Automatiserte anlegg

Transkript

1 Ny utgave 2010 Vg2 elektro Teori med praktiske øvinger Kunnskapsløftet Frank Fosbæk Automatiserte anlegg Vg2 elenergi

2 Illustrasjoner til Automatiserte anlegg Vg2 elenergi Kapittel 9 Illustrasjonene kan brukes fritt i undervisningen Elforlaget 2011

3 Prosessledning Tank A Produksjonsutstyr Motor Pumpe Tank B Figur 9.1 Skisse av anlegget som skal nivåreguleres

4 M1 3~ Prosessledning Tank A Tank B Frekvensomformer Nivåmåleomformer LT 0101 HCV 0101 Håndregulert ventil LIC 0101 LX 0101 Instrument signalledning (elektrisk) Nivåregulator Elektrisk signal (4 20 ma) 3 + j Figur 9.2 Teknisk flytskjema for modellen

5 Signal fra måleomformeren 20 ma 12 ma 4 ma 0 % 50 % 100 % Målt nivå Figur 9.3 Forholdet mellom målt nivå i tanken og det elektriske signalet fra måleomformeren

6 REGULATOR Ønsket-verdi + Forsterker Sammenligninger Frekvensomformer Motor Pumpe Væskenivået i tanken Er-verdi Måleomformer Tilbakemelding Figur 9.4 Reguleringssløyfa

7 Trykk Overtrykk Absolutt trykk Atmosfæretrykk Undertrykk 0 Figur 9.5 Forholdet mellom overtrykk, undertrykk og absolutt trykk

8 100 %-nivå h = p ρ. g p er hydrostatisk trykk (Pa) h Væske h er nivå (m) ρ er massetetthet (kg/m 3 ) Nullnivå 0 %-nivå p Trykkmåler (manometer) g er tyngdeakselerasjon (m/s 2 ) Figur 9.6 Nivåmåling med trykkmåler (manometer)

9 Signal fra måleomformeren 20 ma Væske 12 ma LT Elektrisk signal 4 ma 0 % 50 % 100 % Nivå Figur 9.7 Måleomformeren koblet til en tank. Måleomformerens karakteristikk

10 Høyeste målenivå Nivå h Væske LT 4 20 ma Elektrisk signal til regulatoren Laveste målenivå H L Atmosfæretrykk d/p-celle Figur 9.8 Nivåmålig med differansetrykkmåler

11 Avviksignal P-regulator Ønsket-verdi Signal + 1 I-regulator 2 Styresignal Utgangssignal D-regulator Er-verdi Signal Figur 9.9 Blokkskjema for PID-regulatoren

12 Strømforsyning 24 V Måleomformer LT LIC Regulator Figur 9.10 Sammenkobling av måleomformer, likestrømskilde og regulator

13 L1 L2 L3 Likeretter Mellomkrets Vekselretter M 3~ Styre- og reguleringskrets 4 20 ma signal fra regulatoren Figur 9.11 Blokkskjema for frekvensomformer

14 +U + +U L1 0V t L2 L3 0V t U U Trefaset vekselspenning Trefaset likeretter Pulserende likespenning Figur 9.12 Skjema for en trefase likeretter med dioder

15 Likespenning fra mellomkretsen M1 Styrekrets Figur 9.13 Prinsippskjema for en vekselretter med IGBT

16 +U 0V t U Figur 9.14 Tilnærmet sinusformet vekselspenning dannet av likespenningspulser med forskjellig pulsbredde

17 +U 0V t U Figur 9.15 Ideell firkantspenning

18 +U f 1 3 f1 0V t U Summen av f 1 og 3 f 1 Figur 9.16 Vekselspenninger med frekvensene f 1 og 3 f 1 summert grafisk

19 Pumpedata: H maks. 5 m H min. 3,6 m Q min. 0,6 m 3 /h Q maks. 2,4 m 3 /h Motordata: V/ V 1,7 1 A I.cl Fn 2900 r/min 0,2 HP 0,15 kw cos ϕ 0,5 Figur 9.17 Data for pumpa og pumpemotoren

20 Tank A LT 0101 HCV 0101 LIC 0101 M1 3~ Tank B LX x 230 V, 50 Hz 3+j Figur 9.18 Teknisk flytskjema for modellen

21 230 V, 50 Hz 230 V/50 Hz T1 24 V DC + + -X2:1 -X2:2 -R1 D1 LIC 0101 D2 -X2:3 -X2:4 B1 Styreskap LX x 230 V 50 Hz R1 Reléskap + LT 0101 _ M1 3 ~ Fabrikk Figur 9.19 Sløyfeskjema for instrumenteringen

22 +R1 Reléskap +B1 Styreskap Dør for B1 F1 F2 T1 H1 H2 H3 Q1 24 V S1 S2 S3 LX 0101 X2 LIC 0101 X1 S0 Kabelforbindelse Kabelforbindelse j j j: 10 mm 2 lisse, utjevningsforbindelse 3 x 230 V/50 Hz M1 3~ LCV 0101 Utstyr i skap R1: F1 hovedstrømsvern (sikring) F2 styrestrømsvern (sikring) Q1 kontaktor LX frekvensomformer X1 rekkeklemme Utstyr i skap B1: T1 24 V likestrømsforsyning X2 rekkeklemme LT 0101 Utstyr i skapdør B1: S1 stoppbryter for anlegg S2 startbryter for anlegg S3 bryter for driftsstrøm til LIC H1 energikretsen til for LX innkoblet H2 driftsstrøm for LIC H3 anlegget koblet til elnettet LIC nivåregulator Figur 9.20 Arrangementstegning for den elektriske installasjonen og instrumenteringen

23 L1 L2 L3 -S0 -F1 -X Q LX Frekvensomformer -X M1 3 ~ Figur 9.21 Hovedstrømsskjema

24 L1 -F2:1 -S S2 14 -Q1 14 -S3 14 L2 -Q1 A1 A2 -H1 LIC -H2 T1 24 V -H F2:2 Figur 9.22 Styrestrømsskjema

25 Pigtail God Dårlig God Figur 9.23 God og dårlig forbindelse til skjermen

26 Trykkmåler (manometer) A Trykkluft tilkobling Trykkreduksjonsventil LT Strømforsyning 24 V Figur 9.24 Koblingsskjema for benkinnstilling av nivåmåleomformeren

27 l1 l 2 V1 Forbindelsesstang Vann til tanken Innstilling av ønsket nivå 100 % Nivå: Normalt forbruk Vanntank Flottør 50 % 0 % Måleomfang V2 Forbruk Figur 9.25 Nivåregulering med flottør

28 Ventilåpning på V1 100 % 75 % 50 % P = 100 % B 25 % P = 50 % B 0 % 0 25 % 50 % 75 % 100 % Nivå (% nivå av måleomfanget) Figur 9.26 Forholdet mellom ventilåpningen på V1 og proporsjonalbåndet

29 + U 1 5 V A R 250 PID-regulator P I D A Figur 9.27 Elektronisk PID-regulator koblet for sprangsvaranalyse

30 ma Er-verdisignal t Utgangssignal ma t 0 P = 100 % B t Figur 9.28 Sprangsvardiagram for en reverserende P-regulator

31 12 11 Er-verdisignal (ma) Utgangssignal (ma) t t t 0 Figur 9.29 Sprangsvar diagram for reverserende I-regulator

32 Er-verdi (ma) t Utgangssignal (ma) I-tid Bidraget fra P-regulatoren t Figur 9.30 Sprangsvardiagram for en reverserende PI-regulator

33 Inngangssignal (ma) Utgangssignal (ma) Avvik D-regulator t t Figur 9.31 D-forsterkerens reaksjon på et sprang i inngangssignalet

34 Inngangssignal (ma) Utgangssignal (ma) Avvik D-regulator t t Figur 9.32 Derivattiden Derivattid

35 Er-verdisignal (ma) Ønsket-verdi (settpunkt) ma Avvik 11 Utgangssignal (ma) D-virkning I-virkning P-virkning Figur 9.33 En PID-regulators svar på et sprang i inngangssignalet t

36 + Er-verdi T-kritisk Settpunkt t Figur 9.34 Kontinuerlig svingeforløp