Vg1 Frank Fosbæk Automatisering Vg1 elektrofag
Illustrasjoner til Automatisering Vg1 elektrofag Kapittel 19 Illustrasjonene kan brukes fritt i undervisningen Elforlaget 2009
Prosessledning Tank A Produksjonsutstyr Motor Pumpe Tank B Figur 19.1 Skisse av anlegget som skal nivåreguleres
Prosessledning Tank A Nivåmåleomformer LT 0101 HCV 0101 Håndregulert ventil LIC 0101 Instrument signalledning (elektrisk) Nivåregulator M1 3~ Tank B LX 0101 Elektrisk signal Frekvensomformer 3 + j Figur 19.2 Instrumentert flytskjema for modellen
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z Første bokstav Etterfølgende bokstav Prosessvariabel Tilleggsfunksjon Diverse Alarm Tilstandsindikator (0 1) Regulator Densitet Densitet Alle elektriske størrelser Mengde (per tidsenhet) Forhold (brøk) Dimensjon, posisjon Håndstyring Avsøking (skanner) Tid, programverk Nivå Fuktighet Valgfri Valgfri Valgfri Trykk, vakuum Analyse (egenskap) Integrasjon/summering Radioaktivitet Hastighet, frekvens Temperatur Multivariabel Viskositet Vekt, kraft Udefinert Valgfri Måleelement Høy (maksimum) Indikator Lav (minimum) Valgfri Punkt (testpunkt) Skriver Kontakt Måleomformer Multifunksjon Ventil, pådragsorgan Udefinert Regneenhet, hjelpefunksjon Sikkerhetsfunksjon A, B, C, I, J, Z : Som første bokstav, reservert fremtidig bruk N, O, Y: Valgfrie, for gjentatt bruk innenfor et anlegg (må defineres) X : Valgfri, for enkeltstående tilfeller (må defineres)
For flytskjemaer: Ved luftsvikt: Prosessledning Prosesshjelpeledning Instrument signalledning generelt Instrument signalledning pneumatisk Instrument signalledning elektrisk Instrument signalledning kapillar Instrument signalledning hydraulisk Mekanisk omramming Instrument montert ved målested Instrument montert på sentralt panel Instrument montert på lokalt panel Generelt ventilsymbol normalt åpent Generelt ventilsymbol normalt lukket Ventil med håndbetjening Ventil lukker Ventil åpner Ventil blir stående For kretsskjemaer: Generelt komponentsymbol med tilkoblinger eller rekkeklemmer etter behov Generelt komponentsymbol med tilkoblinger eller rekkeklemmer etter behov Generelt komponentsymbol med tilkoblinger eller rekkeklemmer etter behov Omformer, ventilstiller, forsterker Ventil med udefinert innstillingsorgan Ventil med membranmotor Ventil med elektromagnet Ventil med sylinderdrift Ventil med elektrisk motor Selvvirkende reduksjonsventil Norsk Standard NS 1438
Symbol c = a + b (a b) a c = ab ( ) b Bias Funksjon Sum (differanse) av to signaler Multiplikasjon (divisjon) av to signaler Nullpunktforskyvning Ratio 1 : 3 Forholdet inngang/utgang = 1 : 3 Kvadratrot f (x) Funksjonsomformer 1 : 1 Forhold > (<) Større enn (mindre enn) Rev. A/D (D/A) H (HH) L (LL) P/I (I/P) U/I (I/U) R/P (R/I) Reverserer signalet Former om analog til digital (eller omvendt) Høy (ekstra høy) Lav (ekstra lav) Former om fra trykk til strøm (fra strøm til trykk) Former om fra spenning til strøm (fra strøm til spenning) Former om fra resistans til trykk (fra resistans til strøm)
Signal fra måleomformer 20 ma 12 ma 4 ma 0 % 50 % 100 % Målt nivå Figur 19.3 Forholdet mellom målt nivå i tanken og elektriske signal fra måleomformeren
REGULATOR Ønsket-verdi + Forsterker Sammenligninger Frekvensomformer Motor Pumpe Væskenivået i tanken Er-verdi Måleomformer Tilbakemelding Figur 19.4 Blokkskjematisk framstilling av reguleringssløyfa
100 %-nivå h = p ρ. g p er hydrostatisk trykk (Pa) h Væske h er nivå (m) ρ er massetetthet (kg/m 3 ) Nullnivå 0 %-nivå p Trykkmåler (manometer) g er tyngdeakselerasjon (m/s 2 ) Figur 19.5 Nivåmåling med trykkmåler (manometer)
Pa (= N/m 2 ) bar kp/cm 2 (= at) Torr (mmhg) Lbf/in 2 (psi) 1 100. 10 3 98,0665. 10 3 9,80665. 10 6 133,332 101,325. 10 3 6,89476. 10 3 10. 10 6 1 0,980665 98,0665 1,33322. 10 3 1,01325 68,9476. 10 3 10,1972 : 10 6 1,01972 1 100 1,335951. 10 3 1,03323 70,3070. 10 3 7,50062. 10 3 750,062 735,559 73,5559. 10 3 1 760 51,7149 0,145038. 10 3 14,5038 14,2233 1,42233. 10 3 19,3368. 10 3 14,6959 1 1 pascal = 1 N/m 2 1, Torr = 1 mmhg ved 0 C, 1 mm vannsøyle = 9,81 N/mm 2, 1 lbf/in 2 betegnes også 1 psi Figur 19.6 Sammenhengen mellomforskjellige trykkenheter
Trykk Overtrykk Absolutt trykk Atmosfæretrykk Undertrykk 0 Figur 19.7 Forholdet mellom overtrykk, undertrykk og absolutt trykk
Signal fra måleomformeren 100 % nivå 20 ma Væske 12 ma 0 % nivå Måleomformer Trykkmåler Omformer trykk til elektrisk signal 4 ma 0 % 50 % 100 % Figur 19.8 Måleomformer koblet til bunnen av en tank, og forholdet mellom nivået og utgangssignalet fra måleomformeren.
Trykkmåler (manometer) A Trykkluft tilkobling Trykkreduksjonventil LT Strømforsyning 24 V Figur 19.9 Koblingsskjema for benkinnstilling av nivåmåleomformer
Høyeste målenivå Nivå h Væske LT 4 20 ma Elektrisk signal til regulatoren Laveste målenivå H L Atmosfæretrykk d/p-celle Figur 19.10 Nivåmåling med differansetrykkmåler (dp-celle)
Avviksignal P-regulator Ønsket-verdi Signal + Σ 1 I-regulator Σ 2 Styresignal Utgangssignal D-regulator Er-verdi Signal Figur 19.11 Blokkskjema for en PID-regulator
Strømforsyning 24 V Måleomformer LT LIC Regulator Figur 19.12 Sammenkobling av måleomformer, likestrømskilde og regulator
L1 L2 L3 Likeretter Mellomkrets Vekselretter M 3~ Styre og reguleringskrets 4 20 ma signal fra regulatoren Figur 19.13 Data for pumpa og pumpemotoren på modellen
l1 l 2 V1 Forbindelsesstang Vann til tanken Innstilling av ønsket nivå 100 % Nivå: Normalt forbruk Vanntank Flottør 50 % 0 % Måleomfang V2 Forbruk Figur 19.14 Mekanisk P-regulering av nivået i en vanntank
Ventilåpning på V1 100 % 75 % 50 % P = 100 % B 25 % B P = 50 % 0 % 0 25 % 50 % 75 % 100 % Nivå (% nivå av måleomfanget) Figur 19.15 Forholdet mellom ventilåpningen på V1, nivået og proporsjonalbåndet
+ U 1 5 V A R 250 PID-regulator P I D A Figur 19.16 Elektronisk PID-regulator koblet for sprangsvaranalyse
ma Er-verdisignal 12 11 t Utgangssignal ma 13 12 t 0 P = 100 % B t Figur 19.17 Sprangsvardiagrammet for en reverserende P-regulator
12 11 Er-verdisignal (ma) Utgangssignal (ma) t t t 0 Figur 19.18 Sprangsvardiagrammet for en reverserende I-regulator
Er-verdi (ma) 13 12 11 t Utgangssignal (ma) 14 13 12 11 I-tid Bidraget fra P-regulatoren t Figur 19.19 Sprangsvardiagram for en reverserende PI-regulator
Inngangssignal (ma) Utgangssignal (ma) Avvik D-regulator t t Figur 19.20 Sprangsvardiagram for en reverserende D-regulator
Inngangssignal (ma) Utgangssignal (ma) Avvik D-regulator t t Derivattid Figur 19.21 Derivattiden
Er-verdisignal (ma) Ønsket-verdi (settpunkt) (MA) 12 12 ma Avvik 11 Utgangssignal (ma) MA D-virkning I-virkning P-virkning Figur 19.22 En reverserende PID-regulators svar på et sprang med minkende inngangssignal t
+ Er-verdi T-kritisk Settpunkt t Figur 19.23 Kontinuerlig svingeforløp
Regulator Proporsjonalband Integraltid Derivattid PID-regulator 1,7. P-kritisk 0,5. T-kritisk 0,12. T-kritisk Forsterking 0,5. F-kritisk Figur 19.24 Innstilling av regulatorparameterne
Prosessledning Tank A HCV 0101 M1 3~ Tank B Figur 19.25 Prinsippskisse av modellen
Tank A LT 0101 HCV 0101 LIC 0101 M1 3~ Tank B LX 0101 3 x 230 V, 50 Hz 3+j LT 0101: Nivåmåleomformer LIC 0101: Nivåregulator med indikator LX 0101: Frekvensomformer HCV 0101: Håndregulert ventil M1 er en elektrisk motor for drift av pumpa Figur 19.26 Instrumentert flytskjema for modellen
230 V, 50 Hz T1 _ D2 230 V/50 Hz 24 V DC + -X2:1 -X2:2 -R1 D1 LIC 0101 -X2:3 -X2:4 B1 Styreskap LX 0101 3 x 230 V 50 Hz R1 Reléskap LT 0101 M1 3 ~ Fabrikk Figur 19.27 Sløyfeskjema for instrumenteringen på modellen
POS Type utstyr Forsyning Signal inn Signal ut Merknad LT 0101 Nivåmåleomformer 24 V DC 50 Måleområde: 1050 mmvs 0 1200 mmvs LIC 0101 LX 0101 PID-nivåregulator med indikator Frekvensomformer for trefase asynkronmotor, 3 x 230 V, 1,7 A 230 V, 50 Hz 3x 230 V 50 Hz 4 20 ma 4 20 ma 4 20 ma 4 20 ma 3 230 V, 0 60 Hz Vs: vannsløyfe VS Motor 3 x 230 V, 1,7 A Figur 19.28 Forslag til utstyrliste for instrumentering
+R1 Reléskap +B1 Styreskap Dør for B1 F1 F2 T1 H1 H2 H3 Q1 24 V S1 S2 S3 LX 0101 X2 LIC 0101 X1 S0 j Signal 4 20 ma 2 x 230 V/50 Hz j j: 10 mm 2 lisse, utjevningsforbindelse 3 x 230 V/50 Hz M1 3~ LCV 0101 Utstyr i skap R1: F1 hovedstrømsvern (sikring) F2 styrestrømsvern (sikring) Q1 kontaktor LX frekvensomformer X1 rekkeklemme Utstyr i skap B1: T1 24 V likestrømsforsyning X2 rekkeklemme LT 0101 Utstyr i skapdør B1: S1 stoppbryter for anlegg S2 startbryter for anlegg S3 bryter for driftsstrøm til LIC H1 energikretsen til for LX innkoblet H2 driftsstrøm for LIC H3 anlegget koblet til elnettet LIC nivåregulator Figur 19.29 Arrangementstegning for elektriske installasjoner og instrumentering
L1 L2 L3 -S0 -F1 -X1 1 3 5 2 4 6 1 2 3 1 3 5 2 4 6 -Q1 1 3 5 2 4 6 LX Frekvensomformer -X1 4 5 6 M1 3 ~ Figur 19.30 Hovedstrømsskjema
L1 -F2:1 -S1 11 12 13 13 13 -S2 14 -Q1 14 -S3 14 L2 -Q1 A1 A2 -H1 LIC -H2 T1 24 V -H3 1 2 3 4 5 -F2:2 Figur 19.31 Styrestrømsskjema
Pos. Antall Type materiell Merknad S1 1 Trykknappbryter med brytekontakt For innfelt montering S2 1 Trykknappbryter med sluttekontakt For innfelt montering S3 1 Trykknappbryter med bistabilkontakt For innfelt montering F1 1 Hovedstrømssikringer, automatsikring, Sikringsstørrelse og utløse-karakteristikk trepolt bestemmes av tekniske data for frekvens-omformeren F2 1 Styrestrømssikringer Automatsikring, topolt 6 10 A sikring med B-karakteristikk Q1 1 Kontaktor, 2S 2Ø Velges ut fra motorens nominelle data H1 1 Signallampe, 230 V, 0,1 A For innfelt montering H2 1 Signallampe, 230 V, 0,1 A For innfelt montering H3 1 Signallampe, 230 V, 0,1 A For innfelt montering LX 1 Frekvensomformer, bestemmes av tekniske data for motoren S0 1 Låsbar sikkerhetsbryter X1 1 Sett med rekkeklemmer X2 1 Sett med rekkeklemmer Figur 19.32 Materialliste
Pigtail God Dårlig God Figur 19.33
Rekkeklemmetabell for R1 Kabelside Klemmenr. Apparatside Intern koblingstabell for R1 Figur 19.34 Rekkeklemmetabell og intern koblingstabell for R1
Rekkeklemmetabell for B1 Kabelside Klemmenr. Apparatside Intern koblingstabell for B1 Figur 19.35 Rekkeklemmetabell og intern koblingstabell for B1
Energikretser Type kabel og ledninger Ledertverrsnitt Hver kabel og ledninger skal brukest Signalkretser Type kabel og ledninger Leder tverrsnitt Hver kabel og ledninger skal brukest Figur 19.36 Liste over kabler og ledninger som skal brukes.