Spectrum 4 analog input Analoge input til PLC controls HART(1769sc IF4IH) Analoge out 1 Allen 8 analog output(1769 Analoge output til PLC Bradley OF8C) Nødstop 2 Eaton Nødstop ved farlig hændelse Moeller Sikkerhedsrelæ ESR5 2 Eaton Sikkerhedsrelæer til anlægget NO 31 24VAC DC Moeller Forsyningsadskiller 1 Schneider 125A, 3p+N, sort VBF5 Electric Maksimalafbryder 1 Schneider 100A, 4P, 45kA Compact NSX250R Electric Automatsikring Acti 9 1 Schneider 20A, 10kA, C IC60N Electric Automatsikring Acti 9 1 Schneider 13A, 10kA, C IC60N Electric Skilletransformer ST100/4/23 1 Block 400VAC/230VAC, 1000VA, uden sikring Transformer ST100/23/24 1 Block 230VAC/24VDC, 100VA, med sikring Automatsikring Acti 9 2 Schneider 10A, 10kA, C IC60N Electric Kontakter 100 C09 2 Allen Bradley Styrespænding 24VDC, 9A, 4kW, 1NO, lavspændingsspole med indbygget LED Kontakter CA3KN40BO 4 Schneider Electric Håndbetjentmotorværn 140M C2E B63 Håndbetjentmotorværn 140M F8E C32 2 Allen Bradley 2 Allen Bradley Styrespænding 24VDC, 10A, lavspændingsspole med indbygget LED 3polet, 2.2kW, indstillingsområde 4 6.3A 3polet, 15kW, indstillingsområde 23 32A Reguleringsventil: Den er beregnet til reguleringsopgaver som fjernvarme, vand, damp/gasser. Der er påmonteret en el aktuator (Armatec MV5411) med en logaritmisk/lineær karakteristik. Ved strømsvigt vil den opføre sig som FC (fail close). 14

17 Centrifugalpumper: Pumperne er centrifugal pumper, som Grundfoss har leveret. De er specialbygget, og beregnet til kedel anlæg. DVS. der er taget forbehold for de høje temperaturer, de høje tryk og risikoen for kavitation i pumpen. Tryk, temperatur og niveau transmittere: Disse forskellige transmittere fungere med HART princippet, hvorpå der både kører ma og VDC sammen. Dette gøres med 2 ledninger, som kører fra det analoge input kort (1769sc IF4IH), som er beregnet til HART komponenter. Transmitterne er valgt efter at de skulle kunne holde til de høje tryk, og de høje temperaturer der vil være i anlægget. Frekvensomformer: Frekvensomformerne vil være placeret i tavlen, og derfra styre de to store pumper i anlægget. Dettes gøres for at kunne regulere og styre effektivt, så trykket i fødevandsledningen kan holdes på det ønskede SP. Det medhjælper også på startstrømmen, da frekvensomformerne starter dem langsomt op. PLC: Der vil være valgt Allen Bradleys PLC CompactLogix 1768 L45, som vil være velegnet til dette anlæg. Den har 3MB memory, og kan kommunikere over Ethernet med Ethernet modul. Der kan programmeres i både ladder og struktureret tekst, som er ønsket i dette projekt. 15

18 2.4 Fysiske elementer Komponent Dokumenta Forsyning Input fra Output til Funktion tions tag Spædevandspump e FV01_P VAC, 2.2 kw PLC Pumper spædevand til fødevandstank Spædevandspump e FV01_P VAC, 2.2 kw PLC Pumper spædevand til fødevandstank Fødevandspumpe FV01_P VAC, FV01_SY01 Pumper fødevand til kedel 11 kw Fødevandspumpe FV01_P VAC, FV01_SY02 Pumper fødevand til kedel 11 kw Frekvensomformer FV01_SY VAC, 11 kw PLC FV01_P03 Frekvensomformer til pumpe (FV01_P03) Frekvensomformer FV01_SY VAC, 11 kw PLC FV01_P04 Frekvensomformer til pumpe (FV01_P04) Reguleringsventil FV01_GV01 PLC (4 20mA) Reguleringsventil til udtagsdamp til fødevandstank Reguleringsventil FV01_GV02 PLC (4 20mA) Reguleringsventil til udtagsdamp til forvarmer 1 Reguleringsventil FV01_GV03 PLC (4 20mA) Reguleringsventil til udtagsdamp til forvarmer 2 Tryk måler FV01_PT01 24 VDC PLC (4 20mA) Måler trykket i fødevandstanken Tryk måler FV01_PT02 24 VDC PLC (4 20mA) Måler trykket før pumpe 1 Tryk måler FV01_PT03 24 VDC PLC (4 20mA) Måler trykket før pumpe 2 Tryk måler FV01_PT04 24 VDC PLC (4 20mA) Måler trykket i fødevandsledningen Temperatur måler FV01_TT01 24 VDC PLC (4 20mA) Måler temperaturen før forvarmer 2 Temperatur måler FV01_TT02 24 VDC PLC (4 20mA) Måler temperaturen efter forvarmer 2 Niveau måler FV01_LT01 24 VDC PLC (4 20mA) Måler niveauet i fødevandstanken Niveau måler FV01_LT02 24 VDC PLC (4 20mA) Måler niveauet i fødevandstanken Niveau måler FV01_LT03 24 VDC PLC (4 20mA) Måler niveauet i fødevandstanken Nødstop 1 FV01_HZ01 24 VDC Sikkerhedsrel æ Nødstop til sikkerhedsrelæ 1 (K1 i kredsskemaer) Nødstop 2 FV01_HZ02 24 VDC Sikkerhedsrel æ Nødstop til sikkerhedsrelæ 2 (K2 i kredsskemaer) Regulatorerne (PC01, PC02, TC01) og intern signal (LA01) vil ikke være at finde i de fysiske elementer, da disse er at finde i PLC systemet. De fysiske elementer er dem som er at finde i anlæggets PI diagram, og ikke dem der er placeret i tavlen (udover frekvensomformere). PI diagrammet kan ses i "Bilag 1 PI Diagram". 16

19 2.5 Blok diagram Tidligere under "Afsnit 1 Generelt" under emnet "1.5 Anlægget/processen" har der været en detaljeret forklaring af fødevandsanlægget, så der vil kun være en kort forklaring af fødevandets vej igennem fødevandsanlægget. Dette blok diagram er blot for at vise en mere grafisk visning af fødevandsanlæggets forskellige processor og reguleringer. De 4 forskellige reguleringer vil være nøje beskrevet under "Afsnit 3 Regulering og styring". 0: Fødevandet består af kondensat retur, spædevand og udtagsdamp. 1: Først kommer det ind i fødevandstanken, hvor der reguleres både på trykket i tanken, men også vandets niveau i tanken. 2: Herefter bliver det pumpet videre med nogle pumper, som bliver hastighedsreguleret ud fra trykket i fødevandsledningen. 3: Fødevandet bliver pumpet igennem forvarmer 1 og forvarmer 2, hvor fødevandets temperatur skal have en hvis værdi, før fødevandet er klar til kedlen. 4: Fødevandet har være igennem alle reguleringsprocesserne i anlægget, og er nu klar til at blive brugt i kedlen til produktion af damp. 17

20 2.6 Netværkskommunikation Netværket i dette projekt er forholdsvis simpelt, da det kun vil bestå af en switch, som har forbindelse/koblet sammen med PLC systemet og SCADA systemet. Forbindelsen mellem SCADA systemet og PLC systemet til netværkets switch, sker over Cat. 6A kobber kabel, som sørger for en forbindelse på 10 Gbps., da den samlede længde er under 50m. Systemets PLC er en CompactLogix 1768 L45, hvor der sidder et Ethernet modul der kommunikerer med PLC systemet. De 2 frekvensomformere er hårdfortrådte, hvilket vil sige de ikke kommunikere over netværket, men over elektriske 24V DC/4 20mA signaler fra PLC systemets I/O moduler. Frekvensomformerne kunne dog godt kobles sammen med PLC systemet over Ethernet. PLC systemet og SCADA systemet kommunikerer sammen over netværket, så det er ønskeligt med et hurtigt netværk, for at SCADA systemet kan have de nyeste oplysninger fra processen. Der er fravalgt en HMI løsning i dette projekt, men denne ville også være koblet ind over netværkets. 2.7 I/O liste I/O listen kan findes i "Bilag 2 I/O liste". 18

21 Afsnit 3 Regulering og styring 3.1 Indledning Fordelene ved at anvende reguleringsprocessor i industrien er at opnå en højere kvalitet, færre driftsstop, større sikkerhed og opnå besparelser ved at reducere produktionsomkostninger (arbejdstid, råvarer, energibesparelser). Derfor er det selvfølgelig værdifuldt at kunne regulere og styre sit anlæg effektivt, så omkostningerne fra ens proces kan reduceres, og produktionen overordnet set bliver forbedret. 3.2: Først vil der komme en beskrivelse af anvendte reguleringer, og hvordan de virker for at få mest muligt ud af processen. Der vil både være niveau, tryk, temperatur og hastighed (tryk). 3.3: Vandbehandlingen i et fødevandsanlæg er essentielt for en god overordnet proces, og i dette emne vil der blive beskrevet hvordan det kan sikres, at vandet lever op til kravspecifikationerne. 3.4: Til sidst i dette afsnit vil der komme en konklusion, hvori der vil blive konkluderet på de forskellige emner i dette afsnit. Der vil hele tiden i dette afsnit blive refereret til fødevandsanlæggets PI diagram som kan ses i "Bilag 1 PI Diagram", hvor tags navnene vil blive brugt til at angive hver enkelt komponent. 3.2 Reguleringer Grunden til at regulering er nødvendig i et anlæg, er pga. at det vil være ønsket at holde en konstant proces værdi, eller holde værdien indenfor et vist område. Derfor er det nødvendigt at måle processens værdi (PV), og sammenligne den med den ønskede værdi (SP), og ud fra afvigelsen/fejlen (e) skal der korrigeres på styresignalet (u) til aktuatoren. Der vil blive gennemgået de fire forskellige reguleringer, som befinder sig i fødevandsanlægget. o Regulering af "Niveau i fødevandstanken". (ON/OFF) o Regulering af "Tryk i fødevandstanken". (Konstant trykregulering) o Regulering af "Temperatur i fødevandsledningen".(feedforward regulering) o Regulering af "Tryk i fødevandsledningen". (Konstant trykregulering) Der vil være taget udklip af reguleringerne fra anlæggets PI diagram, for at kunne vise specifikt hvordan det hele ser ud. Der vil kunne blive refereret til funktionsblokke med "FC nr. : Navn på blok", som kan findes i "Afsnit 4 PLC programmering" under emne "4.5 Funktionsblokke". De forskellige alarmer, som har indflydelse på flere forskellige instrumenter i reguleringen, kan ses i "Afsnit 4 PLC programmering" under emne "4.6 Alarm". 19

22 3.2.1 Niveau i fødevandstanken Referencer: PI Diagram Fødevandsanlæg Regulerings formål: Regulerings metode: Vedligeholdelse af fødevandstankens vandniveau ON/OFF Set punkt (SP): Ønsket vandniveau er imellem niveau 3 og niveau 4 Regulator: Ingen (logik i PLC) Feedback (PV): FV01_LT01 Level transmitter FV01_LT02 FV01_LT03 Level transmitter Level transmitter Internt signal: LA01 Level Alarm Komponenter: FV01_P01 Spædevand pumpe FV01_P02 Spædevand pumpe PI diagram beskrivelse: Niveauet i tanken bliver målt med 3 level transmittere (FV01_LT01, FV01_LT02, FV01_LT03). Der bliver lavet en "FC105: Votering 2 out of 3" på de 3 analoge level transmittere signaler. Herefter vælger "FC106: Level states", hvilket af de 6 forskellige niveauer, der vil være i tanken. Niveauet i fødevandstanken bliver normalt opretholdt med kondensat retur og udtagsdamp. Hvis den returnerende kondensat ikke er nok til at opretholde niveauet, så vil spædevand blive tilføjet. Spædevandet bliver pumpet ind med pumperne FV01_P01 og FV01_P02. Pumperne bliver startet og stoppet alt efter det målte niveau i fødevandstanken. Det tilstræbes at den pumpe der har haft mindste drift tid, er den første pumpe der startes(run time). Dette gøres med "FC104: Run time". 20

23 Regulerings beskrivelse: Denne regulerings formål er at kompensere for forstyrrelserne i både indløbs flowet og udløbs flowet. Indløbs flowet kan variere alt efter hvor meget kondensat retur der kommer, og hvor meget udtagsdamp der bliver tilsat for at opretholde trykket i tanken. Udløbs flowet anhænger af hvor meget fødevand der bruges i kedlen til dampproduktionen. Spædevandet i fødevandsanlægget har til opgave at kompensere for tabet af vand, der vil opstå i hele anlægget. Fødevandstankens vandniveau består altså af kondensat retur, udtagsdamp og den afgivne fødevand til kedlen. Disse 3 forstyrrelser har denne regulering har ingen kontrol over. Reguleringen vil blive styret med logik i PLC systemet, som styrer reguleringen alt efter"fc106: Level states", angivne niveauer. Niveauerne i tanken er altså afgørende for, hvordan denne regulering fungerer. Ved niveau 3 starter den første pumpe med mindst drift tid, og ved niveau 2 starter den anden pumpe, så begge pumper kører. Ved niveau 4 stopper begge pumper. Hvis niveau 5 eller 6 skulle opstå i fødevands tanken, så vil der være interlock på spædevands pumperne, og de stoppes både i automatisk og manuel mode. Der vil sendes en alarm til operatøren Det interne signal LA01 bestemmer om reguleringen er aktiveret. Reguleringsform: ON/OFF ON/OFF reguleringen vil fungere som en to stillings regulering, enten i tilstanden ON, eller i tilstanden OFF. Der vil ikke blive brugt en regulator til reguleringen, men blot blive brugt logik i PLC systemet alt efter hvilket niveau, der gives af "FC106: Level states". Ved *(Niveau 2) bliver den anden pumpe koblet ind. Set punktet (SP) vil være i mellem niveau 3 og niveau 4. 21

24 3.2.2 Tryk i fødevandstanken Referencer: PI Diagram Fødevandsanlæg Regulerings formål: Regulerings metode: Set punkt (SP): Vedligeholde fødevandstankens tryk Konstant trykregulering 3 bar Regulator: PC01 Pressure controller Feedback (PV): FV01_PT01 Pressure transmitter Internt signal: Komponenter: FV01_GV01 Reguleringsventil PI diagram beskrivelse: Trykket i tanken bliver målt med pressure transmitteren FV01_PT01. Reguleringsventilen får sit signal fra PC01, som styrer hvor meget ventilen skal stå åben. Trykket i tanken afhænger også af hvordan indløbs flowet og udløbs flowet vil være. Hvis indløbs flowet er højere end udløbs flowet, så vil trykket i tanken stige, og visa versa. Nødstoppet FV01_HZ01 vil afbryde strømmen til reguleringsventilen øjeblikkeligt. 22

25 Regulerings beskrivelse: Fødevandstankens tryk består altså af kondensat retur, spædevand, fødevand til kedlen og udlufteren. Disse 4 forstyrrelser har denne regulering har ingen kontrol over. Dens opgave vil være at kompensere for dem. Den tilsatte udtagsdamp bobler op igennem vandet i fødevandstanken, hvor den kondensere og frigiver varme til vandet. Temperaturen i vandet stiger og ligger under mætningstemperaturen. Den overskydende damp og ilt strømmer langsomt ud igennem en udlufter (alt efter trykket i tanken). På denne måde vil udlufteren gøre at trykket hele tiden vil være langsomt dalende. I drift (step2) er det maksimale tryk der må eksistere i tanken være 4,0 bar, men udlufteren medhjælper at undgå dette høje tryk. Det er dog ikke ønskeligt at trykket er så højt, da det på den måde vil koste for meget damp, og temperaturen i tanken vil blive højere end ønsket. Det mindste tryk der må eksistere vil være 2,0 bar. Set punktet for trykket i tanken er 3 bar, som vil sikre at vandet har den rigtige temperatur og tryk forhold. Hvis niveau 1 skulle opstå i fødevandstanken, så skal reguleringsventilen (FV01_GV01) lukkes både i automatisk og manuel mode. Reguleringsform: Konstant trykregulering Der skal holdes et konstant tryk i fødevandstanken, og dette gøres ved hjælp fra en PI regulator. SP: 3 bar PV: Pressure transmitter (FV01_PT01). e: fejlen mellem SP og PV u: Styresignalet til reguleringsventilen (FV01_GV01), som PI regulatoren løbende beregner en værdi til. PI regulatorens Kp, Ki og bias vil først blive fundet ved indkøring af anlægget. 23

26 3.2.3 Temperatur i fødevandsledningen Referencer: PI Diagram Fødevandsanlæg Regulerings formål: Regulerings metode: Set punkt (SP): Forvarmning af fødevandet til kedlen Feedforward 180 Regulator: TC01 Temperatur controller Feedback (PV): FV01_TT01 (FF) Temperatur transmitter FV01_TT02 (PV) Temperatur transmitter Internt signal: Komponenter: FV01_GV03 Regulerings ventil PI diagram beskrivelse: Forvarmer 1 har reguleringsventilen FV01_GV02, som vil fungere on/off. Den vil være ON når der pumpes fødevand. Der vil være et damptryk på max 10 bar. Forvarmer 2 har reguleringsventilen FV01_GV03, som er denne reguleringsventil, der vil bliver brugt til at regulere fødevandets temperatur med. Der vil være et damptryk på max 18 bar. Mellem forvarmer 1 og forvarmer 2 vil der være en temperatur transmitter (FV01_TT01), og efter forvarmer 2 vil der også være en temperatur transmitter (FV01_TT02). Nødstoppet FV01_HZ02 vil afbryde strømmen til reguleringsventilen øjeblikkeligt. 24

27 Regulerings beskrivelse Fødevandet til kedlen skal holdes på en bestemt temperatur, da dette sørger for en bedre/hurtigere proces i kedlen. Det er ønsket at fødevandet til kedlen skal have en temperatur på 180. Når fødevandet kommer fra fødevandstanken, vil det normalt have en temperatur omkring 100. Efter forvarmer 1 så vil fødevandet normalt have en temperatur på 140. Pga. at damptrykket er højere i forvarmer 2, så kan det bruges til at opvarme vandet i forvarmer 1, fordi man genfordamper kondensatvandet fra forvarmer 2. Kondensatet fra forvarmer 1 pumpes direkte ind i fødevandslinjen mellem forvarmer 1 og forvarmer 2. Dette er dog ikke lavet i projektet, der bliver nemlig kun reguleret på tilførslen af damp til begge forvarmere. Hvis begge fødevandspumperne (FV01_P03_drift eller FV01_P04_drift) ikke er i drift, så vil der være interlock af begge reguleringsventiler, som vil være OFF. Reguleringen vil blive lavet som en feedforward, da der måles både på indløb (FF) og udløb (PV) af forvarmer 2. Dette gøres for at reguleringen kan tage forbehold for ændringer i forhold til indløb (FF), og pga. dette vil reguleringen kunne gribe hurtigere ind, og ændre styresignalet til reguleringsventilen FV02_GV03. Hvis det skulle vise sig ved indkøring at reguleringen stadig ikke er effektiv nok, så kan der suppleres med endnu et FF signal, som kunne være en flow transmitter. Reguleringsform: Feedforward Der vil blive brugt feedforward regulering, som i dette tilfælde vil være en statisk P feedforward. FF signalet skal bruges til at fjerne de forstyrrelse der kan opstå på indløbssiden af forvarmer 2. Feedforward reguleringen vil arbejde sammen med en PI regulator, og sammen vil de finde det samlede udgangssignalet (u). FF0: Dette er gennemsnitsværdien(140 for indløbet til forvarmer 2. Altså FF signalets basis/normal værdi. FF: Dette er feedforward signalet (temperatur transmitteren(fv01_tt01)). De 0 100% på FF akslen skal opfattes som den procentdel af temperatur transmitterens måleområde. KF: Konstant forstærkning. uf: Styresignal Ved statisk feedforward minusser man FF0 med FF signalet, som herefter ganges med KF (konstant forstærkning), som giver styresignalet uf. 25

28 Beregningen for styresignalet u vil være med PI regulator og Feedforward: u = upi + KF *(FF0 FF) Nedenunder ses feedforward udført med et FF modul (ekstra regulator modul). FF modulet vil have FF0 som sit set punkt (SP), og FF signalet som sin proces værdi (PV). KF skal indstilles som regulatorens forstærkning. Der vil ikke blive brugt I eller D i FF modulets regulator. I dette projekt vil der blot blive brugt beregningen sammen med en PI regulatoren TC01. u = upi + KF *(FF0 FF) Hvis FF0<FF (stigende FF signal) = vil uf blive negativ, og reguleringsventilen vil formindske styresignalet u. Dette vil svare til invers regulering. Hvis FF0>FF (faldende FF signal) = vil uf blive positiv, og reguleringsventilen vil forøge styresignalet u. Dette vil svare til direkte regulering. For at finde KF vil først blive fundet ved indkøring af anlægget. PI regulatorens Kp, Ki og bias vil først blive fundet ved indkøring af anlægget. 26

29 3.2.4 Tryk i fødevandsledningen Referencer: PI Diagram Fødevandsanlæg Regulerings formål: Vedligeholde tryk før forvarmer Regulerings metode: Set punkt (SP): 50 Bar Regulator: PC02 Pressure controller Feedback (PV): FV01_PT04 Pressure transmitter Internt signal: Komponenter: FV01_SY01 (FV01_P03) Frekvensomformer FV01_SY02 (FV01_P04) Frekvensomformer PI diagram beskrivelse: Frekvensomformeren FV01_SY01 styrer pumpen FV01_P03, og frekvensomformeren FV01_SY02 styrer pumpen FV01_P04. Trykket i fødevandsledningen bliver holdt med pumperne FV01_P03 og FV01_P04. Der tilstræbes efter at den pumpe der har haft den mindste drift tid, er den første pumpe der startes(run time). Dette gøres med "FC104: Run time". Tilbagemeldingen til regulatoren (PC02) sker med pressure transmitteren FV01_PT04. 27

30 Regulerings beskrivelse Fødevandspumperne har til opgave at holde et bestemt tryk i fødevandsledningen før forvarmerne og kedlen. Dette tryk er afgørende for at kedlen kan få det fødevand som den beder om. Når flowet falder pga. forbruget i kedlen ikke er så stort, så vil trykket i første omgang stige. Dette opdager tryk transmitteren, hvorpå regulatoren mindsker sit signal til frekvensomformeren, som reducere pumpens omdrejningstal. Hver af de to parallel koblede pumper har en pumpe kapacitet der overstiger dampsystemets totale fødevandsforbrug. Dette medfører at hvis der skulle opstå en fejl på den ene af pumperne, så vil den anden pumpe kunne gøre arbejdet. Derudover vil det være muligt at vedligeholde på en af pumperne, hvis dette skulle være ønsket. For hver af de 2 pumper er det muligt at opere dem i auto/manuel mode. I manuel mode kan der startes, stoppes og hastigheden kan sættes på pumperne. I auto mode vil der blive reguleret med en af pumperne. Der bliver valgt efter at køre med den af pumperne, som har den mindste drift tid. Interlock af pumperne vil ske ved signal FV01_alarm_n1 (Fødevandstankens vandniveau = 1 (Begge pumper stopper)) FV01_alarm_P03_tryk = FV01_P03 (pumpen stopper pga. tryk for lavt) FV01_alarm_P04_tryk = FV01_P04 (pumpen stopper pga. tryk for lavt) Reguleringsform: Konstant trykregulering Der skal holdes et konstant tryk i fødevandsledningen, og dette gøres ved hjælp fra en PI regulator. SP: 50 bar PV: Pressure transmitter (FV01_PT04). e: fejlen mellem SP og PV u: Styresignalet til de 2 frekvensomformere(fv01_sy01, FV01_SY02), som PI regulatoren har beregnet en værdi til. PI regulatorens Kp, Ki og bias vil først blive fundet ved indkøring af anlægget. 28

31 3.3 Vandbehandling Fødevandet i anlægget er altafgørende for hvordan hele processen kommer til at fungere. Hvis der ikke tages hensyn til vandbehandlingen kan dette medføre skader på anlægget. Disse skader kan undgås ved en fornuftig og gennemtænkt løsning af vandbehandlingen. Vandbehandling er en hel videnskab i sig selv, så der vil kun blive taget fat i det mest grundlæggende omkring fødevandet. Fødevandet skal overholde de kravspecifikationer der er opgivet af kunden X, og sørge for at de bliver overholdt. Kunden X kravspecifikationer til fødevandet til kedlen: Ledningsevne (ved 25 ) : < 0,1 μs/cm ph værdi (ved 25 ) : 9,3 9,5 Iltindhold, O₂ Kuldioxid, CO₂ : < 10 μs/l : Holdes til minimum Kondensat retur skal have en ledningsevne (ved 25 ): < 0,08 μs/cm Vandet kan have flere forskellige former i et dampanlæg. Det kan være af underkølet vand (vandform), våd mættet damp, overhedet damp. Der er ingen områder i dampanlægget hvor der findes vand af mætningstemperaturen eller tør mættet damp. Derudover er det vigtigt at vide at vand agerer forskelligt alt efter trykket og temperaturen det bliver udsat for. Spædevand: Spædevand i et anlæg kan blive lavet fra både havvand, søvand og grundvand. Der vil ikke blive gennemgået hvordan dette skal håndteres for at kunne bruge det i processen. Der vil blot blive sagt at vandet er godt behandlet, og har et lavt salt indhold, hvilket vil have en god effekt på vandkvaliteten. Forureningsstoffer i anlægget: Vandet og dampen i dampanlægget kan transportere flere forskellige stoffer rundt, som gør skade på anlægget. For at undgå dette, skal kravspecifikationerne til vandet overholdes, da dette kan være med til nedsætte/fjerne skaderne. De forskellige forureningsstoffer kan være salte, O₂ og CO₂. Disse stoffer er skadelige for anlægget, da de kan være årsag til belægninger og korrosion/tæring. 29

32 Belægninger: opstår pga. forureningsstoffer som salte, da de sætter sig i kedlen, varmevekslere og i turbinen. Belægninger i kedlen og varmeveksleren vil sørge for dårlige varmetransmission, og vil derfor øge fyringen for at opretholde dampproduktionen, hvor effektiviteten af anlægget bliver dårligere. Belægninger i turbinens strømningsveje vil gøre at dampen arbejder mindre effektivt. Belægninger kan sørge for ulykker og drift stop, hvilket vil medføre øget udgifter i form af produktionsstop og reparationsudgifter. Derudover vil det også sørge for ringere effektivitet, da der skal bruges mere brændsel, hvilket medføre mere forurening af miljøet. Korrosion/tæring: Er nedbrydning af metaller eller andre faste legemer. Korrosion opstår pga. forureningsstofferne O₂ og CO₂, som kan være opløst i vandet eller følge dampen rundt i processen. De vil sørge for at komponenter i anlægget, som rør, ventiler, varmevekslere og kedlen vil korrodere, og gå i stykker efterhånden. Korrosion i anlægget kan medføre ulykker og drift stop, som vil give udgifter i produktionsstop og reparationsudgifter. Salte: kan måles på ledningsevnen i vand, og ved 25 skal ledningsevnen holdes under < 0,1 μs/cm. Salte kan forurene dampsystemet ved enten at bryde ind igennem utætheder i kondensatoren eller blive tilsat i spædevandet. For at undgå salte, så bliver spædevandet leveret med lavt salt indhold, og der skal foretages bundblæsninger i fordamperen. ph værdi: Denne værdi skal ligge mellem 9,3 9,5, og dette gøre ved at dossere ammoniak, NHᶟ. Dette skal gøres kontinuerligt, og vil blive gjort i kondensatet retur før forvarmerne. Iltindhold, O₂: Dette skal ud fra kravspecifikationerne holdes under <10 μs/l. Det opnås ved termisk udluftning, og ved dossering af hydrazin, N 2 H 4. Dette skal gøres kontinuerligt, og vil blive gjort i kondensatet retur før forvarmerne. Kuldioxid, CO₂: Holdes til minimum ved termisk udluftning og dossering af ammoniak, NHᶟ. Dette skal gøres kontinuerligt, og vil blive gjort i kondensatet retur før forvarmerne. Opstart af anlægget: Der skal gøres nogle ting før der kan startes op i anlægget. Salt indholdet i vandet skal overholde de angivne kravspecifikationer. PH værdien i vandet skal overholde de angivne kravspecifikationer (dette sker ved at tilsætte ammoniak). Niveauet i fødevandstanken skal være enten niveau 4, 5 eller 6. 30

33 Trykket i fødevandstanken skal holdes til SP, da dette vil sørge for at vandet bliver afluftet. DVS. at O₂ skal overholde de angivne kravspecifikationer. Når trykket holdes til SP, så vil temperaturen i vandet nærme sig mætningstemperaturen, hvilket vil medføre at indholdet af gasser som N₂, O₂ og CO₂ vil være så lavt som muligt. Derefter skal tryk reguleringen og temperatur reguleringen i fødevandsledningen starte op. Når disse ovenstående krav er overholdt, så kan der fyres op for kedlen. Dette skal gøres langsomt, da der skal opbygges et magnetit lag. Dette lag vil ikke blive bearbejdet i denne rapport, men hvis kravspecifikationerne bliver overholdt vil dette lag blive bibeholdt, hvilket vil sørge for mindre korrosion. Når anlægget er kommet op at køre, så skal kravspecifikationerne overholdes efter de angivne krav. 3.4 Konklusion I dette afsnit er der blevet redegjort for hvordan der skal reguleres og styres på de forskellige processor i fødevandsanlægget, og der er taget forbehold for forstyrrelser der kan have en indvirkning. Der er blevet gennemtænkt hvordan anlægget kan sikre at processen vil være driftsikker, og leve op til de kravspecifikationer som kunden X ønsker. Til regulering af "Niveau i fødevandstanken" blev der valgt en ON/OFF styring med logik i PLC systemet. Der blev fundet frem til at det ønskede vandniveau i tanken ligger mellem niveau 3 og 4. Den første pumpe starter ved niveau 3, og den næste ved niveau 2. Yderligere blev der fundet frem til at i niveau 5 og 6 ville der være interlock på begge fødevandspumper. Til regulering af "Tryk i fødevandstanken" blev der valgt en konstant trykregulering, som skal fungere med en PI regulator. Til regulering af "Temperatur i fødevandsledningen" blev der valgt en feedforward regulering, som skal fungere sammen med en PI regulator. Feedforward signalet vil sikre en hurtigere og bedre regulering af temperaturen. Til regulering af "Tryk i fødevandsledningen" blev der valgt en konstant trykregulering, som skal fungere med en PI regulator. PI regulatorens Kp og Ki vil først blive fundet ved indkøring af anlægget, da der her kan afprøves på anlæggets karakteristik. Der er blevet lavet en løsning til vandbehandlingen i anlægget, som beskriver hvordan det skal virke for at opfylde kunden Xs kravspecifikationer til vandbehandlingen. Dog vil det kun være beskrevet, da der ikke har været tids nok til at implementere dette i projektet yderligere. 31

34 Afsnit 4 PLC programmering 4.1 Indledning PLC programmeringen vil foregå i Allen Bradley i deres CompactLogix 1768 L45. Programmeringen vil blive lavet i programmet RSLogix5000, og programmerings sproget vil både være ladder og struktureret tekst. Ladder vil blive brugt til rutiner, og struktureret tekst vil blive brugt til at lave funktionsblokke (Add On). Selve PLC programmeringen vil være at finde i "Bilag 3 PLC programmering". 4.2: Der vil blive gennemgået sekvensdiagrammet, som vil give en struktureret måde for opstart, drift og nedlukning af anlægget. Dette vil medføre en sikker styring af anlægget, og mindske fejl der kan opstå. 4.3: Anlægget skal kunne styres manuelt, så i dette emne vil der være lavet en manuelt diagram, som viser hvad der styrer hvad. 4.4: De forskellige rutiner i programmeringen vil blive forklaret her. Der vil blive beskrevet hvad der sker i de forskellige rutiner, og hvordan de har indflydelse på hinanden. 4.5: Der vil være lavet nogle funktionsblokke, som skal bruges i programmeringen. I dette emne vil der være en forklaring af hvordan de skal bruges, og hvordan de virker. 4.6: Der kan opstå nogle farlige situationer som kan potentielt farligt for anlægget og processen. Det skal undgås, og i dette emne er der fundet frem til mulige alarmer, og hvordan de undgås på bedst mulige måde. 4.7: De analoge input og output der eksistere i anlægget, skal der beregnes på. Dette gøres så vi har målingen i den rigtige range. 4.8: Til sidst vil der komme en konklusion på afsnittet. 32