Institutt for Teknisk Kybernetikk Eksamensoppgave i TTK4175 Instrumenteringssystemer Faglig kontakt under eksamen: Tor Onshus Tlf.: 73 59 43 88 / 92 60 74 60 Eksamensdato: 06.06.2018 Eksamenstid (fra-til): 09:00 13:00 Hjelpemiddelkode/Tillatte hjelpemidler: D Annen informasjon: Eksamen utgjør 80% av karakteren. Prosentandelen i parentes etter hver oppgave angir oppgavens vekting ved sensur. Målform/språk: Bokmål Antall sider (uten forside): 4 Antall sider vedlegg: 2 Informasjon om trykking av eksamensoppgave Originalen er: 1-sidig 2-sidig x sort/hvit x farger skal ha flervalgskjema Dato Kontrollert av: Sign Merk! Studenter finner sensur i Studentweb. Har du spørsmål om din sensur må du kontakte instituttet ditt. Eksamenskontoret vil ikke kunne svare på slike spørsmål.
Oppgave 1: Begynne et prosjekt (10%) a) Du er prosjektleder i en bedrift som ønsker å legge inn et anbud på et nytt prosjekt. Kunden kommer til å se på livsløpskostnaden (LCC) når de skal vurdere anbudene. Hvilke faktorer er det som inngår i det begrepet? (5%) Som entreprenør er du ansvarlig for å sette deg inn i direktivene som omfatter det elektriske anlegget og maskinene i fabrikken. b) Hvilke spenningsområder er dekket av lavspenningsdirektivet? (2%) c) Hvilke tre grunnleggende prinsipp er maskindirektivet bygget på? (3%) Oppgave 2: Dokumentasjon (15%) Systemet dere skal installere er nivåregulering av væske i en tank. Det kommer væske inn i toppen av tanken fra en pumpe med konstant strømning, der væskestrømmen ut fra tanken er kontrollert av en reguleringsventil i bunn av tanken. Ventilen styres av en regulator realisert i PLS i et kontrollrom, som får målinger fra en transmitter i bunn av tanken. Det er også spesifisert at det skal være nivåbrytere i topp og bunn av tanken, koblet til PLS i kontrollrom for å gi et alarmsignal ved høyt og lavt nivå. a) Sett opp en P&ID med tag som beskriver dette systemet. (10%) b) I toppen av tanken skal det monteres en egensikker nivåbryter for å gi en alarm når nivået blir for høyt. Tegn en skisse av koblingen fra bryteren i felt til inngangen i PLS-en, med alle komponentene som typisk inngår i mellom. (5%) Oppgave 3: Sikkerhet og pålitelighet (30%) a) For å sikre mot overfylling i tanken vil en også inkludere en nivåtransmitter som via et programmerbart sikkerhetssystem vil stoppe pumpen når nivået overstiger 2 meter. Erfaringsmessig trenger vi denne beskyttelsen 3-4 ganger i året. Bestem SIL-nivået dette systemet kan oppfylle. (5%) b) Det er krav til at det ikke skal bli en overfylling av tanken oftere enn en frekvens på 1 gang hvert 100 år. Det viser seg at vi har bruk for den funksjonen som beskytter mot dette 5 ganger per år i det siste. Vis hvilket SIL nivå denne funksjonen må ha for at dette skal være oppfylt, anta Demand mode. (5%) c) Det er satt et krav om redundans der det skal være mulig å få én feil i både nettverket og PLS-en uten at det blir stopp i produksjon. Det er et ethernet-nettverk mellom PLS og operatørstasjon, og PROFIBUS-nettverk mellom PLS og I/O-kortene. Tegn en skisse over nettverket og nødvendige komponenter der dette kan realiseres, og forklar konseptet med standby. (8%) d) Kunden har fått med seg at PROFIsafe er en sikrere variant av PROFIBUS. Hva er det denne standarden tilfører, og hva er det den sikrer mot? (4%) e) I forbindelsen med det nye systemet er det behov for en oppgradering av branndeteksjonen. Skisser opp et blokkskjema over et typisk sløyfebasert system og beskriv hovedoppgavene til komponentene i et slikt system. (8%) Side 1 av 4
Oppgave 4: Automatiseringssystemet (20%) a) Det skal legges inn en del nye alarmer som operatør må forholde seg til. Hva er hensikten med alarmfiltrering og alarmprioritet? (4%) b) Det nye systemet skal implementeres ved hjelp av logikk i PLS. Standarden IEC61131 definerer her fem ulike programmeringsspråk. Hvilke er dette, og når er det hensiktsmessig å bruke hvert av disse? (5%) c) Når vi legger en kabel til instrument i felt har vi som regel både signaljord og kabelskjerm. Hvordan skal disse termineres i henholdsvis felt ved instrumentet og andre enden ved I/Okortet? Er det forskjell om signalet er høyfrekvent eller lavfrekvent? (5%) d) Hva er funksjonen til en zenerbarriere, og hva består den av? (4%) e) Det er viktig at materiell som rekkeklemmer, kabler og lignende i et egensikkert system med et Ex-i instrument er lett gjenkjennelig og skiller seg ut fra annet materiell. Hvordan oppnås dette? (2%) Oppgave 5: Datasikkerhet (10 %) a) I lys av at fabrikksjefen nylig ble et offer for Wannacry-viruset har det blitt satt ekstra fokus på datasikkerheten i fabrikken. Nettverket har blitt oppgradert og inndelt i soner med flere lag av interne brannmurer for å sikre at et eventuelt angrep ikke kan spre seg og påvirke produksjon. Er dette nok til at han kan hvile trygt? Beskriv mulige problemer og kom med forslag til andre tiltak han kan gjøre. (5%) b) Det brukes i dag OPC Classic for å få tilgang til alarmer og hendelser eksternt. Med det økte fokuset på datasikkerheten, er det noen fordeler ved å gå over til OPC UA og i tilfelle hva? (5%) Oppgave 6: Drift og vedlikehold (15%) a) Når systemet er ferdig installert skal det gjennomføres en loop-test, FAT og SAT for kunde. Hva inngår i de begrepene, og hvor gjennomføres de vanligvis? (3%) b) Det er viktig at fabrikken har en systematisk plan for å vedlikeholde det nye systemet. Beskriv to ulike strategier som du kan anbefale til kunde. (5%) c) Er det noen negative konsekvenser knyttet til vedlikehold? (2%) d) Overall Equipment Effectiveness (OEE) er en metode for forbedring innen vedlikehold. Hva er det den går ut på, og hvilke faktorer er det den måler? (5%) Side 2 av 4
VEDLEGG A Tabell 1 Side 3 av 4
VEDLEGG B Tabell 2 Tabell 3: Strukturkrav for løsninger, type A enheter (IEC61508) Tabell 4: Strukturkrav for løsninger, type B enheter (IEC61508) Tabell 5 Side 4 av 4