NORGES TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 1 av 6 Løsningsforslag til Eksamen i fag 43312 INSTRUMENTERINGSSYSTEMER Onsdag 20. Mai 1998 Tid: kl 09.00-13.00 NB! Tallene i parantes angir den relative vekt oppgaven tillegges ved bedømmelse. Oppgave 1 (24%) Diverse a) Produktansvarsdirektivet dekkes av produktansvarsloven og inneholder bl.a følgende: - Brukerens plikter - Markedskontroll - Brukerforskrifter - Straffeansvar - Erstatningsansvar b) Følgende forutsetninger må være opfylt for å ilegge en produsent produktansvar: - Skaden har forårsaket et økonomisk tap eller mén - Skaden ble forårsaket av feil ved produktet - Feilen innebar et urimelig fare- eller risikomoment - Feilen fantes da produktet forlot produsenten - Den skadelidte brukte produktet til påtenkt formål og i samsvar med anvisningene c) Produktkontrolloven tar ikke stilling til ansvarsforholdet mellom kunde og selger ved skade. Dette må dekkes gjennom kontrakter. d) Kvalitetsledelse: - Kvalitetsplanlegging - Kvalitetsstyring - Kvalitetsforbedring e) Faser i et anleggs livssyklus: - Idéstudie Prosjekt ideer Alt. løsninger rangeres Valg av hovedstruktur - Forstudie Utkast til operasjons og styringsfilosofi Funksjonskrav Omfang og kostnadsvurdering Kontroll- og utstyrsrom Kablingsstrukturer etc. Kostnadsplan Tidsplan
NORGES TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 2 av 6 - Forprosjektering Kravspek. Flytskjema Beregninger - Realisering Detaljprosjektering Produksjon, bygging og sammenkobling Utprøving - Oppstart Testing Modifisering - Drift Revisjon Vedlikehold Optimalisering - Avvikling Preservering Sortering Lagring Fjerning f) Viktigste faktorer i LCC til et automatiseringssystem: - Innkjøpskostnader - Drift og vedlikeholdskostnader - Kostnader pga. produksjonsstans Oppgave 2 (24%) Industriell kommunikasjon a) Krav til grunnlasten på nettet: Det må være rikelig med ressurser slik at alle enheter er sikret aksess innenfor en gitt tid. Det må også kunne ta av for evt. alarmer og andre spesielle situasjoner. b) Ved alarmer vil nettbelastningen øke som følge av at andre enheter skal varsles om hendelsen. c) Lagring av alle dynamiske data i OS vil føre til at grunnbelastningen vil øke fordi alle verdier må sendes over nettet. Endrer seg ikke nevneverdig ved alarmer. d) En Gateway kobler sammen to nett som ikke nødvendigvis er basert på ISO/OSI. Alle nivåer (lag) må implementeres. Brukes som protokollkonverter. e) En Repeater er en forsterker som regenererer signalet mellom deler av et nett. Kun fysisk lag implementeres, ingen programvare. f) TCP/IP protokollen er mye brukt i prosesstyresystemer pga. prisen. Den er veldig utbredt innen kontorautomatisering, noe som gjør at komponentene blir billige.
NORGES TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 3 av 6 Oppgave 3 (20%) Informasjonspresentasjon a) Ferdighetsbasert handling: Direkte kobling mellom det å bli oppmerksom på at noe skjer og sette i gang korrektive tiltak. Må trene, men trenger ikke tankevirksomhet. Refleks, sykling etc. Regelbasert handling: Basert på at operatør kjenner igjen en situasjon (mønster) og vet hvilke aksjoner/tiltak som må settes i verk. Løser kun forutsatte problemer. Kunnskapsbasert handling: Mentalt mye mer krevende enn de to andre, og innebærer at operatøren må løse et problem der forståelse og innsikt er nødvendig. Uforutsette hendelser. b) Mus: Brukes til PC og arbeidsstasjoner. Egner seg godt til peking og valg Fordeler: Trenger liten plass Operatør kan ha blikket festet på skjermen Kan bruke IR overføring for å unngå ledning Operatør er ofte kjent med bruken Ulemper: Trenger ekstra plass Må stå i ro når knappene trykkes Kan bare operere i relativ modus, ikke absolutt Rulleball: Egner seg også godt til peking og valg. Fordeler: Ingen håndbevegelse, kun fingrer Trenger lite plass Brukes uten å ta blikket fra skjermen Ulemper: Roterende relativ bevegelse c) En simulator kan brukes til å prediktere oppførselen til et prosessanlegg både i normale og forstyrrede situasjoner for å trene opp operatøren. Kan brukes til følgende: - Design - Tuning av reg. - Trening av operatører - Konsekvensanalyse - Prediktering/prognoser - Testing av forrigling og logikk d) Alarmhåndtering er hva man skal gjøre når alarmer oppstår. Alarmfiltrering går på hvordan alarmene skal presenteres til operatøren. Hva og hvilke. Et operatørstøttesystem kan hjelpe operatøren med å sile ut viktige alarmer og presentere dissse på en oversiktlig måte. Side 4-27 og 4-28. e) Modellbasert diagnosesystem. Se fig. 4.10
NORGES TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 4 av 6 Oppgave 4 (12%) Konfigurering og programmering Vi skal bruke en PLS til å styre en motor som driver en pumpe. Pumpa fyller en en tank med en væske. Den startes ved hjelp av en startknapp S1. Betingelser for at motoren kan starte er: - En bunnventil V1 på tanken må være lukket (signal fra endebryter). - Termisk vern T1 må ikke være aktivert. - Nødstopp S3 må ikke være aktivert. - Nivået i tanken må være under en gitt grense L1. Den kan stoppe på følgende måter: - Manuell stopp vha. stoppbryter S2. - Termisk vern T1 slår inn. - Nødstopp S3 aktiveres. - Nivået i tanken passerer øvre grense L2. a) Tilstandsdiagram: Motor stoppet Start Nødstopp S3/T1 Stopp Motor går L2 Tank full b) Funksjonsblokk diagram: S1 L1 V1 & Start motor S2 S3 L2 T1 OR Stopp motor
NORGES TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 5 av 6 Oppgave 5 (12%) Brann- og gassdeteksjon/sikringssystemer a) Valg av type flammedetektor: - U/V-detektorer er bra for det meste, de er raske og pålitelige. De reagerer på stråling fra de branner, men reagerer også på sveising, radioaktiv stråling, lyn og blitz etc. - Enkeltstråle IR-detektorerer spesielt egnet for anvendelser der hydrokarbonbranner kan opptre samtidig som det er mye forurensning i lufta, eller det finnes UV-strålingskilder. Varme gjenstander kan gi falske alarmer. - Tostråle IR-detektorer egner seg ikke for områder der det er svart legeme stråling. Følsomheten er noe redusert, men robust mot falske alarmer. - UV/IR-detektorer benyttes først og fremst der det kan være andre strålingskilder til stede. Hvis de voteres 2oo2 vil kombinasjonen ha summen av de farlige feilene til individuelle UV- og IR-detektorer. b) To typer gassdetektorer: - Katalytiske detektorer. Mest vanlig og billigst. Basert på at den brennbare/eksplosive gassen reagerer med oksygen ved hjelp av en katalysator. Reaksjonen utvikler varme som øker temp. på en platinamotstand. Har en del svakheter som er listet opp i kap 9.5.1. - Optiske detektorer. Baserer seg på IR lys ved to frekvenser.målebølgelengden faller overens med vibrasjonene i hydrogen-karbon blandingen, slik at de fleste hydrokarboner vil absorbere lys med denne bølgelengden, proporsjonalt med antallet slike bindinger. Hvis detektoren bygges med overvåking og selvtest kan den få mange positive egenskaper. IRdetektorene er ca. tre ganger så dyr som en katalytisk, og bruker mye mere strøm som fordyrer barrierer etc. Det finnes også linjedetektorer for gass som bruker IR lys. c) Figur 7.13 side 7-20. Oppgave 6 (8%) Materialvalg a) Faktorer som kan spille inn ved valg av materiale: - Miljøbelastning - Mekanisk slitasje - Varme - Fuktighet - Støv - Vibrasjon - Gasser - Frost/kulde - Isolasjon - Syrer/salter o.l Korrosjon må kontrolleres.
NORGES TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 6 av 6 b) Tiltak som kan begrense effekten av korrosjon: - Velg et materiale som ikke korroderer i det aktuelle miljøet - Påvirk miljøet slik at det ikke blir korrosivt - Konstruer slik at en ikke får korrosjon, eller reduser virkningen - Innfør anodisk eller katodisk vern - Påfør beskyttende belegg på metallflata