Videreutvikling av PCS 7-basert styresystem på anlegg i prosesshallen

Transkript

1 Høgskolen i Telemark Avdeling for teknologiske fag Bachelorutdanningen RAPPORT FRA 5. SEMESTERS PROSJEKT HØSTEN 2009 IA5506 Prosjekt IA5, Prosjektering av reguleringssystem IA Videreutvikling av PCS 7-basert styresystem på anlegg i prosesshallen Avdeling for teknologiske fag Adresse: Pb 203, 3901 Porsgrunn, telefon , Bachelorutdanning - Masterutdanning Ph.D. utdanning

2 Høgskolen i Telemark Avdeling for teknologiske fag Bachelorutdanningen RAPPORT FRA 5. SEMESTERS PROSJEKT HØSTEN 2009 Emne: IA5506 Prosjekt IA5, Prosjektering av reguleringssystem Tittel: Videreutvikling av PCS 7-basert styresystem på anlegg i prosesshallen Rapporten utgjør en del av vurderingsgrunnlaget i emnet. Prosjektgruppe: IA Tilgjengelighet: Åpen Gruppedeltakere: Lars Fjelltveit Vidar Kjeldsen Oddgeir J. Kolseth Stein Olav Myra Espen Pettersen Hovedveileder: Morten Pedersen Sensor: Biveileder: Kjell Bunes Prosjektpartner: Steffen Andreassen, Siemens Godkjent for arkivering: Sammendrag: Denne rapporten tar for seg videreutvikling av et prosessanlegg med PCS 7 i prosesshallen ved Høgskolen i Telemark. Det er laget en arbeidsbeskrivelse med dokumentasjon for skilling av sterk- og svakstrøm på prosessanlegget. Arbeidet skal utføres av videregående elever vårsemesteret Som tiltak mot utilsiktet utslipp av vann, ble overløpsrør valgt, da dette var den beste løsningen. Det er utarbeidet to alternativer på design av ny tank og tre alternativer på flytting av pumpen. Det er valgt et tankdesign og en løsning for pumpeplassering. Det er gjort en vurdering på hvordan HART-kommunikasjon kan brukes vårsemesteret Prosjektgruppen har utformet et HMI standarddokument for bruk på Høgskolen i Telemark. Det er laget to reguleringsstrategier for prosessanlegget. Begge alternativene er modellert og testet i LabVIEW. Høgskolen tar ikke ansvar for denne studentrapportens resultater og konklusjoner Avdeling for teknologiske fag

3 Høgskolen i Telemark Forord FORORD Prosjektet er skrevet i bachelorstudiets 5. semester av fem studenter ved Høgskolen i Telemark. Alle studentene går Y-vei Informatikk og automatisering, hvorav én fordypning automatisering. Rapporten krever kjennskap til grunnleggende reguleringsteknikk. HMI standarddokument ses på som et selvstendig dokument og har derfor egen referanseliste. Prosjektgruppen ønsker å takke: Sivilingeniør Steffen Andreassen produktsjef PCS 7 ved Siemens Oslo, for teknisk veiledning med PCS 7. Førsteamanuensis Finn Haugen ved HiT, for veiledning i arbeidet med reguleringsteknikk og modellering. Overingeniør Eivind Fjelddalen ved HiT, for hjelp med bestilling av utstyr. Høgskolelektor Knut Vågsæther ved HiT, for veiledning i arbeidet med dimensjonering av overløpsrør. Lill Gro Gulløy, ved REC Wafer Porsgrunn, i forbindelse med bedriftsbesøk. Sivilingeniør Bjørnar Bakken, Prosessautomatisering i Siemens Telemark, i forbindelse med bedriftsbesøk. Sivilingeniør Håkon Wærstad, Teknisk support prosessdata ved Yara Porsgrunn, i forbindelse med bedriftsbesøk. Dagfinn Andersen, QA ingeniør ved NorCon Engineering AS, svar på e-post angående HMI- Standarddokument. Gruppens hjemmeside, knyttet til prosjektet, kan finnes på internettadressen: Gruppen har benyttet følgende programmer i prosjektarbeidet: Siemens SIMATIC PCS 7, Adobe Acrobat, Dreamweaver CS3, Photoshop CS3, Microsoft Word, Excel, Project, Visio, Groove, Paint, PowerPoint, LabVIEW versjon 8.6, Maple 13, AutoCAD 2010, Clue versjon 8.0, NitroPDF versjon 5.5. Porsgrunn, 23. november 2009 Lars Fjelltveit Vidar Kjeldsen Oddgeir J. Kolseth Stein Olav Myra Espen Pettersen IA

4 Høgskolen i Telemark Nomenklaturliste NOMENKLATURLISTE AI - Analog Input AS - Automation Station AS-i - Actuator Sensor Interface CFC - Continuous Function Chart CPU - Central Processing Unit DC - Direct Current DCS - Distributed Control System DP - Decentralized Peripherals ES - Engineering Station FC - Flow Controller FEL - Forskrift om Elektrisk Lavspenningsanlegg HART - Highway Addressable Remote Transducer HiT - Høgskolen i Telemark HMI - Human Machine Interface HV - Håndstyrt Ventil IS - Intrinsically Safe IE - Instrument Earth IP - Internet Protocol Kp - Forsterkning LC - Level Controller MPI - Message Passing Interface NEK - Norsk Elektroteknisk Komité OS - Operator Station PA - Process Automation PC - Personal Computer PCS 7 - Process Control System 7 PE - Protective Earth PI - Proporsjonal, Intergal PLS - Programmerbar Logisk Styring PT - Pressure Transmitter SFC - Sequential Function Chart TC - Temperature Controller IA

5 Høgskolen i Telemark Nomenklaturliste TCV - Temperature Control Valve Td - Derivattid Ti - Integraltid IA

6 Høgskolen i Telemark Innholdsfortegnelse INNHOLDSFORTEGNELSE Forord... 2 Nomenklaturliste... 3 Innholdsfortegnelse Innledning Systembeskrivelse Prosessanlegg for nivå- og temperaturregulering Feltbusstopologi PROFIBUS DP PROFIBUS PA AS-i bus Siemens SIMATIC PCS Prosjektering av sterk- og svakstrøm Bakgrunn og forutsetninger Plan for prosesskap Plan for prosesskap Kostnader Feil underveis i prosessen Prosjektering av overløp, tank og flytting av pumpe Tiltak mot utilsiktet utslipp av vann fra tanken Forslag til utforming av overløpsrør Design av ny vanntank Eksisterende tank Tankalternativ Tankalternativ Flytting av pumpe Pumpealternativ Pumpealternativ Pumpealternativ Arbeidsmengde Gruppens innstillinger til valg av overløp, tank og pumpeplassering Vedtak Prosjektering av HART Eksisterende HART-utstyr Planlagt HART-oppsett Regulering Nåværende reguleringsstrategi Prosessanleggets funksjon IA

7 Høgskolen i Telemark Innholdsfortegnelse 7.3 Modellering av prosessanlegget Nivåmodellering Temperaturmodellering Verifisering av modellen ved simulering Reguleringsalternativ Oppbygning Innstilling av regulatorparametre Vurdering av reguleringsalternativ Reguleringsalternativ Oppbygning Innstilling av regulatorparametre Vurdering av reguleringsalternativ HMI Standarddokument Forarbeid til HMI Standarddokument Utforming av HMI Standarddokument Oppsummering Referanser Vedleggsliste IA

8 Høgskolen i Telemark 1 Innledning 1 INNLEDNING I prosesshallen ved Høgskolen i Telemark er det et prosessanlegg for nivå- og temperaturregulering. Nivåreguleringen foregår ved at vann pumpes ut av en tank. Temperaturreguleringen foregår ved at varmtvann og kaldtvann blandes i samme tank. Som programmeringsverktøy for prosessanlegget benyttes SIMATIC PCS 7. Som automasjonsenhet (AS) brukes en Siemens S7-400 PLS, denne håndterer ulike måleverdier og pådrag ved hjelp av feltbuss og tradisjonell I/O. En ES, plassert i PCS 7- Laboratoriet B-294c, kommuniserer med PLS via MPI forbindelse. Prosjektoppgaven som vist i Vedlegg A, strekker seg over to semestre. Det er derfor satt noen begrensinger for første semester. Disse er beskrevet i Vedlegg B. Gruppens oppgaver dette semesteret blir å lage planer for: design av ny tank, skilling av sterk- og svakstrøm, flytting av pumpe og oppdatering av gammel dokumentasjon til prosessanlegget. Planene skal også ta med kostnader forbundet til arbeidet. Det skal også lages et HMI standarddokument og en alarmfilosofi i henhold til standarden YA 710. Gruppen vil også lage en plan som tar for seg hvordan HART-kommunikasjon kan settes opp og utarbeide ulike reguleringsstrategier for prosessanlegget. Det er tidligere år skrevet tekniske rapporter for samme prosessanlegg, men da med noen andre problemstillinger. Prosjektgruppen velger å bruke rapporten fra IA [1] og IA [2], som grunnlag for videreutvikling av prosessanlegget. Prosjektet skal resultere i en teknisk rapport som ferdigstilles den 23. november Rapporten er delt inn i syv hovedkapitler. De to første hovedkapitlene inneholder en systembeskrivelse og en kort innføring i feltbuss og PCS 7. De fire etterfølgende hovedkapitlene inneholder prosjektering og løsninger på prosjektoppgaven samt ulike alternative reguleringsstrategier og simuleringer i LabVIEW. Det siste hovedkapittelet tar for seg HMI standarddokumentet. IA

9 Høgskolen i Telemark 2 Systembeskrivelse 2 SYSTEMBESKRIVELSE Dette kapittelet inneholder en generell beskrivelse av prosessanlegget og hvordan feltbusstopologien er bygget opp. 2.1 Prosessanlegg for nivå- og temperaturregulering Prosessanleggets hensikt er å muliggjøre regulering av nivå og temperatur på vannet i anleggets prosesstank. Prosesstanken har tilførsel av varmtvann og kaldtvann, samt et utløp med pumpe. Temperaturreguleringen foregår ved at varmtvann og kaldtvann blandes i tanken. Nivåregulering foregår ved at vann pumpes ut av tanken. Prosessanlegget har utstyr for å kunne gjøre følgene: Måle temperatur på innkommende varmtvann, kaldtvann og temperatur i prosesstank. Måle mengde på innstrømninger og utstrømning. Måle nivå i prosesstank. Åpne og stenge tilførsel av kaldtvann med magnetventil. Åpne og stenge magnetventil til varmtvann for bypass av reguleringsventil. Regulere tilførsel av varmtvann og kaldtvann med reguleringsventiler. Måle trykk på varmtvann og kaldtvann, samt instrumentluft. Pumpe vann ut av prosesstanken. Blande vannet i prosesstanken. Tekniske flytskjemaet over prosessanlegget er vist i Figur 2-1og på Vedlegg D. Flytskjemaet er oppdatert fra tidligere prosjekt [1]. Figur 2-1 Teknisk flytskjema for prosessanlegget IA

10 Høgskolen i Telemark 2 Systembeskrivelse 2.2 Feltbusstopologi Prosessanlegget styres av en Siemens S7-400 PLS med et tilhørende brukergrensesnitt satt opp på en ES. Figur 2-2 viser feltbusstopologien mellom ES og PLS. Det er også koblet opp en ethernetforbindelse mellom ES og PLS, men denne er ennå ikke operativ. Utstyret på prosessanlegget er satt opp med forskjellige bussystemene: PROFIBUS DP, PROFIBUS PA og AS-i bus. Figur 2-2 viser feltbusstopologien til prosessanlegget. S7-400 PLS MPI Ethernet ES Profibus DP I/O-Modul DP/PA Coupler AS-i Gateway SimoCode Frekvensomformer Profibus PA AS-i Bus Temperaturmåler Interface modul Figur 2-2 Feltbusstopologi PROFIBUS DP PROFIBUS DP er optimalisert for distribuert I/O-applikasjoner. Det kan kobles opptil 126 I/Omoduler på en PROFIBUS DP kabel [3]. Siden det er mulig å koble til flere hundre kontaktpunkter til en I/O-modul, betyr det at en PLS kan ha forbindelse med et stort antall kontaktpunkter. PROFIBUS DP brukes også til å kommunisere med annet utstyr, som for eksempel frekvensomformer og Simocode som er benyttet i dette prosessanlegget, se Figur 2-2. PROFIBUS DP er en standardisert nettverks kommunikasjonsprotokoll basert på den europeiske standarden EN [4]. IA

11 Høgskolen i Telemark 2 Systembeskrivelse PROFIBUS PA PROFIBUS PA er en feltbuss som er egnet i prosessindustrien, der ofte feltenheter er plassert i eksplosjons- eller brannfarlige områder. PROFIBUS PA oppfyller kravene til IS (egensikkerhet) i henhold til ISIEC [3]. Både kommunikasjonen og strømtilførselen til feltenhetene blir overført via PROFIBUS PA. Figur 2-3 viser den nåværende PROFIBUS PA topologien til prosessanlegget. DP/PA Coupler Profibus PA Koblingsboks Temperaturmåler Temperaturmåler Figur 2-3 PROFIBUS PA Nivåmåler IA

12 Høgskolen i Telemark 2 Systembeskrivelse AS-i bus AS-i bus er velegnet som det nederste bussnivået i et nettverkssystem med aktuatorer og sensorer. En AS-i GateWay kan forsyne opp til 31 aktuatorer/sensorer med spenning og styresignal [4]. Figur 2-4 viser den nåværende AS-i bus topologien til prosessanlegget. AS-i GateWay Nivåvakt Magnetventiler Magnetventiler AS-i modul PT-100 Figur 2-4 AS-i bus AS-i Analog modul PT-100 IA

13 Høgskolen i Telemark 3 Siemens SIMATIC PCS 7 3 SIEMENS SIMATIC PCS 7 Siemens SIMATIC PCS 7 er et DCS system utviklet av Siemens. Når det settes inn blokker i PCS 7 genereres det automatisk symboler i skjermbildene. Koblinger mellom symbollister og WinCC, genereres også automatisk. Dersom det brukes Step7 og WinCC, må disse koblingene opprettes manuelt. Som en del av prosjektet skal gruppen lære å bruke PCS 7. Siden PCS 7 er et omfattende program, er det i dette semesteret satt hovedfokus på å lære å sette opp hardwarekonfigurasjon og nettverkskonfigurasjon for nye prosjekter. Prosedyren vist i Figur 3-1 kan være et godt hjelpemiddel i arbeidet ved oppretting av nye prosjekter. Set up new multiproject Configure the hardware setup Configure communication Create user program Test user Program Design OS interface Create the Project folder Configure hardware Start NetPro Complete Symbol table Test program Create prosessimage Insert Station Import hardware Insert additional Station or Project Network configuration Save and compile Make program Save and compile Connect tags Save and Compile Save and compile Save and compile Download configuration Download configuration Download OS to stations Project structure is set up Compiled configuration data is located in System Data object Compiled connection data is installed in the System Data object Compiled program is located in the Blocks folder Tested and executable program in the CPU and in the PG programming Project in completed with OS interface Figur 3-1 Prosedyre for oppretting av PCS 7 prosjekter [4] IA

14 Høgskolen i Telemark 4 Prosjektering av sterk- og svakstrøm 4 PROSJEKTERING AV STERK- OG SVAKSTRØM Denne delen av rapporten tar for seg prosjektering av arbeidet med skilling av sterk- og svakstrøm. Det blir også sett på kostnader til de aktuelle planene, samt beskrevet hvilke feil som ble oppdaget underveis i prosessen. 4.1 Bakgrunn og forutsetninger Det skal tas hensyn til elektriske forskrifter under planlegging av arbeidet. Gruppen skal innhente gammel dokumentasjon og oppdatere denne. Dette gjøres i hovedsak ved at det utarbeides dokumentasjon over arbeidet ved skilling av sterk- og svakstrøm. Det er i denne oppgaven lagt til grunn følgende kriterier for skilling av sterk- og svakstrøm: Prosesskap 1 skal inneholde utstyr for 400V og 230V [5]. Dette innebærer også at strømforsyninger til AS-i bus og styrestrøm plasseres her. Prosesskap 2 skal kun inneholde 24V, feltbuss og I/O. Det tas ikke hensyn til å skille instrumentjord (IE) fra beskyttelsesjord (PE). Eksisterende utstyr benyttes i størst mulig grad, men på grunn av standardisering ved Høgskolen i Telemark blir alle rekkeklemmer byttet fra Phænix til Weidmüller. Det benyttes også måle/prøveklemmer til utstyr som det er hensiktsmessig å kunne gjøre målinger på. På grunn av kriteriene for skilling av sterk- og svakstrøm, er det nødvendig å kjøpe et nytt skap til sterkstrøm for å få plass til alle komponentene. Svakstrømskomponentene vil få plass i det nåværende svakstrømsskapet og vil bli bygget om som beskrevet i arrangementstegningen. 4.2 Plan for prosesskap 1 Et hovedstrømsskjema over prosesskap 1 kan ses på Vedlegg E. På prosessanlegget i dag står det to strømforsyninger på 24V DC 2A. Disse står i hvert sitt prosesskap, men i forbindelse med ombyggingen skal disse plasseres i samme skap. En bedre løsning er å erstatte disse med én strømforsyning, da dette er plassbesparende. Siden den ønskelige produsenten ikke leverer strømforsyninger på 24V DC 4A, ble det valgt en på 24V DC 5A. Det er foretatt kabelberegninger i henhold til NEK 400:2006, vist i Vedlegg F. Det er valgt Ølflex-kabel fra prosesskapet og ut til pumpen av hensyn til støy fra frekvensomformeren [6]. IA

15 Høgskolen i Telemark 4 Prosjektering av sterk- og svakstrøm 4.3 Plan for prosesskap 2 Prosesskap 2 inneholder en ET 200 modul med analoge og digitale I/O-moduler samt en HARTmodul, DP/PA coupler, DP link, AS-i gateway og AS-i Sensor-/Actuator modul. Tegninger for skapet kan ses i arbeidsbeskrivelsen i Vedlegg E. 4.4 Kostnader I forbindelse med ombyggingen er det laget en oversikt over nødvendig materiell og kostnader. De totale kostnadene er beregnet til kr 6 567,69 inkl. mva. som vist i Vedlegg G. Arbeidskostnader er ikke tatt med i kostnadsberegningene, da arbeidet er tenkt utført av elever ved Skogmo videregående skole i Skien. 4.5 Feil underveis i prosessen I forbindelse med oppdatering av gammel dokumentasjon for anlegget, ble det oppdaget at TCV ikke var koblet i henhold til teknisk flytskjema, se Figur 2-1. Treveisventilen LZY er en ventil som skal stenge luften inn til de pneumatiske ventilstillerene når treveisventilen mister styresignalet. Treveisventilen var ikke koblet til den pneumatiske ventilstilleren til TCV Dette medførte at TCV alltid ville ha trykkluft selv om hele prosessanlegget ble spenningsløst. Eivind Fjelddalen ble kontaktet, og feilen ble utbedret. Under utbedring av denne feilen ble det oppdaget en annen feil. Det viste seg å være olje i instrumentluften på anlegget, noe som det ikke skal være. Sikkerhetsansvarlig for prosesshallen Morten Pedersen ble kontaktet, og det viste seg at oljerestene stammet fra en feil som hadde oppstått tidligere, men som nå er utbedret. IA

16 Høgskolen i Telemark 5 Prosjektering av overløp, tank og flytting av pumpe 5 PROSJEKTERING AV OVERLØP, TANK OG FLYTTING AV PUMPE Denne delen av rapporten tar for seg prosjektering av tiltak mot utilsiktet utslipp av vann, tank og flytting av pumpe. 5.1 Tiltak mot utilsiktet utslipp av vann fra tanken HiT ønsker at det skal være tiltak mot utilsiktet utslipp av vann fra tanken. Det ble vurdert to muligheter: overløpskar og overløpsrør, men det ble valgt å se bort i fra overløpskar som tiltak mot utilsiktet utslipp av vann. Dette fordi det er bedre å lede vannet bort før det renner over Forslag til utforming av overløpsrør Overløpsrøret må dimensjoneres slik at det kan lede bort den maksimale tilførselen av vann. Tidligere prosjektgrupper [7] har målt maksimalt at det kan komme inn 0,344 dm 3 /s i tanken. Disse verdiene er kontrollert ved testkjøring av anlegget og viste seg å være korrekt. Ut i fra disse verdiene er det beregnet at overløpsrøret må ha en innvendig diameter på minimum 30 mm. Utregninger vises i Vedlegg H. 5.2 Design av ny vanntank Vanntanken til prosessanlegget har flere sprekkdannelser og avsettinger som gjør det vanskelig å se nivået. HiT ønsker derfor å bytte ut den eksisterende tanken med en ny tank. I tillegg til eksisterende inn- og utløp er det ønsket et overløpsrør. Gruppen har satt opp følgende spesifikasjoner til tank, med utgangspunk i spesifikasjoner fra IA [1]. Tanken skal produseres i et gjennomsiktig materiale. Toppen på tanken kan ikke være høyere enn at det er plass til motoren til røreverket. Volumet på en ny tank skal ikke være mindre enn på eksisterende tank. Tanken må ha følgene inn- og utløp: o Innløp i tanken (topp): 2 stk ¾ muffe (gjenget) 1 stk 2 for nivåvakt 1 stk Hull for røreverk minst 20 mm o Utløp av tank (bunn): 1 stk 2 for utløp (gjenget) 3 stk ¾ for temperaturmålere og uttapping av vann (gjenget) 1 stk 9 mm hul til nivåmåler (gjenget) o Siden av tanken 1 stk Overløpsrør (gjenget) IA

17 Høgskolen i Telemark 5 Prosjektering av overløp, tank og flytting av pumpe Eksisterende tank Dimensjoner for eksisterende tank vises i Tabell 5-1. Tabell 5-1 Dimensjoner for eksisterende tank Innvendig Utvendig Radius 94,5 mm 99,5 mm Høyde til merke med 100 % Høyde på tank 510 mm 649 mm Volum til 100 % merket 14,46 dm Tankalternativ 1 Det første alternativet, se Vedlegg I og Figur 5-1, er å lage en tank som kan bruke lokket fra den eksisterende tanken. Den nye tanken lages bredere enn den eksisterende tanken, slik at det eksisterende lokket passer bedre. Tankens høyde må økes fra 649 mm, til 655 mm på grunn av det nye overløpsrøret. Tegningen er tegnet med minstemålene, men produsenten har mulighet til å øke radiusen på tanken med 5 mm, dette slik at produsenten kan velge den diameteren som er rimeligst å produsere. Dimensjoner for tankalternativ 1 vises i Tabell 5-2. Tabell 5-2 Dimensjoner for tankalternativ 1 Innvendig Utvendig Radius 106,5 mm - 111,5 mm 111,5 mm - 116,5 mm Høyde til overløpsrør Høyde på tank 510 mm 655 mm Volum til overløpsrør 18,16 dm 3-19,92 dm 3 IA

18 Høgskolen i Telemark 5 Prosjektering av overløp, tank og flytting av pumpe Figur 5-1 Tankalternativ Tankalternativ 2 Det andre alternativet, se Vedlegg J, er hentet fra prosjekteringen til gruppe IA [1]. Denne prosjektgruppen valgte en tank med spesifikasjoner som vist i Tabell 5-3. Tabell 5-3 Dimensjoner for tankalternativ til prosjektgruppe IA Innvendig Utvendig Radius 115 mm 120 mm Høyde til overløpsrør 295 mm Volum til overløpsrør 12,25 dm 3 Dette volumet er mindre enn det gruppen har satt som krav. Det velges derfor å øke høyden til overløpsrøret fra 295 mm til 350 mm slik at volumet blir 14,54 dm 3. Dimensjoner for tankalternativ 2 vises i Tabell 5-4. Tabell 5-4 Dimensjoner for tankalternativ 2 Innvendig Utvendig Radius 115 mm 120 mm Høyde til overløpsrør 350 mm Volum til overløpsrør 14,54 dm 3 IA

19 Høgskolen i Telemark 5 Prosjektering av overløp, tank og flytting av pumpe 5.3 Flytting av pumpe Det er et ønske fra HiT at pumpen på anlegget skal flyttes til fremsiden. Gruppen har utformet tre forslag til hvor pumpen kan plasseres. Det er lagt vekt på at arbeidsomfanget og kostnader skal bli minst mulig. Det er også lagt vekt på at anlegget skal være oversiktelig, da den skal brukes i undervisningssammenheng Pumpealternativ 1 Pumpen plasseres på undersiden til venstre for tanken som vist i Vedlegg K. Fordelen med denne plasseringen er at det trengs lite ombygging i eksisterende rørsystem. Ulempen med denne plasseringen er at det er trangt. Denne plasseringen er avhengig av designet av den nye tanken, begge tankdesignene tar hensyn til dette. Dette medfører at nivåmåler LZL må flyttes Pumpealternativ 2 Pumpen plassers midt på nederste del av anlegget som vist i Vedlegg L. Pumpen plasseres under ventil HV A. Ulempen med denne plasseringen er at røret for uttapping må flyttes slik at det blir plass til pumpen. Dette fører til at ventilene HV A og HV B må flyttes som vist i Vedlegg L Pumpealternativ 3 Pumpen plasseres nede til venstre på anlegget, som vist i Vedlegg M. Dette er den løsning som har den lengste avstanden mellom pumpe og tank. Fordelen med denne plasseringen, er at det er god plass til pumpen. Der pumpen er tenkt plassert, står det en koblingsboks FT for gjennomstrømningsmåler FE Denne kan enkelt flyttes til et annet sted i anlegget. Ulempen med dette forslaget er at anlegget blir mer uoversiktlig. 5.4 Arbeidsmengde Arbeidsmengden ved produksjon av tankalternativ 1 er mindre enn tankalternativ 2, siden det i tankalternativ 1 ikke trengs nytt lokk. I samråd med veileder er det kommet frem til at arbeidet med rørsystemet på anlegget skal gjøres av en ansatt ved HiT. Det er likevel lagt vekt på at det skal være så lite arbeid som mulig. IA

20 Høgskolen i Telemark 5 Prosjektering av overløp, tank og flytting av pumpe 5.5 Gruppens innstillinger til valg av overløp, tank og pumpeplassering Som tiltak mot utilsiktet utløp av vann, har gruppen valgt å anbefale et overløpsrør på tanken. Det anbefales at overløpsrøret føres videre med en fleksibel slange til avløpet. Gruppen anbefaler tankalternativ 1. Dette alternativet vil gi det beste resultatet og er samtidig det minst arbeidskrevende. Gruppen anbefaler pumpealternativ 1 når det gjelder plasseringen av pumpen. Denne plasseringen gir lite ombygningsarbeid og et ryddig anlegg. Den ferdige tegningen for dette anlegget vises i Vedlegg N. Et utsnitt av tank med overløpsrør og pumpe vises i Figur 5-2. Figur 5-2 Tankalternativ 1 med overløpsrør og pumpeplassering Vedtak Under prosjektmøte den 26. oktober 2009, se Vedlegg O, ble det enstemmig vedtatt å følge prosjektgruppens innstillinger til valget av overløp, tank og pumpeplassering. Tegninger for ny tank er sendt til Eivind Fjelddalen, som skal bestille tanken. Kostnad for produksjon av tanken er 7750,- inkl. mva. og leveres av BIS Production Partner. Flytting av pumpe og montering av tank med overløpsrør skal utføres i begynnelsen av vårsemesteret IA

21 Høgskolen i Telemark 6 Prosjektering av HART 6 PROSJEKTERING AV HART Denne delen av rapporten tar for seg dagens bruk av HART-kommunikasjon på prosessanlegget. Det gis en oversikt over hvilket utstyr som er tilgjenglig og hvordan eksisterende HART-utstyr kan settes opp. Det skal også vurderes om HART-kommunikasjon skal implementeres i HMI, slik at feltenhetene kan kalibreres fra ES. 6.1 Eksisterende HART-utstyr Det er to trykktransmittere på prosessanlegget som har støtte for HART-kommunikasjon, PT og PT Trykktransmitterne brukes til måling av trykk på innløpet til varmtvann og kaldtvann. På anlegget er det en SM331 AI HART signal modul. Trykktransmitterne er ikke koblet til denne modulen, men til en SM331 AI signal modul som vist i Figur 6-1. ES PS A CPU CP 433-1IT PS 307 2A ET200M/LINK SM331 AI SM332 AO SM321 DI SM322 DO SM331 AI HART MPI Ethernet PROFIBUS DP PT PT Figur 6-1 Oversikt over nåværende smarttransmittere IA

22 Høgskolen i Telemark 6 Prosjektering av HART 6.2 Planlagt HART-oppsett Det er sett på muligheten for HART-kommunikasjon. Programverktøyet SIMATIC PDM kan brukes til å kalibrere smarttransmittere. Ved testing av oppsettet på prosessanlegget, viser det seg at CPU DP ikke har støtte for HART-kommunikasjon. For å muliggjøre HART-kommunikasjon mellom SIMATIC PDM og smarttransmitterne, settes det inn en ekstra kommunikasjonsmodul 1 for PROFIBUS DP i 400- racket. HiT låner denne modulen av Steffen Andreassen. Da modulen ble tatt i bruk oppstod det et problem. Den nye modulen klarte ikke å lese DP-linkens modulnavn. Det ble funnet en løsning i samarbeid med Steffen Andreassen. Løsningen innebar å oppdatere kommunikasjonsmodulens firmware. Etter oppdatering fra versjon 4.0 til versjon 5.2, fungerte kommunikasjonen med DP linken. Omkobling av trykktransmitterne slik at HART-kommunikasjon kan benyttes, som vist på Figur 6-2, er tatt med i arbeidsbeskrivelsen for skilling av sterk- og svakstrøm. Kalibrering av trykktransmitterne kan gjøres ved hjelp av en håndholdt HART-kommunikator eller ved hjelp av SIMATIC PDM. Gruppen har derimot ikke funnet noe løsning på kalibrering av transmitterne ved hjelp av brukergrensesnittet i PCS 7. Kostnadsberegning for utbedring av HART-kommunikasjon er tatt med i kostnadsberegning for skilling av sterk- og svakstrøm. Kommunikasjonsmodulen CP EXT V4.0 er ikke tatt med i kostnadsberegningen da den er utlånt av Steffen Andreassen. ES PS A CPU CP 433-1IT PS 307 2A ET200M/LINK SM331 AI SM332 AO SM321 DI SM322 DO SM331 AI HART PROFIBUS DP Ethernet PT PT Figur 6-2 Planlagt oppsett av HART 1 CP EXT V4.0 IA

23 Høgskolen i Telemark 7 Regulering 7 REGULERING Dette kapittelet inneholder hvordan dagens regulering er bygd opp. Det legges frem to alternativer til regulering av prosessanlegget. Det vises også oppbygning av en simulator i LabVIEW som brukes til å simulere reguleringsstrategiene. 7.1 Nåværende reguleringsstrategi Prosessanlegget er en multivariabel prosess og har i dag en dårlig reguleringsstrategi. Slik som Figur 7-1 viser, blir nivået i tanken styrt av pumpen. Temperaturen reguleres ved hjelp av to reguleringsventiler, en for varmtvann og en for kaldtvann. Reguleringsventilene er satt opp med split range, som vist på Figur 7-2. Ulempen med denne reguleringsstrategien er at når ønsket temperatur er oppnådd, stoppes tilførselen av vann. Det er da ikke mulig å øke nivået i tanken. Figur 7-1 Oversikt over nåværende reguleringsstrategi Figur 7-2 Split range for reguleringsventilene IA

24 Høgskolen i Telemark 7 Regulering 7.2 Prosessanleggets funksjon Gruppen har sett på den tidligere reguleringsstrategien og anser den som upraktisk i forhold til bruken av et slikt prosessanlegg. Gruppen har definert at tanken på anlegget skal fungere som en buffertank. Operatøren skal kunne velge ønsket nivå, temperatur og hvor mye som skal tappes fra tanken til en hver tid. Det er sett på to reguleringsstrategier som gjør dette mulig. For å teste strategiene lages det en simulator av prosessanlegget. 7.3 Modellering av prosessanlegget Teorien rundt modelleringen er hentet fra [8]. Ved modellering av prosessanlegget, lages det en forenklet dynamisk modell i LabVIEW. Den forenklede dynamiske modellen tar ikke hensyn til ventildynamikk, varmetap i rør og tank, samt volumendring som følge av temperaturendring. De matematiske utledningene til modellene er forklart i Vedlegg P. Tanken som modelleres er stående og har sylindrisk form. Nivået i tanken er beregnet ut fra innstrømning av varmtvann, kaldtvann og utstrømning av vann fra tanken. Dødtiden fra ventilen åpnes til det registreres en strømningsendring inn i tanken, er avhengig av gjennomstrømningshastigheten. I modellen settes denne dødtiden til 0,5 sekunder. Forholdet mellom ventilåpning og gjennomstrømning er bestemt å være lineært. Gjennom ventilen for kaldtvann er målt en maksimal gjennomstrømning på 0,161 dm 3 /s (målt ved trykk på 4 bar) og varmtvann til 0,236 dm 3 /s (målt ved trykk på 6 bar). Måleresultatene ble funnet ved å åpne ventilene til 100 % og måle tiden det tok å fylle 10 dm 3. Modellering av dynamikken på pumpen for utstrømningen er en anslått transferfunksjon med dødtid. Dødtiden er satt til 0,5 sekunder og tidskonstanten er satt til 1,5 sekunder. Transferfunksjonen mellom inngangen u(s) og utgangen y(s) er vist i (7-1). (7-1) Temperaturen er modellert ved å se på energibalansen i tanken der tilført energi er varmtvann og kaldtvann, og tappet energi som følger utstrømningen. Det er ikke tatt hensyn til energioverføring gjennom rørvegger og tankvegger. IA

25 Høgskolen i Telemark 7 Regulering Nivåmodellering Differensialligningen som beskriver høydeendringen i tanken er beskrevet i (7-2). Ut i fra differensialligningen lages blokkskjema, se Figur 7-3, som brukes i LabVIEW. (7-2) Tappet vann [dm 3 /s] q ut π*r 2 Kaldt vann [dm 3 /s] q k x = h [dm 3 /s] 1 S h [dm] Varmt vann [dm 3 /s] q v Figur 7-3 Blokkskjema nivåmodellering IA

26 Høgskolen i Telemark 7 Regulering Temperaturmodellering Differensialligningen som beskriver temperaturendringen i tanken er beskrevet i (7-3). Siden likningen inneholder variabler som beregnes av nivåmodellen, kan blokkskjemaet for nivåmodellen settes sammen med temperaturmodellen. Modellen blir som vist på Figur 7-4. (7-3) Temp. varmt vann [K] x x = Temp. kaldt vann [K] x x = x = T [K] 1 S T [K] + + x x = π*r 2 = x x Tappet vann [dm 3 /s] q ut Kaldt vann [dm 3 /s] q k x = h [dm 3 /s] 1 S h [dm] Varmt vann [dm 3 /s] q v Figur 7-4 Blokkskjema temperatur- og nivåmodell Verifisering av modellen ved simulering Simulatoren er verifisert ved å utføre beregninger av forventet verdi, og sammenligne verdiene med verdier fra simulatoren. Resultatene, som vist i Vedlegg P, viser neglisjerbare avvik, dette fordi at simulatoren bruker en approksimert integreringsmetode. Det konkluderes med at simulatoren fungerer tilfredsstillende. IA

27 Høgskolen i Telemark 7 Regulering 7.4 Reguleringsalternativ 1 Reguleringsalternativ 1 er en enkeltsløyferegulering. Denne reguleringsmetoden fungerer ved at hver sløyfe måler hver sin prosessverdi og styrer hvert sitt pådragsorgan. Teorien bak dette underkapittelet er basert på [9] Oppbygning Figur 7-5 viser en oversikt over reguleringssløyfene. Det er en egen sløyfe for regulering av mengden ut. Nivået blir enten styrt av ventilen for varmtvann eller kaldtvann. Ventilen som skal styre nivået bør være den med dominerende gjennomstrømning. Dersom kaldtvannet er 10 C og varmtvannet er 70 C, så vil strømningene gjennom ventilene være like når referanseverdien er 40 C. Hvis referanseverdien er over 40 C, burde ventilen for varmtvann styre nivået. Er referanseverdien under 40 C, bør ventilen for kaldtvann styre nivået. På anlegget er det ikke definert et normalt arbeidsområde, det tas derfor utgangspunkt i at kaldtvann er dominerende. Nivået blir styrt av ventilen for kaldtvann og temperaturen styres ved hjelp av ventilen for varmtvann. Figur 7-5 Oversikt over reguleringsalternativ 1 IA

28 Høgskolen i Telemark 7 Regulering Innstilling av regulatorparametre Transferfunksjonene til prosessen er kjent eller kan utledes fra prosessmodellen, derfor brukes Skogestads metode for beregning av regulatorparameterne, se Vedlegg Q. Denne beregningsmetoden vil ta i betraktning eventuelle dødtider i prosessen og gjøre den raskere og mer stabil. Det er valgt PI-regulatorer da dette vil gi en tilfredsstillende regulering. Tabell 7-1 viser parameterverdiene til regulatorene. Tabell 7-1 Tabell for parameterverdier Regulator Kp Ti Td FC 1,50 1,50 s 0 TC 26,84 11,42 s 0 LC 25,99 11,42 s Vurdering av reguleringsalternativ 1 Fordelen med denne reguleringstypen er dens enkelhet i oppbygging og forståelse. Ulempen med reguleringsalternativet er at det oppstår et stort avvik ved økning av referanseverdien for temperaturen fra 25 C til 30 C. Nivået får et avvik på 10 %, og bruker omtrent et minutt på å nå referanseverdien. IA

29 Høgskolen i Telemark 7 Regulering 7.5 Reguleringsalternativ 2 Reguleringsalternativ 2 er forholdsregulering. Fordelen med denne reguleringsmetode er at temperaturen får mindre avvik ved endring av referanseverdien til nivået i tank. Ulempen med denne typen regulering er at store negative endringer i referanseverdien med utstrømningen over 10 %, vil gi store avvik i nivået. Hvis nivået er lavt i utgangspunktet vil tanken kunne tømmes. Teorien bak dette underkapittelet er basert på [9] Oppbygning Figur 7-6 viser en oversikt over reguleringssløyfene. Det er en egen sløyfe for regulering av utstrømningen. Nivåregulatoren sender samme signal til begge ventilene, og temperaturregulatoren regulerer forholdet mellom ventilene. Figur 7-6 Oversikt over reguleringsalternativ 2 IA

30 Høgskolen i Telemark 7 Regulering Innstilling av regulatorparametre Transferfunksjonene til prosessen er kjent eller kan utledes fra prosessmodellen, derfor brukes Skogestads metode for beregning av regulatorparameterne, se Vedlegg Q. Denne beregningsmetoden vil ta i betraktning eventuelle dødtider i prosessen og gjøre den raskere og mer stabil. Det er valgt PI-regulatorer da dette vil gi en tilfredsstillende regulering. Tabell 7-2 viser parameterverdiene til regulatorene. Tabell 7-2 Tabell for parameterverdier Regulator Kp Ti Td FC 1,50 1,50 s 0 TC 26,84 11,42 s 0 LC 10,53 11,42 s Vurdering av reguleringsalternativ 2 Fordelen med dette reguleringsalternativet er at pådraget ved reguleringsalternativ 2 oscillerer mindre enn ved reguleringsalternativ 1. Ulempen med forholdsregulering er at det er vanskeligere å beregne regulatorparameterne enn det er ved enkeltsløyferegulering. Selv om økning i referanseverdien til temperaturen gir mindre nivåavvik enn reguleringsalternativ 1, får reguleringsalternativ 2 et større nivåavvik ved reduksjon av referanseverdien. IA

31 Høgskolen i Telemark 8 HMI Standarddokument 8 HMI STANDARDDOKUMENT Dette kapittelet beskriver hvordan gruppen har gått frem for å tilegne seg kunnskap om HMI, og hvilke elementer som er vektlagt i arbeidet med HMI standarddokumentet. 8.1 Forarbeid til HMI Standarddokument Prosjektgruppen fikk innspill i hvordan HMI lages i prosessindustrien ved å besøke to bedrifter og sende e-post til syv bedrifter. Det var ønskelig å få innspill på følgende punkter: Fargebruk Alarmhåndtering Animasjoner Presentasjon av prosessparametere Det ble sendt e-post, se Vedlegg R, til syv bedrifter som blant annet jobber med HMI. NorCon AS var den eneste bedriften som gav tilbakemelding, se Vedlegg S. Gruppen besøkte REC Wafer og Yara på Herøya i Porsgrunn. Under bedriftsbesøk hos REC Wafer fikk gruppen se styresystemet, forskjellige brukergrensesnitt og hvordan REC Wafer lager silisiumskiver. Under bedriftsbesøket hos Yara fikk gruppen en introduksjon i alarmfilosofi, brukergrensesnittsutforming og styresystemer. 8.2 Utforming av HMI Standarddokument Formålet med standarddokumentet er å oppnå et standardisert design av HMI ved Høgskolen i Telemark. Standarddokumentet skal bidra til å forenkle arbeidet for personell som utvikler HMI, slik at de menneskelige begrensningene blir tatt hensyn til. Det er valgt å ta med: Brukergrensesnittets oppsett, bruk av tekst, fargebruk, symbolbruk, tilbakemeldinger til operatør, trendbilder, brukertilgang og alarmer. HMI standarddokumentet kan ses i Vedlegg T. IA

32 Høgskolen i Telemark 9 Oppsummering 9 OPPSUMMERING I dette semester er det lagt plan for: skilling av sterk- og svakstrøm, design av ny tank med overløpsrør, flytting av pumpe samt hvordan HART-kommunikasjon kan konfigureres på anlegget. Planleggingen av skilling av sterk- og svakstrøm er gjennomført. Gruppen har laget en arbeidsbeskrivelse som inneholder dokumentasjon for anlegget, denne vil erstatte den tidligere dokumentasjonen. Gruppens veileder skal videresende dokumentasjonen til Skogmo videregående skole i Skien. Installasjonen er planlagt utført av elever tidlig vårsemesteret Det er beregnet en kostnad på 6 567,69 inkl. mva. for materiell. Design av tank med overløpsrør og flytting av pumpe er planlagt. Tegninger av valgt tankalternativ er sendt til Eivind Fjelddalen, som skal bestille tanken. Montering av tank med overløpsrør og flytting av pumpe er planlagt utført tidlig vårsemesteret Kostnaden for produksjon av tank er 7750,- inkl. mva. og leveres av BIS production Partner. Gruppen fant ut at det er mulig å konfigurere HART-enheter fra en ES med verktøyet SIMATIC PDM, men det viste seg at CPUen til prosessanleggets PLS ikke har støtte for HARTkommunikasjon. Løsningen var å sette inn en ekstra kommunikasjonsmodul som har støtte for HART-kommunikasjon. Denne modulen hadde problemer med kommunikasjonen til DP linken. Løsningen på dette var å oppdatere modulens firmware. Gruppen har ikke funnet noe løsning på kalibrering av transmitterne ved hjelp av brukergrensesnittet på en OS. Det var planlagt at det skulle skrives en alarmfilosofi til prosessanlegget i dette semesteret, men arbeidet med alarmfilosofien ble flyttet til neste semester, se Vedlegg O. Grunnen var gruppens manglende kunnskap om prosessanlegget under drift, og fordi arbeidet med reguleringsstrategier viste seg å være mer omfattende enn først antatt. Det er laget to reguleringsstrategier for prosessanlegget. De to reguleringsstrategiene er en enkeltsløyferegulering og en forholdsregulering. Reguleringsstrategiene er modellert og simulert i LabVIEW. Det er utformet et HMI standarddokument som skal benyttes til utforming av brukergrensesnitt i fremtidige prosjekter ved HiT. Formålet med HMI standarddokumentet er at brukergrensesnittene skal få en lik oppbygning. IA

33 Høgskolen i Telemark Referanser REFERANSER [1] IA5-2-08, Forprosjekt høsten 2008, Oppgradering av styresystem på anlegg i prosesshallen til PCS 7: Høgskolen i Telemark [2] IA6-2-09, Hovedprosjekt våren 2009, PCS 7: Høgskolen i Telemark [3] PI Support Center, One Fieldbus: Total Coverage, Lokalisert på Verdensveven: [4] Berger, Hans,2003, Automating with SIMATIC: Publicis Corporate Publishing, second revised edition, s [5] Norsk Elektroteknisk Komité: Elektriske lavspenningsinstallasjoner NEK 400: utgave, kapittel 528, Lysaker, Pronorm AS, [6] Norsk Elektroteknisk Komité: Elektriske lavspenningsinstallasjoner NEK 400: utgave, kapittel 444, Lysaker, Pronorm AS, [7] 3AT-5-00, Forprosjekt høsten 2000, WEB teknologi for prosesstyring og overvåking: Høyskolen i Telemark, s. 30. [8] Haugen, Finn, 2003, Dynamiske systemer modellering, analyse og simulering: tapir akademiske forlag, 2. utgave, s [9] Haugen, Finn, 2003, Praktisk reguleringsteknikk: tapir akademiske forlag, 2. utgave, [10] Norsk Elektroteknisk Komité: Elektriske lavspenningsinstallasjoner NEK 400: utgave, side 105, Lysaker, Pronorm AS, [11] Ormbostad, Just Erik. FEL Montørhåndboka. 2.utgave, side 102. Oslo, Elforlaget, [12] Norsk Elektroteknisk Komité: Elektriske lavspenningsinstallasjoner NEK 400: utgave, side 230, Lysaker, Pronorm AS, [13] Norsk Elektroteknisk Komité: Elektriske lavspenningsinstallasjoner NEK 400: utgave, side 204, Lysaker, Pronorm AS, [14] Norsk Elektroteknisk Komité: Elektriske lavspenningsinstallasjoner NEK 400: utgave, side 189, Lysaker, Pronorm AS, [15] Mott, Robert L., 2006, Applied Fluid Mechanics: Pearson International Edition, sixth edition, s og s. 589 [16] Vågsæther, Knut, Høyskolelektor Hit, Institutt for Prosess-, Energi- og Miljøteknologi, fagområde Forskning, samtale [ ] [17] Douglas, Jhon I., 2005, Fluid Mechanics: Pearson International Limited, Fifth edition, s IA

34 Høgskolen i Telemark Vedleggsliste VEDLEGGSLISTE Vedlegg A : Oppgavetekst Vedlegg B : Begrensninger for 5. semester Vedlegg C : Fremdriftsplan Vedlegg D : Teknisk flytskjema Vedlegg E : Arbeidsbeskrivelse for skilling av sterk- og svakstrøm Vedlegg F : Dimensjonering av kabler og vern Vedlegg G : Materiell til skilling av sterk- og svakstrøm Vedlegg H : Dimensjonering av overløpsrør Vedlegg I : Tankalternativ 1 Vedlegg J : Tankalternativ 2 Vedlegg K : Pumpealternativ 1 Vedlegg L : Pumpealternativ 2 Vedlegg M : Pumpealternativ 3 Vedlegg N : Arrangementstegninger for ferdig anlegg Vedlegg O : Møtereferat formelt møte nr. 3 Vedlegg P : Dynamisk modellering av prosessanlegget med verifisering Vedlegg Q : Innstilling av regulatorer og simulering av reguleringsstrategier Vedlegg R : E-post til bedrifter Vedlegg S : Svar e-post fra NorCon AS Vedlegg T : HMI standarddokument Vedlegg U : CD med simulator i LabVIEW og AutoCAD tegninger IA

35 Vedlegg A: Oppgavetekst Side 1 av 2 Hovedoppgave H2009/V2010: Videreutvikling av PCS7- basert styresystem på anlegg i prosesshallen I prosesshallen er det et anlegg for nivå- og temperaturregulering. Temperaturreguleringen foregår ved at varmt og kaldt vann blandes i en tank. I samme tank foregår det også nivåregulering ved at vann pumpes ut av tanken. Sentralt i styresystemet er en Simatic S7-400 PLS som håndterer ulike måleverdier og pådrag både med tradisjonell I/O, men også med feltbuss (Profibus DP, Profibus PA og ASibus). Et lokalt nettverk er bygget opp i tilknytning til anlegget. Nettverket er koplet til studentnettet gjennom en router. Anlegget styres og overvåkes med PCS7. Hovedveileder: Morten Pedersen Biveileder: Kjell Bunes Ekstern veileder: Steffen Andreassen, Siemens Passer for: 4 IA/IAY-studenter Figur 1 Feltbusstopologi for PCS7-rigg

36 Vedlegg A: Oppgavetekst Side 2 av 2 Momenter til prosjektoppgave 5. semester 2009 og 6. semester Hva som skal utføres avtales ved prosjektstart Anlegg o Gjøre seg kjent med anlegget ved å gjennomgå dokumentasjon og evt. rette opp feil og mangler (bl.a. skalering av instrumenter). o Vurdere tiltak for å unngå utilsiktet utslipp av vann. Gjennomføre tiltak. o Designe ny tank o Flytte pumpe til framsiden o Sette opp HART-kommunikasjon mot feltenheter o Skille sterkstrøm og svakstrøm i egne skap ihht. elektriske forskrifter o Forbedre regulering av varmt og kaldt vann PCS7 o Lære å bruke PCS7 o Lære programmeringsverktøyene CFC og SFC Chart. o Oppgradere PCS7 til siste versjon o Se på mulighetene til å legge inn prosessimulator og softsensor. o Realisere ulike reguleringsstrategier. o Utarbeide alarmfilosofi ihht standarden YA-711 o Utarbeide standarddokument for uforming av HMI o Hente inn og presentere statusdata fra feltbussnoder o Se på muligheter for utveksling av data med MS Office eller printer o Gjøre det mulig å veksle mellom norsk og engelsk skjermtekst Hvorfor velge dette prosjektet? Prosjektet inneholder problemstillinger som er relevante for industrien. Du kan få praktiske ferdigheter i bruk av et moderne DCS-system. Det er gode muligheter for å tilpasse oppgaven slik at du kan arbeide med det du synes er interessant.

37 Vedlegg B: Begrensninger for 5. semester Side 1 av 1 BEGRENSNINGER FOR 5.SEMESTER Siden oppgaveteksten (Vedlegg A) er beregnet for 5. semester og 6. semester, har prosjektgruppen satt noen begrensninger. Oppgaven er åpen og gruppen har valgt å starte med de delene av prosjektet som krever minst forkunnskaper. I tillegg vil første del av prosjektperioden bli benyttet til å opparbeide seg kunnskap om PCS 7. Gruppen har satt seg som mål å løse følgene punkter: Tekniske beskrivelser Gruppen skal levere en teknisk beskrivelse av systemet som skal reguleres Gruppen skal levere en teknisk beskrivelse av DCS systemet Planlegging Planlegge flytting av pumpe til forside av prosessanlegget Planlegge deling av svakstrøm og sterkstrøm Planlegging og design av en ny tank Planlegge ulike reguleringsstrategier Se på muligheter for å sette opp HART- kommunikasjon mot feltenheter Web-side Oppdatere webside Utarbeide Gruppen skal utarbeide et standard HMI dokument Gruppen skal utarbeide alarmfilosofi i henhold til gjeldende alarmstandard YA-710 Beregnede kostnader Flytting av pumpe Produksjon av ny tank Skilling av svakstrøm og sterkstrøm i separate skap Eventuelle kostnader knyttet til å sette opp HART- kommunikasjon

38 Vedlegg C: Fremdriftsplan Side 1 av 1

39 Vedlegg D: Teknisk flytskjema Side 1 av 1 HV Varmt vann Kaldt vann Trykkluft PI R R PT LZY PCV FT PI PT TE FE PI TE FT HV A TCV TCV HV B HV A HV C HV C HV B HV 02012A TIC V02020 B02022 LZE H HV 02012B HV 02014B FT HV 02014A TT TT LZL L P02021 HV 02013A Avløp LIC HV 02013B Forklaringer: Vann Trykkluft Elektriske kabler Avløp IA Høgskolen i Telemark Postboks Porsgrunn HiT - IA Rigg for temperatur- og nivåregulering HiT - Prosesshallen 1 / 1

40 Vedlegg E: Arbeidsbeskrivelse for skilling av sterk- og svakstrøm Side 1 av 20 Høgskolen i Telemark Avdeling for teknologiske fag Prosjektgruppe IA Til: Fra: Prosjektgruppe IA Dato: SKILLE STERK OG SVAKSPRØM PÅ PROSESSRIGG Arbeidsbeskrivelse elektro Bakgrunn Høgskolen ønsker at sterkstrøm og svakstrøm skal skilles i hvert sitt styreskap. Omfang Arbeidet består i å bygge om to styreskap som er knyttet til en av Høgskolens testrigger. Disse skapene er pr. i dag montert på en operativ testrigg som står i Høgskolens prosesshall. Hovedmålet med oppgaven er å skille sterk og svakstrøm i hvert sitt skap. På grunn av endringene dette medfører, skal et av skapene byttes ut med et større skap. Arbeidet skal gjøres på bakgrunn av tegningsgrunnlaget som ligges som vedlegg. Følgende kriterier ligger til grunn for skilling av sterk-/svakstrøm: Prosesskap 1 skal inneholde alt som har med 400V og 230V. Dette innebærer også at transformator til bus system og styrestrøm plasseres her. Prosesskap 2 skal kun inneholde 24V, bus system og I/O. Det tas ikke hensyn til å skille instrumentjord (IE) fra sikkerhets jord (PE) da dette er en liten rigg i lite støyende omgivelser. Gruppen har utarbeidet: Arrangementstegning for sterkstrømskap. Arrangementstegning for svakstrømskap. Rekkeklemmeliste for sterkstrømskap. Rekkeklemmeliste for svakstrømskap. Enlinje-skjema for hovedstrøm sterkstrømskap. Flerlinje-skjema for PLS moduler. Flerlinje-skjema for AS-i bus. Feltbuss topologi. Materiell Alt av materiell som trengs for å utføre arbeidet skaffes av Høgskolen i Telemark. Avdeling for teknologiske fag Prosjektgruppe IA5-1-09

41 Vedlegg E: Arbeidsbeskrivelse for skilling av sterk- og svakstrøm Side 2 av 20 Høgskolen i Telemark Avdeling for teknologiske fag Prosjektgruppe IA Gjennomføring Merking Alt av ledninger skal merkes med Partex merkesystem. Det merkes da med for eksempel X1:12 dersom ledningen skal kobles inn på rekkeklemme X1 og på klemme nr. 12. Kabler som går inn/ut av prosesskap skal merkes på samme måte som det er gjort pr. i dag. Ledninger og endehylser Alle ledninger skal avsluttes med endehylser. Det skal brukes ledningstype, tverrsnitt og farge som tilfredsstiller kravene under: RK 0,75mm 2 hvit til I/O RK 1,5mm 2 til 230V (Maks 10A) RK 4mm 2 til 400V (Maks 20A) L1 Sort L2 Brun L3 Grå (Hvit) N Blå PE Gul/Grønn Kontakt Navn: Espen Pettersen Navn: Lars Fjelltveit Tlf: Tlf: E-post: @student.hit.no E-post: @student.hit.no Avdeling for teknologiske fag Prosjektgruppe IA5-1-09

42 Vedlegg E: Arbeidsbeskrivelse for skilling av sterk- og svakstrøm Side 3 av 20 IA Høgskolen i Telemark Postboks Porsgrunn HiT - IA Arrangementstegning for Prosessskap 1 sterkstrøm Rigg for temperatur- og nivåregulering HiT - Prosesshallen EP / 1

43 Vedlegg E: Arbeidsbeskrivelse for skilling av sterk- og svakstrøm Side 4 av 20 IA Høgskolen i Telemark Postboks Porsgrunn HiT - IA Arrangementstegning for Prosessskap 2 svakstrøm Rigg for temperatur- og nivåregulering HiT - Prosesshallen LF / 1

44 Vedlegg E: Arbeidsbeskrivelse for skilling av sterk- og svakstrøm Side 5 av 20 P1:X1 Rekkeklemmeliste for Prosesskap 1 (Sterkstrøm) Interne koblinger Klemme- Klemme- Intern Nummer Størrelse Ekstern Fra Til F1:L1 1 4 Tilførsel L1 F2:L1 F5:1 F1:L2 2 4 Tilførsel L2 F2:L2 F5:2 F1:L3 3 4 Tilførsel L3 F2:L3 F5:3 F1:N 4 4 Tilførsel N F5:1 Q1:1 Q1:2 5 2,5 Røreverk L1 F5:2 Q1:3 Q1:4 6 2,5 Røreverk L2 F5:3 Q1:5 Q1:6 7 2,5 Røreverk L3 F3:L1 MM1:L1 MM1:U 8 2,5 Pumpe L1 F3:L2 MM1:L2 MM1:V 9 2,5 Pumpe L2 Q1:A2 K3:11 MM1:W 10 2,5 Pumpe L3 F5:7 K3:A1 F4:N 11 2,5 FT : N U1: 230V 12 2,5 FT : N U2: 230V 13 2,5 FT : N Nivåvakt 230V 14 2,5 Q1:A1 15 2,5 F5: A1 16 2,5 F4:L1 17 2,5 FT : L1 U1: 230V 18 2,5 FT : L1 U2: 230V 19 2,5 FT : L1 Nivåvakt 230V 20 2,5 K3: ,5 F5: A2 22 2, Tilførsel PE U2: PE 24 2,5 Røreverk PE U1: PE 25 2,5 Pumpe PE 26 2,5 FT Felles PE U2: ,5 P2:X2:48 U2: ,5 P2:X2:49 U2: ,5 Asi Bus til rigg U2: ,5 Asi Bus til rigg U1: + 24V 31 2,5 P2:X2:1 F5: ,5 U1: 0V 33 2,5 P2:X2:15 K3:A2 34 2,5 Nivåvakt: ,5 P2:X2:5 Nivåvakt: ,5 P2:X2:47 Nivåvakt: ,5 LZE Grønn Nivåvakt: ,5 LZE Rød Nivåvakt: ,5 LZE Blå

45 Vedlegg E: Arbeidsbeskrivelse for skilling av sterk- og svakstrøm Side 6 av 20 P2:X2 Rekkeklemmeliste for Prosesskap 2 (24V DC) Klemme- Klemme- Intern Nummer Størrelse Ekstern ET200M : L+ 1 2,5 P1 : X1 : 31 SM331 : 1 L+ 2 2,5 X7 : 6 SM332 : 1 L+ 3 2,5 X7 : 1 SM321 : 1 L+ 4 2,5 Asi6: Auxpower SM322 : 1 L+ 5 2,5 P1 : X1 : 35 DP Link : L+ 6 2,5 DP/PA Coupler : L+ 7 2,5 SM331 Hart : 1 L+ 8 2,5 K1 : ,5 Asi5 : Aux ,5 Asi4 : ,5 12 2,5 13 2,5 14 2,5 ET200M : M 15 2,5 P1 : X1 : 33 SM331 : 20 M 16 2,5 X7 : 8 SM332 : 20 M 17 2,5 X7 : 3 SM321 : 20 M 18 2,5 Asi6: Auxpower SM322 : 10 1M 19 2,5 LZY : 1 (blå) SM322 : 20 2M 20 2,5 FT : ma- DP Link : M 21 2,5 FT : ma- DP/PA Coupler : M 22 2,5 FT : 8 SM331 Hart : 20 M 23 2,5 K1 : A2 24 2,5 Asi5 : Aux ,5 Asi4 : ,5 Asi5 : I ,5 28 2,5 SM331 : ,5 FT : 7 SM331 : ,5 FT : ma+ SM331 : ,5 FT : ma+ SM331 : ,5 X7 : 7 SM331 : ,5 X7 : 2 SM332 : ,5 TCV : + SM332 : ,5 TCV : - SM332 : ,5 TCV : + SM332 : ,5 TCV : - SM321 : ,5 X7 : 4 SM321 : ,5 X7 : 5 SM321 : ,5 X7 : 9 SM321 : ,5 X7 : 10 SM331 Hart : ,5 PT : + SM331 Hart : ,5 PT : - SM331 Hart : ,5 PT : + SM331 Hart : ,5 PT : - K1 : ,5 LZY : 2 (Rød) ASi5 : IN1 47 2,5 P1 : X1 : 36 VBG-PB-K5-R4-DMD : Asi ,5 P1 : X1 : 27 VBG-PB-K5-R4-DMD : Asi ,5 P1 : X1 : 28

46 Vedlegg E: Arbeidsbeskrivelse for skilling av sterk- og svakstrøm Side 7 av 20 Interne koblinger Fra Til K1 : A1 ASi5 : IN1 VBG-PB-K5-R4-DMD : Asi-1 + ASi5 : Asi + VBG-PB-K5-R4-DMD : Asi-1 - ASi5 : Asi - ASi5 : Asi + ASi4 : Asi + ASi5 : Asi - Asi4 : Asi - SM331 Hart : 10 SM331 Hart : 11

47 Vedlegg E: Arbeidsbeskrivelse for skilling av sterk- og svakstrøm Side 8 av 20 IA Høgskolen i Telemark Postboks Porsgrunn HiT - IA Prosesskap etter skilling av sterk-/ svakstrøm Rigg for temperatur- og nivåregulering HiT - Prosesshallen EP / 1

48 IA Høgskolen i Telemark Postboks Porsgrunn Vedlegg E: Arbeidsbeskrivelse for skilling av sterk- og svakstrøm Side 9 av 20 HiT - IA SM 331 Modul 5 Rigg for temperatur- og nivåregulering HiT - Prosesshallen LF / 1

49 IA Høgskolen i Telemark Postboks Porsgrunn Vedlegg E: Arbeidsbeskrivelse for skilling av sterk- og svakstrøm Side 10 av 20 HiT - IA SM332 Modul 6 Rigg for temperatur- og nivåregulering HiT - Prosesshallen LF / 1

50 IA Høgskolen i Telemark Postboks Porsgrunn Vedlegg E: Arbeidsbeskrivelse for skilling av sterk- og svakstrøm Side 11 av 20 HiT - IA SM321 Modul 7 Rigg for temperatur- og nivåregulering HiT - Prosesshallen LF / 1

51 IA Høgskolen i Telemark Postboks Porsgrunn Vedlegg E: Arbeidsbeskrivelse for skilling av sterk- og svakstrøm Side 12 av 20 HiT - IA SM322 Modul 8 Rigg for temperatur- og nivåregulering HiT - Prosesshallen LF / 1

52 IA Høgskolen i Telemark Postboks Porsgrunn Vedlegg E: Arbeidsbeskrivelse for skilling av sterk- og svakstrøm Side 13 av 20 HiT - IA SM331 Hart Modul 9 Rigg for temperatur- og nivåregulering HiT - Prosesshallen LF / 1

53 IA Høgskolen i Telemark Postboks Porsgrunn Vedlegg E: Arbeidsbeskrivelse for skilling av sterk- og svakstrøm Side 14 av 20 HiT - IA ET200M Link Rigg for temperatur- og nivåregulering HiT - Prosesshallen LF / 1

54 IA Høgskolen i Telemark Postboks Porsgrunn Vedlegg E: Arbeidsbeskrivelse for skilling av sterk- og svakstrøm Side 15 av 20 HiT - IA DP Link Rigg for temperatur- og nivåregulering HiT - Prosesshallen LF / 1

55 IA Høgskolen i Telemark Postboks Porsgrunn Vedlegg E: Arbeidsbeskrivelse for skilling av sterk- og svakstrøm Side 16 av 20 HiT - IA DP/PA Coupler Rigg for temperatur- og nivåregulering HiT - Prosesshallen LF / 1

56 Vedlegg E: Arbeidsbeskrivelse for skilling av sterk- og svakstrøm Side 17 av 20 IA Høgskolen i Telemark Postboks Porsgrunn HiT - IA Asi koblingsskjema med nivåvakt LZE Rigg for temperatur- og nivåregulering HiT - Prosesshallen LF / 1

57 IA Høgskolen i Telemark Postboks Porsgrunn Vedlegg E: Arbeidsbeskrivelse for skilling av sterk- og svakstrøm Side 18 av 20 HiT - IA Rigg for temperatur- og nivåregulering HiT - Prosesshallen 1 / 1

58 IA Høgskolen i Telemark Postboks Porsgrunn Vedlegg E: Arbeidsbeskrivelse for skilling av sterk- og svakstrøm Side 19 av 20 HiT - IA Rigg for temperatur- og nivåregulering HiT - Prosesshallen 1 / 1

59 IA Høgskolen i Telemark Postboks Porsgrunn Vedlegg E: Arbeidsbeskrivelse for skilling av sterk- og svakstrøm Side 20 av 20 HiT - IA Rigg for temperatur- og nivåregulering HiT - Prosesshallen 1 / 1

60 Vedlegg F: Dimensjonering av kabler og vern Side 1 av 2 Dimensjonering av kabel og vern I arbeidet med dimensjonering av kabel og vern er det lagt til grunn to normer: NEK 400: NEK 400: sier følgende: Bryterkarakteristikken til vern som skal beskytte en leder mot overbelastning skal tilfredsstille følgende to krav: [10] 1) Ib In Iz 2) I 2 1,45 Iz I dette tilfellet brukes kun automatsikringer med B-karakteristikk og krav 2 faller derfor bort på grunn av I 2 = 1,45 * In [11]. Det fører til at kravet blir In Iz, noe som allerede er oppfylt i krav sier følgende: Vernets nominelle (eller innstilte) utløserstrøm skal velges i samsvar med NEK , avsnitt 433.1, og når vernet beskytter et PVC-isolert ledningssystem med ledertverrsnitt mindre eller likt med 4 mm 2, skal vernets merkestrøm være: 10 A eller mindre når ledningssystemets ledertverrsnitt er 1,5 mm 2 forlagt i samsvar med referanseinstallasjonsmetode A1 eller A2 gitt i NEK , tabell 52A-1; 13 A eller mindre når ledningssystemets ledertverrsnitt er 1,5 mm 2 forlagt i samsvar med referanseinstallasjonsmetode forskjellig fra A1 eller A2 gitt i NEK , tabell 52A-1; 16 A eller mindre når ledningssystemets ledertverrsnitt er 2,5mm 2 20 A eller mindre når ledningssystemets ledertverrsnitt er 4 mm 2 forlagt i samsvar med referanseinstallasjonsmetode A1 eller A2 gitt i NEK , tabell 52A-1; 25 A eller mindre når ledningssystemets ledertverrsnitt er 4 mm 2 forlagt i samsvar med referanseinstallasjonsmetode forskjellig fra A1 eller A2 gitt i NEK , tabell 52A-1; [12] Røreverk: Ib = 0,47A In = 10A Forlegningsmåte: B1 Tabell 52A 4 Kol 4 [13] gir en strømføringsevne for en kabel med tverrsnitt på 1,5mm 2 på 15,5A. Vi trenger ikke ta hensyn til gruppereduksjonsfaktor her, da kablene ikke fører mer enn 30 % av kabelens strømføringsevne [14] Ib In Iz 0, ,5 Forlegningsmåte B1 gjør at man maksimalt kan ha en sikring på 13 A, noe som her er oppfylt.

61 Vedlegg F: Dimensjonering av kabler og vern Side 2 av 2 Pumpe: Ib = 0,59A In = 10A Forlegningsmåte: B1 Tabell 52A 4 Kol 4 [13] gir en strømføringsevne for en kabel med tverrsnitt på 1,5mm 2 på 15,5A. Vi trenger ikke ta hensyn til gruppereduksjonsfaktor her, da kablene ikke fører mer enn 30 % av kabelens strømføringsevne [14] Ib In Iz 0, ,5 Forlegningsmåte B1 gjør at man maksimalt kan ha en sikring på 13 A, noe som her er oppfylt. Hovedsikring: Belastningsstrømmen på denne kursen vil ikke bli stor. Det er ikke så mye på denne riggen som trekker så mye strøm. Pumpen og røreverket vil til sammen trekke 0,59 + 0,47 = 1,06A belastningsstrømmen vil dermed maksimalt være 1,06A + 10A = 11,06A. Forlegningsmåte B1, Tabell 52A 4 Kol 4 [13] gir oss da en strømføringsevne på 28A for en kabel med tverrsnitt på 4 mm 2 Ib In Iz 11, Forlegningsmåte B1 gjør at man maksimalt kan ha en sikring på 25 A, noe som her er oppfylt.

62 Vedlegg G: Materiell til skilling av sterk- og svakstrøm Side 1 av 1 Materiell til skilling av sterk- og svakstrøm Enhetspris Totalpris El. Nummer Produkt beskrivelse Antall Eks. mva Eks. mva Apparatskap i stål fra Rittal (600x760x350) , , Carlo Gavazzi SPD 24V 5A strømforsyning 1 347,00 347, Weidmüller WDU 2,5 Grå 72 8,70 626,40 * Weidmüller WDU 2,5 Blå 7 12,25 85,75 * Weidmüller WPE 2,5 Jordingsklemme 14 39,50 553,00 * Weidmüller WDU 4 Grå 3 12,25 36,75 * Weidmüller WDU 4 Blå 1 14,75 14,75 * Weidmüller WPE 4 Jordingsklemme 3 41,00 123,00 * Weidmüller WTR 2,5 Måle/Prøveklemme 10 41,50 415,00 * Lasker til rekkeklemmer WQV 2,5/ ,00 315,00 * Endeplate WAP 2, ,00 96,00 * RK 0,75 hvit 20 7,20 144,00 * RK 1,5 sort 5 11,25 56,25 * RK 1,5 brun 3 11,25 33,75 * RK 1,5 grå 3 11,25 33,75 * RK 1,5 blå 3 11,25 33,75 * RK 1,5 gul/grønn 2 11,25 22,50 * RK 4 sort 1 32,50 32,50 * RK 4 brun 1 33,50 33,50 * RK 4 grå 1 32,50 32,50 * RK 4 blå 1 32,50 32,50 * Slisset ledningskanal 49x49mm m/lokk 5 75,00 375,00 * Ølflex kabel 4G1,5 3 25,00 75,00 * Endehylser 0, ,91 91,00 * Endehylser 1,5 50 0,91 45,50 * Endehylser ,60 32,00 * Skrue selvborrende 4,2x13mm PH2 60 2,90 174,00 * Sum kostnader eks. mva: Sum kostnader inkl. mva: kr 5 254,15 kr 6 567,69 Alle priser er hentet fra katalog til elektrogrosist * Det er ikke tatt hensyn til HiT sine rabatter Partex merkesystem er ikke tatt med

63 Vedlegg H: Dimensjonering av overløpsrør Side 1 av 3 DIMENSJONERING AV OVERLØPSRØR Data for innstrømning til tanken er hentet fra[7]. Kaldt vann : 0,106 dm 3 s Varmt vann : 0,238 dm 3 /s Qinn = 0,344 dm 3 /s Gruppen har kontrollert disse verdiene ved å åpne ventilen til 100% og måle tiden det tok å fylle 10 dm 3. Kaldt vann : 0,161 dm 3 /s Varmt vann : 0,236 dm 3 /s Totalt (Qinn): 0,397 dm 3 /s Det kan ses at måleresultatene er tilnærmet like. Det velges å bruke de gamle resultatene, siden de nye målingene er tatt når anlegget ikke er helt komplett. Tabell 1 viser verdiene som brukes til utregning. Tabell 1 Benevnelser og verder brukt i beregninger Benevnelse Verdi Forklaring Qinn 3, m 3 /s Innstrømning til tanken Qut 3, m 3 /s Overløpsrørets kapasitet, skal minimum være det samme som Qinn l 6,0 m Lengde fra tank til utløp h 0,97 m Høyde fra overløpsrør til utløp g 9,81 Tyngdens akselerasjon ε 1, ruhet, hentet fra [15] stålrør 4, kobberrør 1, plastrør 3, ρ 988 Tetthet på vann ved 20 C [15] μ 10 3 Viskositet[15] Det er valg en innvendig diameter på 30 mm. For så å teste hvor stort tap det vil være i overløpsrøret. Formler er hentet fra Applied Fluid Mechanics[15] og gruppen har fått Moody diagram av Knut Vågsæther[16] ved HiT. Utregningene er utført i Maple 13. >

64 Vedlegg H: Dimensjonering av overløpsrør Side 2 av 3 Bruker Moody diagram for å finne f: >

65 Vedlegg H: Dimensjonering av overløpsrør Side 3 av 3 Tapskoeffisient for rørbend på 90 regnes for å være 0,9 [17]. Regner dermed ut tapet i de to bendene: > Det totale tapet h blir da: > Hvis det brukes et kobberrør med innvendig diameter 30mm vil det totale tapet bli 9,2 cm. Kanten på tanken er 12cm over senter av røret. Gruppen har sammen med lektor Knut Vågsæther ved HiT [16] kommet frem til at dette vil være tilfredsstillende.

66 Vedlegg I: Tankalternativ 1 Side 1 av 1 IA Høgskolen i Telemark Postboks Porsgrunn HiT - IA Ny vanntank Alternativ 1 Rigg for temperatur- og nivåregulering HiT - Prosesshallen VK / 1

67 Vedlegg J: Tankalternativ 2 Side 1 av 1 IA Høgskolen i Telemark Postboks Porsgrunn HiT - IA Ny vanntank Alternativ 2 Rigg for temperatur- og nivåregulering HiT - Prosesshallen VK : 5 1 / 1

68 Vedlegg K: Pumpealternativ 1 Side 1 av 1 IA Høgskolen i Telemark Postboks Porsgrunn HiT - IA Plassering av pumpe Alternativ 1 Rigg for temperatur- og nivåregulering HiT - Prosesshallen SOM / 1

69 Vedlegg L: Pumpealternativ 2 Side 1 av 1 IA Høgskolen i Telemark Postboks Porsgrunn HiT - IA Plasering av pumpe Alternativ 2 Rigg for temperatur- og nivåregulering HiT - Prosesshallen SOM / 1

70 Vedlegg M: Pumpealternativ 3 Side 1 av 1 IA Høgskolen i Telemark Postboks Porsgrunn HiT - IA Plasering av pumpe Alternativ 3 Rigg for temperatur- og nivåregulering HiT - Prosesshallen SOM / 1

71 Vedlegg N: Arrangementstegninger for ferdig anlegg Side 1 av 1 IA Høgskolen i Telemark Postboks Porsgrunn HiT - IA Arangement tegning Rigg for temperatur- og nivåregulering HiT - Prosesshallen SOM / 1

72 Vedlegg O: Møtereferat formelt møte nr. 3 Side 1 av 2 Høgskolen i Telemark Avdeling for teknologiske fag Gruppe IA5-1-09, Videreutvikling av PCS-7 rigg Porsgrunn, Til: Morten Pedersen, Kjell Bunes, Lars Fjelltveit, Vidar Kjeldsen, Oddgeir J. Kolseth, Stein Olav Myra, Espen Pettersen REFERAT FRA PROSJEKTMØTE NR 3 Tilstede: Morten Pedersen, Lars Fjelltveit, Vidar Kjeldsen, Oddgeir J. Kolseth, Stein Olav Myra, Espen Pettersen Forfall: Kjell Bunes Møtets varighet: kl Sak 13/09 Godkjenningssaker 1. Godkjenning av møtereferat Sak 10/09 på forrige møte er feil formulert: Det ble ikke gjort et vedtak på at det skulle skrives en generell alarmfilosofi i 5. Semester og en ferdig alarmfilosofi i 6.semester, dette ble bare foreslått som en mulig løsning. 2. Godkjenning av møteinnkalling I sak 16/09 er det en skrivefeil, semster skulle vært semester. Ellers ingen bemerkninger 3. Godkjenning av saksliste Ingen bemerkninger. 4. Eventuelt Det er et ønske om å forandre formuleringer på punkt 17 i fremdriftsplanen. Sak 14/09 Referatsaker 1. Statusrapport Gruppen ligger noe etter framdriftsplanen. - Ligger noe bak i PCS 7 kurs på grunn av bedriftsbesøk de to siste torsdagene - HMI og alarmfilosofi var avhengig av bedriftsbesøkene, og gruppen ligger fortsatt noe bak på disse punktene - Planlegging av anleggsdeler, rapport, HART kommunikasjon og simuleringsstrategier er i henhold til fremdriftsplan Sak 15/09 Sak 16/09 Sak 17/09 Sak 18/09 Sak 19/09 Løsning på reguleringsstrategi To forslag for reguleringsstrategier ble lagt frem. Det ble også påpekt at dagens løsning er dårlig siden anlegget stopper når temperaturen har nådd settpunkt. Ulempen med forslaget i figur 2 (vedlegg B møteinnkalling) er at denne vil kunne få store avvik ved settpunktsendringer i tempratur. Figur 3(vedlegg B møteinnkalling) er enda ikke simulert, det antas at denne vil ha mindre avvik og være noe tregere på settpuntsendringer. Veileder foreslår at gruppen går for begge reguleringsstrategiene og at dette kan velges i WinCC runtime. Dette ble vedtatt 4 stemmer mot 1 stemme. Flytting av alarmfilosofi til 6.semester Forslag om flytting av alarmfilosofien ble lagt frem. Dette ble vedtatt å flytte denne til 6.semester. Skilling av sterk/svak-strøm Forslaget om skilling av sterk/svak-strøm ble lagt frem. Det er behov for et skap og en strømforsyning for å gjennomføre planen for skilling av sterk/svak- strøm. Veileder kommenterte at DP/PA bør deles på tegningen (vedlegg E møteinnkalling), siden dette er to enheter. Forslaget om skilling av sterk/svak- strøm ble vedtatt, og gruppen kan bestille inn utstyr gjennom Eivind Fjelddalen. Alt materiell som skal brukes i ombyggingen skal gruppen skaffe gjennom Eivind Fjelddalen. Design av ny tank og overspillsvann Forslagene til ny tank og overspillvannet ble lagt frem. Tank alternativ 1 (vedlegg G møteinnkalling) ble enstemmig vedtatt, sammen med forslaget om overløpsrør. Gruppen kan bestille inn utstyr gjennom Eivind Fjelddalen. Flytting av pumpe De tre pumpealternativene ble lagt frem. Gruppens anbefaling (alternativ 1, vedlegg I møteinnkalling)) ble enstemmig vedtatt.

73 Vedlegg O: Møtereferat formelt møte nr. 3 Side 2 av 2 Sak 20/09 Valg av møteleder og referent til neste møte Forslag: Vidar Kjeldsen som møteleder og Stein Olav Myra som møtereferent. Ingen innvendinger på forslaget. Vidar Kjeldsen fungerer som gruppeleder fram til neste møte og sørger for at sakene som ble vedtatt i dette møtet blir gjennomført. Vidar Kjeldsen skal også forberede, sende ut sakspapirer til og lede neste møte. Stein Olav Myra er møtereferent på neste møte. Sak 21/09 Eventuelt Gruppen ønsker å omformulere punkt 17 i fremdriftsplanen siden det er uklart hva som egentlig menes i dette punktet. Det kom forslag om å slå punkt 17 og 18 sammen og omformulere dette punktet. Gruppen tenker å forandre utbedring av lekkasjer til design av tank med løsning for overløp. Dette ble vedtatt. Vidar Kjeldsen Møtereferent

74 Vedlegg P: Dynamisk modellering av prosessanlegget med verifisering Side 1 av 4 Dynamisk modellering av prosessanlegget med verifisering I dette dokumentet er det brukt benevnelsene som vist i Tabell 1. Tabell 1 Benevnelser brukt i beregninger Benevnelse Forklaring h Høyde i tank [dm] r Radius i tank [dm] m Masse [kg] V Masse volum i tank [dm 3 ] w Massestrømning [kg/s] ρ Massetetthet q Strømning [dm 3 /s] c Spesifikk varmekapasitet [J/(kg K)] T Temperatur [K] Q Effekt [J/s] E Energi [J] v Som indeks, varmt vann k Som indeks, kaldt vann ut Som indeks, vann ut Nivåmodellering Modellering av nivået baserer seg på massebalanse i tanken [8]. Endringen av høyden i tanken er avhengig av innstrømningen av kaldt vann (q k ), varmt vann (q v ) og utstrømning av vann (q ut ). Først settes det opp ligninger for volumendring i tanken (1) og volumendring i tanken på grunn av strømningene (2). V = π r 2 h (1) V = q k + q v q ut (2) For å finne høydeendringen i tanken, settes (1) lik (2) og løser ut h som vist i (3). h = 1 π r 2 (q k + q v q ut ) (3)

75 Vedlegg P: Dynamisk modellering av prosessanlegget med verifisering Side 2 av 4 Det settes opp ett blokkskjema som vist på Figur 1, og kan settes direkte inn i LabVIEW for simulering. Tappet vann [dm 3 /s] q ut π*r 2 Kaldt vann [dm 3 /s] q k x = h [dm 3 /s] 1 S h [dm] Varmt vann [dm 3 /s] q v Figur 1 Blokkskjema for nivåmodell Temperaturmodellering Modellering av nivået baserer seg på energibalansen i tanken [8]. Absolutt nullpunkt(-273 ºC eller 0 K) er brukt som referanse til temperaturen. Så temperaturforskjellen fra referansen vil være modellens energi. Ligningene (4), (5) og (6) viser effekten i varmtvannet, kaldtvannet og i vannet som tappes fra tanken. Q v = c w v T v = c ρ q v T v (4) Q k = c w k T k = c ρ q k T k (5) Q ut = c w ut T = c ρ q ut T (6) Energien (7) og energibalansen (8) i tanken er. E = c ρ V T de dt = Q v + Q k Q ut (7) (8) Så settes (4), (5), (6) og (7) inn i (8), og ser at c og ρ er felles faktor på begge sider og kan derfor forkortes. Ut ifra dette får vi formel som beskrevet i (9). V og T er begge funksjoner av tiden, og deriveres med produktregelen som vist i (10). d V T dt = q v T v + q k T k q ut T V T + V T = q t T t + q k T k q ut T (10) (9)

76 Vedlegg P: Dynamisk modellering av prosessanlegget med verifisering Side 3 av 4 Ligning (10) inneholder massevolumet og volumendringen i tanken. Volumendringen er beskrevet i (1) og volumet i (11). Når begge disse formlene settes inn i (10) og løser ut temperaturendringen, får vi ligningen som beskrevet i (12). V = π r 2 h T = 1 π r 2 h q v T v + q k T k T q ut + π r 2 h (12) Siden likningen inneholder variabler som beregnes av nivåmodellen, kan blokkskjemaet for nivåmodellen settes sammen med temperaturmodellen. Blokkskjemaet som brukes i LabView for både nivå og temperatur, er vist i Figur 1. (11) Temp. varmt vann [K] x x = Temp. kaldt vann [K] x x = x = T [K] 1 S T [K] + + x x = π*r 2 = x x Tappet vann [dm 3 /s] q ut Kaldt vann [dm 3 /s] q k x = h [dm 3 /s] 1 S h [dm] Varmt vann [dm 3 /s] q v Figur 2 Blokkskjema for temperatur og nivåmodellering

77 Vedlegg P: Dynamisk modellering av prosessanlegget med verifisering Side 4 av 4 Verifisering av nivåmodell Verifisering av nivåmodellen er gjort ved å beregne forventet nivå og sammenligne disser resultatene med simulert nivå. Radiusen til tanken er satt til 0,945 dm, nivået i tanken er satt til 5 dm, og hvert av inn- og utløpene kjøres individuelt i 5 sekunder med 1 liter per sekund. Resultatene vises i Tabell 2. Tabell 2 Testresultater nivåsimulering Startnivå Beregnet nivå Simulert nivå Kaldt vann inn 5 dm 6,76 dm 6,78 dm Varmt vann inn 5 dm 6,76 dm 6,78 dm Buffer vann ut 5 dm 3,24 dm 3,22 dm Verifisering av temperaturmodell Verifisering av temperaturmodellen er gjort ved å beregne forventet temperatur og sammenligne disser resultatene med simulerte verdier. Nivået i tanken er satt til 5 dm, og hvert av inn- og utløpene kjøres individuelt i 5 sekunder med 1 dm 3 /s. Starttemperaturen i tanken settes til 20 ºC, kaldtvannet til 10 ºC og varmtvannet til 70 ºC. Tabell 3 viser resultatene fra beregning og simulering av temperaturene. Tabell 3 Testresultater temperatursimulering Starttemperatur Beregnet temperatur Simulert temperatur Kaldt vann inn 20 ºC ºC 17,41 ºC Varmt vann inn 20 ºC 33,14 ºC 32,94 ºC Buffer vann ut 20 ºC 20, 00 ºC 20,00 ºC Konklusjon Vi ser at det er noe avvik mellom beregnet og simulerte verdier, men dette kan skyldes at det er brukt en approksimert integreringsmetode i simulatoren. Det konkluderes med at simulatoren fungerer tilfredsstillende.

78 Vedlegg Q: Innstilling av regulatorer og simulering av reguleringsstrategier Side 1 av 15 Innstilling av regulatorer og simulering av reguleringsstrategiene Reguleringsalternativ 1 Enkeltsløyferegulering Før reguleringssløyfene simuleres, beregnes PID-parametene med skogestads metode [9]. Strømningsregulator (FC) I (1) er det vist transferfunksjonen til pumpen og hvilken transferfunksjon som brukes i til beregning av K p og T i. K Ts + 1 e τs = Regulatorparameterne blir da. K p = T K 2 τ = 1 1, 5s + 1 e 0,5s (1) 1, , 5 = 1, 5 (2) T i = min T, k 1 2 τ = min 1, 5, 4 = 1, 5 sekunder (3) Nivåregulator (LC) Siden regulatoren får inn prosessverdien y(s) i prosent, og sender ut pådrag til prosessen u(s) i prosent, må h(s) og q(s) regnes om med konstantene k 2 = 23,89 og k 3 = 621,12. Formlene i (4) og (5) viser forholdene. y s = h s k 1 h s = y s (4) u s = q k s k 2 q k s = 1 k 2 u s (5) Transferfunksjonsmodellen til nivået finnes ved å laplace transformere differensialligningen for nivået, så settes (4) og (5) inn, og får da transferfunksjonen som vist i (6). 1 k 2 y s = 2 1 π r 1 u s e 0,5s (6) s k 3 Når det nå ryddes opp og setter forholdet mellom y(s) og u(s), blir det som vist i (7). y s u s = k π r k 3 s e 0,5s = K s e τs (7)

79 Vedlegg Q: Innstilling av regulatorer og simulering av reguleringsstrategier Side 2 av 15 T C er en faktor som brukes i beregninger ved bruk av Skogestads metode. For denne prosessdynamikken, er T C satt til 5,71. Regulatorparameterne blir da: K p = 1 K τ T C = 1 0, , 35 0, 5 5, 71 = 25, 99 (8) T i = k 1 τ T C = 4 0, 5 5, 71 = 11, 42 sekunder (9) Temperaturregulator (TC) Transferfunksjonen for temperaturen er komplisert å bruke, derfor forenkles den til kjøring når prosessen er stabil. Dette betyr at alle prosessverdiene er lik referanseverdiene (nivå og strømninger). Først settes det opp transferfunksjonen der h, q v, q k og q ut regnes som konstanter og får ligningen (10). st s = 1 A h q v T v s + 1 A h q k T k s 1 A h q ut T s 1 A h V T s (10) Volumendringen er 0 ved konstant h, og velger kun å se på forholdet mellom varmtvannet og temperaturen i tanken. Da settes q k = 0 dm 3 /s, q v = 0,11 dm 3 /s og q ut = 0,11 dm 3 /s, tidsforsinkelsen lik 0,5 s og setter disse inn i (10) og får forholdet mellom T(s) og T v (s) i (11). T s T v s = q v q ut A h s + 1 q ut e 0,5s = K T s + 1 e τs (11) For å få best mulig regulering, må h settes lik den normale referanseverdien. Vi setter h = 3 dm (50 % tanknivå). K p og T i blir da som vist i (12) og (13). K p = T K τ T C = 2, , , 5 5, 71 = 26, 84 (12) T i = min T, k 1 τ T C = min 76, 6, 11, 42 = 4 sekunder (13) Tabell 1 under viser oversikt over alle regulatorparameterne til reguleringsalternativ 1. Dette gir mer stabil regulering over 40 ºC, men mindre stabilt under 40 ºC. Tabell 1 Oversikt regulatorparametre for alternativ 1 Regulator Kp Ti Td FC 1,50 1,50 s 0 TC 26,84 11,42 s 0 LC 25,99 11,42 s 0

80 Vedlegg Q: Innstilling av regulatorer og simulering av reguleringsstrategier Side 3 av 15 Simulering av reguleringsalternativ 1 Først tester vi både økende og minkende sprang i referanseverdien for strømningen ut av tanken. Nivået i tanken er satt til 50 % og temperaturen til 40 C, sprangene var fra 10 % til 20 % og tilbake. Figur 1 og Figur 2 viser at temperaturen og nivået vil avvike fra referanseverdien, men i en ubetydelig størrelse. Figur 1 Simulering reguleringsalternativ 1 med økende sprang i referanseverdien på utstrømning

81 Vedlegg Q: Innstilling av regulatorer og simulering av reguleringsstrategier Side 4 av 15 Figur 2 Simulering reguleringsalternativ 1 med minkende sprang i referanseverdien på utstrømning

82 Vedlegg Q: Innstilling av regulatorer og simulering av reguleringsstrategier Side 5 av 15 Deretter ble det testet økende og minkende sprang i referanseverdien for nivået. Temperaturen er satt til 40 C, utstrømningen til 10 %. Resultatet viser at økende sprang i nivået fra 50 % til 70 %, se Figur 3, gir ett jevnt økende nivå med ingen oversving eller undersving, stabil temperatur. Pådragssignalet for ventilene til varmtvann og kaldtvann regulerer seg rolig inn. Ved minkende sprang, se Figur 4, er det samme resultatet. Figur 3 Simulering reguleringsalternativ 1 med økende sprang i referanseverdien på nivå

83 Vedlegg Q: Innstilling av regulatorer og simulering av reguleringsstrategier Side 6 av 15 Figur 4 Simulering reguleringsalternativ 1 med minkende sprang i referanseverdien på nivå

84 Vedlegg Q: Innstilling av regulatorer og simulering av reguleringsstrategier Side 7 av 15 Til slutt ble det testet økende og minkende sprang i referanseverdien for temperaturen i tanken. Nivået er satt til 50 % og utstrømningen til 10 %. Spranget er først fra 25 C til 35 C, se Figur 5. Temperaturen regulerer seg bra inn, men nivået fikk ett avvik på ca 8 %, det tok cirka 45 sekunder før nivået var på riktig igjen. Ved minking i referanseverdien til 25 C, se Figur 6, var alle prosessverdier stabile, og temperaturen regulerte seg rolig inn. Figur 5 Simulering reguleringsalternativ 1 med økende sprang i referanseverdien på temperatur

85 Vedlegg Q: Innstilling av regulatorer og simulering av reguleringsstrategier Side 8 av 15 Figur 6 Simulering reguleringsalternativ 1 med minkende sprang i referanseverdien på temperatur Hadde simuleringen av temperaturen foregått over 40 C, ville reguleringen blitt verre enn resultatene over. Under 40 C er dette en reguleringsstrategi som vil fungere tilfredsstillende. Om referanseverdien normalt er over 40 C, bør TC styre kaldtvannet og LC styre varmtvannet.

86 Vedlegg Q: Innstilling av regulatorer og simulering av reguleringsstrategier Side 9 av 15 Reguleringsalternativ 2 - Forholdsregulering Strømningsregulator (FC) Siden transferfunksjonen til pumpa er den samme som i reguleringsalternativ 1, kan vi bruke samme K p og T i som i (2) og (3). K p = 1,5 og T i = 1,5 s. Nivåregulator (LC) Nivåregulatoren styrer nå begge ventilene, men siden den styrer begge ventilene likt, kan innstrømningen fra disse ses på som en innstrømning og får samme transferfunksjon som i reguleringsalternativ 1, men med konstant k 4 = 251,89 og setter den inn for k 3 som vist i (14). y s u s = k π r k 4 s e 0,5s = K s e τs (14) Regulatorparameterne blir da: K p = 1 K τ T C = 1 0, 95 0, 35 0, 5 5, 71 = 10, 53 (15) T i = k 1 τ T C = 4 0, 5 5, 71 = 11, 42 sekunder (16) Temperaturregulator (TC) På grunn av en veldig kompleks transferfunksjon, velges det å bruke regulatorparameterne fra alternativ 1. Disse er testet i LabView, og fungerer tilfredsstillende Tabell 2 Oversikt regulatorparametre for alternativ 2 Regulator Kp Ti Td FC 1,50 1,50 s 0 TC 26,84 11,42 s 0 LC 10,53 11,42 s 0

87 Vedlegg Q: Innstilling av regulatorer og simulering av reguleringsstrategier Side 10 av 15 Simulering av reguleringsalternativ 2 Først tester vi både økende og minkende sprang i referanseverdien for strømningen ut av tanken. Nivået i tanken er satt til 50 % og temperaturen til 40 C, sprangene var fra 10 % til 20 % og tilbake. Figur 7 og Figur 8 viser at ventilene regulerer seg mye mykere inn i forhold til alternativ 1. Figur 7 Simulering reguleringsalternativ 2 med økende sprang i referanseverdien på utstrømning

88 Vedlegg Q: Innstilling av regulatorer og simulering av reguleringsstrategier Side 11 av 15 Figur 8 Simulering reguleringsalternativ 2 med minkende sprang i referanseverdien på utstrømning

89 Vedlegg Q: Innstilling av regulatorer og simulering av reguleringsstrategier Side 12 av 15 Deretter ble det testet økende og minkende sprang i referanseverdien for nivået. Temperaturen er satt til 40 C, utstrømningen til 10 %. Resultatet viser at økende sprang i nivået fra 50 % til 70 %, se Figur 9, gir ett jevnt økende nivå med ingen oversving, og med stabil temperatur. Pådragssignalet for ventilene til varmtvann og kaldtvann regulerer seg jevnt inn uten at temperaturen får noe avvik. Ved minkende sprang, se Figur 10, er det samme resultatet. Figur 9 Simulering reguleringsalternativ 2 med økende sprang i referanseverdien på nivå

90 Vedlegg Q: Innstilling av regulatorer og simulering av reguleringsstrategier Side 13 av 15 Figur 10 Simulering reguleringsalternativ 2 med minkende sprang i referanseverdien på nivå

91 Vedlegg Q: Innstilling av regulatorer og simulering av reguleringsstrategier Side 14 av 15 Til slutt ble det testet økende og minkende sprang i referanseverdien for temperaturen i tanken. Nivået er satt til 50 % og utstrømningen til 10 %. Spranget er først fra 25 C til 35 C, se Figur 11. Temperaturen regulerer seg bra inn, men nivået fikk ca. 5 % avvik. Dette er både mindre avvik og raskere korrigering av avviket enn alternativ 1. Ved minking i referanseverdien til 25 C, se Figur 12, oppstod det og et avvik på ca. 8 % i nivået. Temperaturen nærmet seg referanseverdien kjappere enn alternativ 1, men fikk et undersving på ca. 2 C. Dette er den eneste referanseverdiendringen som hadde dårligere resultat enn alternativ 1. Figur 11 Simulering reguleringsalternativ 2 med økende sprang i referanseverdien på temperatur

92 Vedlegg Q: Innstilling av regulatorer og simulering av reguleringsstrategier Side 15 av 15 Figur 12 Simulering reguleringsalternativ 2 med minkende sprang i referanseverdien på temperatur

93 Vedlegg R: E-post til bedrifter Side 1 av 2 Høgskolen i Telemark Avdeling for teknologiske fag Prosjektgruppe IA5-1-09, Lars Fjelltveit , @student.hit.no Firma Avdeling Adresse Postnummer og sted 28 september 2009 SPØRSMÅL I FORBINDELSE MED UTFORMING AV HMI Vi er en prosjektgruppe som går 3.året på elektroingeniør ved Høgskolen i Telemark. Som en del av vårt bachelorprosjekt har vi fått i oppgave å lage et standarddokument for utforming av HMI. Vi vet dette kan gjøres på mange forskjellige måter avhengig av firma og hva slags prosses som skal styres. Derfor ønsker vi å få litt innblikk i hvordan dere tenker i forhold til HMI. Vi har derfor noen spørsmål som vi håper dere tar dere tid til å svare på. 1. Har deres firma et standarddokument for utforming av HMI? Har dere utformet dette selv? Bygger denne eventuelt på en standard? 2. Hvilke tanker har dere rundt følgende punkter i forhold til fargebruk? Bakgrunnsfarge Advarsel, alarm og kritisk alarm Automatisk drift, manuell drift, forriglet drift, feil Knapper, symboler Utstyr som står stille eller er i bevegelse Totalt antall farger Andre farger som har en spesiell betydning? 3. Hvilke symboler bruker dere? Symboler som følger en ISO standard Animerte symboler Avdeling for teknologiske fag Prosjektgruppe IA5-1-09, Lars Fjelltveit , @student.hit.no

94 Vedlegg R: E-post til bedrifter Side 2 av 2 Høgskolen i Telemark Avdeling for teknologiske fag Prosjektgruppe IA5-1-09, Lars Fjelltveit , @student.hit.no 4. Hvordan presenteres tekst i skjermbildet? Mouse over funksjoner Font type, størrelse og farge Adressering på hvert symbol 5. Hvordan presenteres prosessparametere? I prosessbildet I trendplott I egne parameterbokser 6. Hva skjer ved alarm? Popup vindu med tekst eller bilde Lyd Blinkende elementer Alarmliste med prioritering og kategorisering Kvittering Hvis dere har et skjermbilde som illustrer noe av de elementene over er vi svær takknemlige for det. Svar sendes som e-post til: @student.hit.no Med vennlig hilsen Prosjektgruppen IA v/ Leder, Lars Fjelltveit Avdeling for teknologiske fag Prosjektgruppe IA5-1-09, Lars Fjelltveit , @student.hit.no

95 Vedlegg S: Svar e-post fra NorCon AS Side 1 av 2 1. Har deres firma et standarddokument for utforming av HMI? >Nei Har dere utformet dette selv? Bygger denne eventuelt på en standard? 2. Hvilke tanker har dere rundt følgende punkter i forhold til fargebruk? Bakgrunnsfarge >Varierer, mot offshore/marine kunder ofte sort bakgrunn. Industri grå bakgrunn Advarsel, alarm og kritisk alarm >Advarsel gul, alarmer rød. Automatisk drift, manuell drift, forriglet drift, feil >Ett tilleggssymbol som dukker opp ved symbolet Knapper, symboler >Grønn farge på startknapp for eksempel. Ellers dersom man har touch-skjerm så indikeres også på knappen når knappen blir trykket. Utstyr som står stille eller er i bevegelse Totalt antall farger Andre farger som har en spesiell betydning? 3. Hvilke symboler bruker dere? Symboler som følger en ISO standard >Varierer avhengig av kunde, i renseanlegg for eksempel brukes NORVAR symboler. Animerte symboler >Det meste animeres ved en fargeendring. Noen få symboler har animering av posisjon som roterer. Det hender også at man animerer større objekter, for eksempel. På kranstyringer for å vise posisjon på bom/knekkbom osv.

96 Vedlegg S: Svar e-post fra NorCon AS Side 2 av 2 4. Hvordan presenteres tekst i skjermbildet? Mouse over funksjoner >Vi benytter som oftest tagn nummer og objektbeskrivelse ved mouse over. Font type, størrelse og farge >Svært varierende da noen skjermer er store, andre er små. Tekst er enten sort mot grå bakgrunn eller hvit mot sort bakgrunn. Adressering på hvert symbol >Lager egne skript som adresserer alle elementer i hvert symbol, så vi trenger bare definere et objeknummer så genereres resten automatisk. 5. Hvordan presenteres prosessparametere? >Prosessparmetre blir stort sett presentert i egne parameter pop-up vinduer. I prosessbildet I trendplott I egne parameterbokser 6. Hva skjer ved alarm? >Objektet begynner å blinke, alarmlyd på, og det kommer en tekst i alarmlinjen nederst i bilde. Ved kvittering slutter symbol å blinke og lyd slår seg av. Popup vindu med tekst eller bilde Lyd Blinkende elementer Alarmliste med prioritering og kategorisering Kvittering Mvh Dagfinn Andersen Norcon Engineering AS

97 Vedlegg T: HMI standarddokument Side 1 av 13 Høgskolen i Telemark Avdeling for teknologiske fag Bachelorutdanningen HMI standarddokument Revisjonsnummer: 1 Siste revisjonsdato: 20. november Avdeling for teknologiske fag Adresse: Pb 203, 3901 Porsgrunn, telefon , Bachelorutdanning - Masterutdanning Ph.D. utdanning

98 Vedlegg T: HMI standarddokument Side 2 av 13 Høgskolen i Telemark Avdeling for teknologiske fag Bachelorutdanningen Innholdsfortegnelse INNHOLDSFORTEGNELSE Innholdsfortegnelse Forord Formål Brukergrensesnitt Generelt oppsett Tekst Bruk av farger og symboler Bakgrunn Rør Beholder Pådragsorgan Måleinstrumenter Tilbakemelding Trender Brukertilgang Alarmer Referanser

99 Vedlegg T: HMI standarddokument Side 3 av 13 Høgskolen i Telemark Avdeling for teknologiske fag Bachelorutdanningen Forord 1 FORORD Dette standarddokumentet er skrevet i bachelorstudiets 5. semester av prosjektgruppen IA5-1-09, bestående av fem studenter ved Høgskolen i Telemark. Alle studentene går Y-vei Informatikk og automatisering, hvorav én fordypning automatisering. Utformingen og innholdet av dokumentet er basert på kunnskap som gruppen har tilegnet seg gjennom studieperioden ved Høgskolen i Telemark. Gruppen har fått innspill til innhold og strukturering av dokumentet gjennom bedriftsbesøk hos Yara og REC Wafer. Det kan være til stor hjelp å bruke dette standarddokumentet som veileding i forbindelse med utvikling av brukergrensesnitt. For å ta hensyn til operatørens menneskelige begrensninger, må det utformes en egen alarmfilosofi for den prosessen det skal lages et brukergrensesnitt til. Det anbefales å bruke alarmstandarden YA-710. Det vil oppnås størst utbytte ved å bruke standarddokumentet og alarmfilosofien sammen. Dette dokumentet tar kun for seg utforming av brukergrensesnitt for industrielle prosessanlegg, men dette dokumentet kan brukes som grunnlag for design av andre typer anlegg. 3

100 Vedlegg T: HMI standarddokument Side 4 av 13 Høgskolen i Telemark Avdeling for teknologiske fag Bachelorutdanningen Formål 2 FORMÅL Formålet med standarddokumentet er å oppnå et standardisert design av HMI 1 ved Høgskolen i Telemark. Standarddokumentet skal bidra til å forenkle arbeidet for personell som utvikler HMI, slik at de menneskelige begrensningene blir tatt hensyn til. 1 HMI (Human Machine Interface), brukergrensesnitt mellom operatør og prosess i form av skjermbilde. 4

101 Vedlegg T: HMI standarddokument Side 5 av 13 Høgskolen i Telemark Avdeling for teknologiske fag Bachelorutdanningen Brukergrensesnitt 3 BRUKERGRENSESNITT Ved design av brukergrensesnitt, skal det tas hensyn til operatørens menneskelige begrensninger. Faktorer som bør tas hensyn til er fargeblindhet og hvor mye informasjon operatøren kan håndtere samtidig. Et godt brukergrensesnitt leder operatørens oppmerksomhet mot den viktige informasjonen, og hjelper operatøren å gjøre en rask og riktig handling. En operatør vil normalt først feste blikket i sentrum av skjermen, så vil blikket trekkes mot det som vekker operatørens oppmerksomhet [1]. Prosessbildene bør settes opp tilnærmet lik den fysiske prosess de skal representere. 3.1 GENERELT OPPSETT Prosessbildet skal plasseres i område 1 som vist på Figur 3-1. Navigering mellom prosessbilder bør legges inn enten i område 2 eller 3. Oversikt over alarmer og navigering til alarmlister skal være i område 2. Funksjoner som ikke er viktige i forhold til prosessen bør plasseres i område 4. Eksempel på slike funksjoner er klokke, brukertilgang osv. Figur 3-1 Plassering av navigering, alarmer og prosessdata i brukergrensesnitt 3.2 TEKST Det bør fastsettes størrelser på overskrifter og brødtekst, minste anbefalt skriftstørrelse er 16, og tekst med bare store bokstaver bør unngås. Det skal brukes fonten Arial, og tekst skal kun brukes der det er nødvendig [2]. 5

102 Vedlegg T: HMI standarddokument Side 6 av 13 Høgskolen i Telemark Avdeling for teknologiske fag Bachelorutdanningen Brukergrensesnitt 3.3 BRUK AV FARGER OG SYMBOLER Fargene som brukes i brukergrensesnittet må ikke ha for høy lysintensitet. Det må allikevel være tilfredsstillende kontrast mellom fargene, slik at de forskjellige elementene kan skilles fra hverandre. Dette vil resultere i et brukergrensesnitt som er behagelig å se på over tid. Kontrastfarger brukes for raskt å rette operatørens oppmerksomhet mot viktige hendelser [1]. Det skal ikke brukes mer enn syv farger når det designes brukergrensesnitt [3]. Symboler vil i stor grad bli basert på symbolbibliotekene for det programmet som brukes for å designe brukergrensesnittet. Det finnes ulike standarder og normer for ulike fagfelt blant annet i offshore relatert virksomhet brukes NORSOK-standarden [4] og for VAR(vann avløp renovasjon) relatert virksomhet brukes NORVAR-normen Bakgrunn Bakgrunnen i brukergrensesnittet skal være lysegrå Rør Fargen på rør bør være grå eller fargekodet i forhold til prosessmediet. Tabell 3-1 viser standardisert fargevalg som brukes i oljerelatert virksomhet. Hvis det ikke velges å følge noen standard, er det viktig å spesifisere fargens betydning og bruke denne konsekvent i brukergrensesnittet. Tabell 3-1 Fargekode for prosessmedier i henhold til NORSOK STANDARD I-002 Fargebruk prosessmedium Olje Gasser Vann Luft Brannslokking(vann, skum) Kjemikalier Farge Brun Gul Grønn Blå Orange Lilla 6

103 Vedlegg T: HMI standarddokument Side 7 av 13 Høgskolen i Telemark Avdeling for teknologiske fag Bachelorutdanningen Brukergrensesnitt Beholder Beholdere bør være grafisk tilnærmet lik den faktiske beholderen den skal representere. Det bør være en grafisk framstilling av nivået i form av visning på beholderen, der fyllnivået har samme fargekode som prosessmediet. Annen informasjon som bør være med er taggnummer og numerisk visning av nivå. Taggnummer skal plasseres over beholderen, og den numeriske visningen skal plasseres nede til høyre for beholderen som vist i Figur 3-2. Figur 3-2 Eksempel oppsett av beholder 7

104 Vedlegg T: HMI standarddokument Side 8 av 13 Høgskolen i Telemark Avdeling for teknologiske fag Bachelorutdanningen Brukergrensesnitt Pådragsorgan Når pådragsorganet 2 er aktivert, bør fyllfargen være den samme som prosessmediet. Når pådragsorganet er inaktiv bør den har samme fyllfarge som bakgrunnsfargen i brukergrensesnittet. Ved feil eller alarm på pådragsorganet skal dette vises i informasjonsboks over pådragsorganet. Figur 3-3 viser et eksempel på hvordan en ventil bør vises i brukergrensesnitt. Når det blir trykket på et pådragsorgan i prosessbildet, bør en informasjonsboks som inneholder relevant informasjon og parameterverdier komme til syne. Figur 3-3 Ventiler i forskjellige tilstander 2 Med pådragsorgan menes pumpe, ventiler, mateskruer osv. 8

105 Vedlegg T: HMI standarddokument Side 9 av 13 Høgskolen i Telemark Avdeling for teknologiske fag Bachelorutdanningen Brukergrensesnitt Måleinstrumenter Informasjon som er knyttet mot et måleinstrument, bør settes i en felles ramme. Rammen bør inneholde taggnummer, prosessverdi og alarm knyttet til instrumentet. Figur 3-4 viser et eksempel på hvordan et måleinstrument kan lages i brukergrensesnittet. Figur 3-4 Oppsett av måleinstrument 3.4 TILBAKEMELDING Alle endringer som blir gjort i brukergrensesnittet, skal gi en tilbakemelding til operatøren. Tilbakemeldingen bør være visuell og akustisk. Når operatøren utfører handlinger i brukergrensesnittet som for eksempel endring i referanseverdi, bør endringen bli verifisert med en kort lyd og grafisk endring av statusen til enheten det gjelder. Ved endring av parametere i prosessen, for eksempel PID-parametre eller modell-parametre, bør en tekstboks spørre om brukeren er sikker på å utføre endringene før de blir endret. Godkjenning av tekstboksen bør signaliseres med en kort lyd. 9

106 Vedlegg T: HMI standarddokument Side 10 av 13 Høgskolen i Telemark Avdeling for teknologiske fag Bachelorutdanningen Brukergrensesnitt 3.5 TRENDER Det kan lages et eget prosessbilde som viser relevante prosessverdier i småtrendbilder. Småtrendbilder viser endring av prosessverdier i en bestemt tidsperiode. Slike trender er mer forklarende om prosessens tilstand og viser om prosessen går mot alarm nivåer [5]. Småtrendbildene skal ha lik størrelse i brukergrensesnittet. Taggnummeret for prosessverdien skal stå over småtrendene, og tidsakse langs x-aksen og prosessverdi langs y-aksen. Tidsaksen og prosessverdiaksen må skaleres etter type prosess og prossverdiområde. For eksempel for trege prosesser, må tidsaksen være over lengre tid. Alarmgrensene skal vises i småtrendbildene. Når en alarm forekommer, skal dette indikeres med en rød ramme rundt det aktuelle småtrendbildet. Når det blir trykket på småtrendbildet, kan et hovedtrendbilde vises. Småtrendbildene bør settes i den rekkefølgen de forekommer i prosessen, fra venstre til høyre. Figur 3-5 viser et eksempel på oppsett av småtrendbilder. Figur 3-5 Småtrendbilder 3 Navigering til hovedtrendbildene skal være tilgjenglig fra prosessbildet det tilhører. Ved små anlegg kan det legges inn en boks med navigasjonsknapper i område 3 i Figur 3-1, som åpner aktuelle trendbilder. 3 Prosess 1 er i normal drift, Prosess 2 er på vei mot alarm, Prosess 3 indikerer alarm 10