EKSAMEN TTK4175 INSTRUMENTERINGSSYSTEMER. Tirsdag 5. juni 2012 Tid: kl Totalt 4 timer. Antall sider: 5 (inkludert forsiden og vedlegg)

Transkript

1 1 Faglig kontakt under eksamen Navn: Tor Onshus Tlf: Fakultet for informasjonsteknologi, matematikk og elektroteknikk. Institutt for teknisk kybernetikk EKSAMEN I TTK4175 INSTRUMENTERINGSSYSTEMER Tirsdag 5. juni 2012 Tid: kl Totalt 4 timer Antall sider: 5 (inkludert forsiden og vedlegg) Bokmål Hjelpemidler: D Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler tillatt. Bestemt enkel kalkulator tillatt (HP30S/Citizen SR-270X) Tallene i parantes angir den relative vekt oppgaven tillegges ved bedømmelse. Deloppgaver som krever mer omfattende besvarelse veier tyngre ved sensur. Dersom du mener at det er nødvendig med flere opplysninger i en oppgaveformulering, gjør kort rede for de antagelser og forutsetninger som du finner nødvendig. Generelt: Det presiseres at alle besvarelser skal være korte og konsise.

2 2 Oppgave 1 Diverse (12,5%) a) Forklar forskjellen mellom begrepene standby og votering. b) Hva er et typisk bruksområde for 3-veis ventiler? c) Gjelder produktsikkerhetsdirektivet for pakkemaskiner? Hvorfor/hvorfor ikke? d) Innen prosessikring er det et krav om at en skal unngå «kaskadering». Forklar betydningen av begrepet og hvordan det kan unngås. e) I områder med eksplosjonsfare benyttes utstyr med ulik beskyttelse. Disse klassifiseres i hovedgrupper basert på hvordan beskyttelsen er utført. Forklar beskyttelsesmåten som er brukt, samt anvendelse for utstyr som er klassifisert som Ex(i) og Ex(e). Oppgave 2 Bussystemer (7,5%) a) Hva er en feltbuss? b) Hvilke egenskaper har feltbuss kontra 4-20 ma strømsløyfe? c) Beskriv hvordan Profisafe brukes, og hvilke tiltak som er implementert der for å få tilstrekkelig sikkerhet. Oppgave 3 HIPPS (7,5%) a) Hva er et HIPPS-system og hva brukes det til? b) Tegn en skisse av et typisk HIPPS-system. Oppgave 4 Boreoperasjoner (7,5%) a) Beskriv kort den prinsipielle framgangsmåten ved borring av en ny havbunnsbrønn. b) Hva gjør en for å forhindre brønnspark (kick) og hvordan kan en kontrollere det hvis det først er konstatert? Oppgave 5 Selvtest (10%) a) Forklar kort virkemåten til en «watchdog» i et programmerbart sikringssystem. b) Hvilke sikkerhetsfordeler oppnår vi ved å bruke analoge givere istedet for digitale brytere? c) Hva er pulstest og hva brukes det til? d) Hvordan får en realisert sløyfeovervåkning?

3 3 Oppgave 6 Dokumentasjon (35%) Selskapet du arbeider for har fått i oppgave å prosjektere et anlegg for produksjon av biodiesel. Det er besluttet at det skal benyttes en reaktortype kalt CSTR (Continuous stirred-tank reactor), som er vist i figur 1. Du skal lage tegninger for systemene tilhørende én enkelt reaktor, men anlegget vil bestå av en samling av disse. Prosessen foregår ved at reaktoren mates med råstoffer, samt en katalysator som starter en kjemisk prosess. For å øke tempoet i prosessen har man valgt å operere med høy temperatur og overtrykk i tanken. Reaktoren er omsluttet av et rør hvor det strømmer en blanding av kaldt og varmt vann. Temperaturregulering gjøres ved å regulere blandingsforholdet fra to rør med hhv. kaldt og varmt vann. Du kan i denne oppgaven anta at råstoffer og katalysator kommer inn i flytende form gjennom to separate rørledninger. For temperaturreguleringen kommer kaldt og varmt vann inn via egne rør som du kan koble deg på. Videre kan du anta at biodiesel tappes fra bunnen av reaktoren og at den derfra skal fraktes via rørledning til en oppbevaringstank. Kunden har listet en del krav til løsningen. Figur 1 Continuous stirred-tank reactor Nivået i tanken skal reguleres innenfor et gitt intervall, om nivået overstiger denne verdien må tilførsel av råstoff og katalysator stoppes. Blandingsforholdet mellom råstoff og katalysator må holdes konstant. Temperatur og trykk i tanken må holdes innenfor gitte grenseverdier. Tanken må ha en sikkerhetsløsning som raskt kan slippe ut trykket om det skulle overstige grenseverdien. Ved en eventuell utluftning av tanken skal ikke gassen ventileres ut i produksjonslokalet.

4 4 Husk å skrive ned eventuelle forutsetninger du gjør som ikke er beskrevet i oppgaveteksten. a) Lag en overordnet skisse av systemet som viser nødvendige koblinger mellom pådragsorganer, måleapparater, ventiler, logikk, I/O, motorer osv. b) Tegn et P&ID diagram for løsningen. Ta med alle nødvendige sensorer, ventiler osv. med full tag. c) Hele anlegget skal kunne overvåkes fra et sentralt kontrollrom. I rommet vil det til en hver tid være tilstede to operatører. Disse skal overvåke total 15 slike reaktorer på anlegget. Drøft hvilke hensyn til ergonomi, lyssetting, støy osv. som må taes ved utforming av kontrollrommet. Oppgave 7 Votering (20%) Det skal utformes et system hvor en sikkerhetsventil stenger tilførselen av gass inn til en tank ved for høyt trykk i tanken. Sikker tilstand for systemet ved for høyt trykk, er å stenge ventilen. Hele systemet blir funksjonstestet hver 6 måned. Trykktransmitterne er koblet til PLS hvor logikken for kontroll av ventilen er implementert. Hver av trykktransmitterne gir ut et analogt signal som indikerer trykkets verdi. Signalene skal kobles sammen med digital logikk i PLS som åpner ventilen ved å sette ut høyt (1 i logikken) signal. Husk å skrive ned eventuelle forutsetninger du gjør som ikke er beskrevet i oppgaveteksten. a) Skisser den nødvendige logikken i en PLS for å realisere 1oo2 votering av signalene fra to trykktransmittere. b) Skisser sammenkoblingen av to PLSer for å realisere en 2oo2 votering, når hver PLS benytter én trykktransmitter. c) Beregn PFD for hvert av systemene når utgangssignalet er koblet til en ventil. PFD skal beregnes for hele løsnigen ved å bruke β-modellen, samt tall fra tabell 1. NB! Både β-modellen og tabell 1 finner du i vedlegg.

5 5 Vedlegg β-modellen PFD = β * λdu * τ/2 Feilrate (feil per 10^6 time) β SFF Ventil % 93 % Trykktransmitter % 65 % Nivåbryter % 92 % Solenoide % 74 % Logikk % 93 % Flammedetektor % 81 % Tabell 1