4.10.2013.

FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA

ZAVOD ZA ELEKTROSTROJARSTVOI AUTOMATIZACIJU

PROJEKTIRANJE I AUTOMATIZACIJA INDUSTRIJSKIH POSTROJENJA

Prof.dr.sc. Ivan GašparacProf.dr.sc. Mario Vražić

Predavanje 1

2

Bodovi i kriteriji Prisutnost nastavi se ne boduje (znamo gdje svi

stanujete) Nema laboratorijskih vježbi (biti će rada na PLC-

ima u okviru predavanja) Na kratkim blicevima se može zaraditi (ne dobiti)

10 bodova Biti će zadana dva zadatka tijekom semestra koji će

se bodovati s po 25 bodova (svi zadaci će biti različiti)

Usmeni ispit će nositi 40 bodova

3

Bodovi i kriteriji Želimo od vas napraviti inženjere a ne trgovce ili filozofe Inženjer je stručnjak tehničkih ili tehnoloških znanosti

visoke (VSS) ili više (VŠS) stručne spreme. Inženjeri su posebno izučeni za tehničke i operativne

poslove praćenja i upravljanja proizvodnjom i industrijskim resursima.

Inženjeri visoke stručne spreme (VSS) se razlikuju titulom "diplomirani", npr. "dipl. ing". Diplomirani inženjer za razliku od 'nediplomiranog' mora biti bolje izučen u teoretskim i eksperimentalnim znanjima - i prikladniji su za projektne, laboratorijske, istraživačke i managerske poslove.

4

Bodovi i kriteriji Stoga trebate nadoknaditi sve što ste propustili u

dosadašnjem “obrazovanju” Postoje sve ocjene, a ne samo izvrstan (ili odličan –

ovisi o vlasti) Koristite konzultacije (kad god nas uhvatite) Mi smo tu za Vas (što god drugi mislili o tome)

S R E T N O ! ! !

5

Predznanje Što već znate? O čemu? Da li je upotrebljivo? A u struci? Niskonaponski razvod

prekidač, rastavljač, osiguračsklopka, sklopnik, relej, pomoćni kontaktsabirnica, kabel (kabao), kabeli (kablovi)tipkalo, žaruljica (lampica), tinjalica

6

Industrijsko postrojenje Industrija – proizvod Postrojenje – proizvodnja ŠTO TVORI INDUSTRIJSKO POSTROJENJE ? Industrijsko postrojenje tvori organizirani skup

sredstava za proizvodnju, a što omogućuje provedbu smislenog tehnološkog procesa

Primjer: Cinčaonica

7

TKO ILI ŠTO POSTAVLJA ZAHTJEVE NA INDUSTRIJSKO POSTROJENJE ?

Industrijsko postrojenje se projektira i gradi premazahtjevima TEHNOLOŠKOG PROCESA, i to sobzirom na:

opremu koja omogućuje provedbu suvremenog tehnološkog procesa, (kada, grijači, kranovi, EMP-i...)

energetiku koja pokreće opremu u izvršavanju svih radnji koje TP nalaže, (plin, struja)

upravljanje i regulaciju, kojih su zadaće: ispunjavanje svih zahtjeva upravljanja i regulacije u pojedinim tehnološkim funkcionalnim cjelinama IP-a,

8

TKO ILI ŠTO POSTAVLJA ZAHTJEVE NA INDUSTRIJSKO POSTROJENJE ?

zaštitu, kojoj je temeljna zadaća da, u slučaju nastupa kvara u bilo kojem dijelu strukture IP-a, osigura odgovarajuće brzu intervenciju tehnike i/ili pogonskog osoblja, kako bi se spriječile moguće, ali neželjene posljedice i nekontrolirano ponašanje dijelova postrojenja, ili postrojenja kao cjeline,

signalizaciju, vizualizaciju procesa, kako bi pogonsko osoblje moglo što aktivnije i stručnije sudjelovati u odvijanju TP-a, i time osigurati pogon od pogubnih radnji koje bi mogle ugroziti ljude, okolinu, TP, materijalna dobra ili dovesti do značajnih gubitaka u proizvodnji.

9

TEHNOLOŠKI PROCES Tehnološki proces je, u osnovi, niz potpuno određenih

postupaka po kojima se predmet (ili predmeti) obrade giba, obrađuje, oblikuje, spaja (ili odvaja) kemijski i/ili samo fizički s (ili od) ostalim predmetima-sudionicima tehnološkog procesa, oplemenjuje propisanim postupcima oplemenjivanja, kontrolira u onim dijelovima postupka koji zahtijevaju kontrolna mjerenja zbog postizanja zahtijevane kvalitete, zaštićuje za kasniju uporabu, i konačno pohranjuje.

Dakle, tehnološki proces se odvija po receptu, prema kojem se od sirovina, energije, pomoćnih materijala u "kuhinji" industrijskog postrojenja stvara novi proizvod, ili se oplemenjuje, dorađuje, prerađuje postojeći proizvod, kojem treba dati novu kvalitetu, novu funkciju i/ili obličje (dizajn).

10

ČIME JE ODREĐEN TEHNOLOŠKI PROCES [ TP ]?

Suvremeni TP određuju : tokovi materijala i pripadna tehnološka (primarna)

oprema, tokovi energije i pripadna energetska (sekundarna)

oprema, tokovi informacija (tokovi: upravljanja, regulacije,

zaštite, signalizacije, vizualizacije i t.sl.) i pripadna informacijska (tercijarna) oprema.

11

STRUKTURA INDUSTRIJSKOG POSTROJENJA

Strukturu industrijskog postrojenja, s obzirom naopremu i procesne tokove, a prema zahtjevimaTP-a, čine:

primarna-tehnološka, sekundarna-energetska i tercijarna-informacijska oprema,

tokovi materijala, tokovi energije i tokovi informacija.

12

TOKOVI MATERIJALA, PRIMARNA TEHNOLOŠKA OPREMA Industrijsko postrojenje [ IP ] obrađuje i/ili

prerađuje sirovine i/ili poluproizvode u proizvod po tehnološki jasno utvrđenim postupcima.

Tokove sirovina i/ili poluproizvoda od ulaza u IP pa sve do uskladištenja gotovog proizvoda nazivamo TOKOVIMA MATERIJALA.

Ovi se tokovi ostvaruju uz pomoć PRIMARNE TEHNOLOŠKE OPREME; u pravilu se radi o strojarskoj opremi za prihvat, transport i obradu materijala kao osnovne supstance tehnološkog procesa proizvodnje.

13

TOKOVI ENERGIJE, SEKUNDARNA (ENERGETSKA) TEHNOLOŠKA OPREMA Za obradu ili preradu materijala (sirovina,

poluproizvoda) potrebna je energija: toplinska, mehanička, električna, kemijska, itd. Osim toga, sve aktivnosti koje tehnološki proces [ TP ] nalaže primarnoj tehnološkoj opremi, ostvaruju se uz pomoć energije, najčešće električne pretvorene u mehaničku.

Uočavamo da su tokovi materijala mrtvi bez TOKOVA ENERGIJE.

14

TOKOVI ENERGIJE, SEKUNDARNA (ENERGETSKA) TEHNOLOŠKA OPREMA Jedna od osnovnih zadaća projektanta IP-a jest

određivanje pravog udjela energetskih tokova u odvijanju TP-a, bilo da se radi o obradi/preradi ili transportu materijala.

Opremu, kojom se obavlja zadana pretvorba energije, nazivamo SEKUNDARNA (ENERGETSKA) TEHNOLOŠKA OPREMA.

Najčešće se radi o elektromotornim pogonima za transport, mehaničku obradu, a ponekad, i o opremi za toplinsku obradu materijalnih tokova, kao što je npr. slučaj kod elektrolučnih ili indukcijskih peći, ili, kao u našem slučaju, plinskih peći za cinčanje.

15

TOKOVI INFORMACIJA, TERCIJARNA (INFORMACIJSKA) TEHNOLOŠKA OPREMA Upravljanje čine smisleno postavljeni TOKOVI

INFORMACIJA, vođeni uz direktno sudjelovanje upravljača (čovjeka), ili vođeni procesnom automatikom. Većina procesa se ostvaruje kombiniranjem oba ova načina.

O dinamici tokova energije ovisi kvaliteta odvijanja tokova materijala. Time je velikim dijelom određena kvaliteta TP-a kao cjeline.

Dinamika tokova energije zahtijeva upravljanje usklađeno sa zahtjevima vođenja TP-a.

16

TOKOVI INFORMACIJA, TERCIJARNA (INFORMACIJSKA) TEHNOLOŠKA OPREMA

Što sve čini tokove informacija ?

Svi oni tokovi, koji na bilo koji način informiraju o trenutnom i trajnom stanju procesa i opreme, a na temelju informacija upravljaju, reguliraju, signaliziraju, vizualiziraju stanje, štite opremu i TP, proglašavamo TOKOVIMA INFORMACIJA.

17

TOKOVI INFORMACIJA, TERCIJARNA (INFORMACIJSKA) TEHNOLOŠKA OPREMATOKOVE INFORMACIJA dijelimo u dvije osnovne grupe: aktivne i pasivne Aktivnima proglašavamo one tokove koji upravljaju i

reguliraju odvijanje TP-a, dok u grupu pasivnih svrstavamo sve zaštitne i signalizacijske funkcije. To, zapravo, znači da pasivni prate odvijanje tokova materijala, energije i informacija, ali tako da se, u trenutku koji predstavlja opasnost za opremu i/ili TP, pretvaraju u nadređene, vrlo aktivne tokove zaštite i signalizacije.

Tokovi informacija se ostvaruju opremom odgovarajućih svojstava; ovu opremu, u odnosu prema primarnoj i sekundarnoj tehnološkoj opremi, nazivamo TERCIJARNA (INFORMACIJSKA) TEHNOLOŠKA OPREMA.

18

Tokovi

Na primjeru industrijskog postrojenja CINČAONICEupoznajmo TOKOVE MATERIJALA,

ENERGIJE, IINFORMACIJA

TOKOVI MATERIJALA su za ovaj primjer prikazani natlocrtu hale CINČAONICE

19

Tokovi materijala - primjer: cinčanjeMaterijal (u ovom slučaju poluproizvod) za cinčanjeslijedi put od ulaska u halu, transport do kada za kemijsku obradu, pranje i sušenje prije obrade cinčanja, cinčanje u kadi za cinčanje; nakon cinčanja materijal, kao gotov proizvod ovog

TP-a, odlaže se u prostor za završnu obradu proizvoda (čišćenje i priprema za otpremu iz hale),

otprema iz prostora IP-a na skladište gotovih proizvoda.

4.10.2013.

FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA

ZAVOD ZA ELEKTROSTROJARSTVOI AUTOMATIZACIJU

ulaz robe za cinčanje

izlaz cinčane robe

vješanje robe

transport kranom

transport transporterom

obrada kiselinama

cinčanje robe

hlađenje robe

skidanje robe

21

Tokovi materijala

Osim poluproizvoda, u tokove materijala se uključuju i one sirovine (materijali) koji služe kao sredstva za realizaciju TP-a. U našem slučaju radi se o CINKU (temeljnom sredstvu TP-a za obradu), kemikalijama za dekapiranje poluproizvoda, sredstvima za ispiranje kemikalija nakon dekapiranja, te otpadnim materijalima iz TP-a. Ovi materijali imaju slijedeće tokove:

22

cink kiselineotpadni plinovi

23

Tokovi energije

TOKOVI ENERGIJE u slučaju CINČAONICE imaju dvaosnovna izvora: toplinsku energiju za taljenje i održavanje cinka u

rastaljenom stanju u kadi za cinčanje (energija plina),

električnu energiju za pogon EMP-a i svih ostalih električnih potrošača u okviru TP-a.

24

Tokovi energije Sekundarna (energetska) oprema je pridružena

svakoj pojedinoj jedinici primarne (tehnološke) opreme.

Za prikaz tokova energije poslužit će tlocrt hale uz naznaku primarne (tehnološke) opreme s pripadnom sekundarnom (energetskom) opremom.

U našem slučaju na tlocrtu hale prikazana je, uz primarnu opremu, i sekundarna oprema.

25

Tokovi energijeEnergija plina ima sljedeći tok:

od plinske stanice posredstvom plinovoda teče plin do gorionika na kadi za rastaljeni cink,

pretežiti dio toplinske energije predaje se rastaljenom cinku u kadi kako bi se održavao na TP-om određenoj temperaturi;

preostala toplina se dimnim plinovima, zajedno s otpadnim plinovima iz TP-a cinčanja, odvodi u ekološki prečistač, nakon čega se očišćeni zrak pušta u atmosferu;

po sličnoj proceduri plinom se griju kade za kemijsku obradu materijala;

uobičajeno je da se u energetske, posebno toplinske tokove, uključuju i otpadne energije, bilo iz TP-a ili od otpadnih materijala.

26

dovod plina

27

Tokovi energije

Električna energija ima razvijenu mrežu svojihtokova. Zajednički dovod za sve industrijske potrošače

počinje u trafostanici a završava na sabirnicama u rasklopnim ormarima smještenim u blizini pripadnih kada za cinčanje.

U našem slučaju prikazana shema predstavlja niz odvoda za napajanje potrošača IP-a Cinčaonice, tj napajanja sekundarne opreme.

28

Dovod energije od trafo staniceSabirnice velike cinčaonice

Sabirnice male cinčaonice

Energetski odvodi prema razvodnim ormarima za pojedine grupe potrošača

Energetski odvodi prema razvodnim ormarima za pojedine grupe potrošača

Dovod energije od trafo staniceT

rans

port

er

Diz

alic

a

29

Praćenje elektroenergetskih tokova započet ćemo na sabirnicama rasklopnog ormara EB1.

Na tlocrtu hale prikazana je, uz primarnu opremu, sekundarna oprema.

Tokovi energije

30

Na jednom karakterističnom primjeru pogledajmo tok

električne energije u napajanju EMP-a vagona za transport

poluproizvoda (materijala što ga treba cinčati):

energija poteče od sabirnica pripadnog razvodnog ormara , posredstvom frekvencijskog pretvarača do elektromotora, koji za potrebe TP-a obavi pretvorbu električne energije u mehaničku, tj, daje energiju primarnoj opremi (vagonu) za transport poluproizvoda zacrtanim putem do kada za kemijsku obradu.

Tokovi energije

31

EB21

priv

od e

lekt

rične

en

ergi

je z

a tr

ansp

orte

r

EB1

32

Sličnu operaciju, s obzirom na tok energije, pogledajmo na jednom dizaličnom pogonu:

Posredovanjem frekvencijskog pretvarača EMP-a dizalice energija poteče od sabirnica pripadnog razvodnog ormara do dizaličnog motora, koji za potrebe TP-a obavi pretvorbu električne energije u mehaničku, tj, daje energiju primarnoj opremi (pogonu dizanja) za spuštanje (ili dizanje) poluproizvoda u (ili iz) kadu za kemijsku obradu.

Tokovi energije

33

EB23

EB54

privod električne energije za dizalicu

EB1

34

Tokovi informacija u IP-u CINČAONICE

Sistematiziranjem primarne (tehnološke) opreme, energetskih tokova i pripadne sekundarne (energetske) opreme dobivaju se funkcionalne cjeline s obzirom na obavljanje pojedinačnih zadaća TP-a.

Kako se u ovom slučaju radi o tipičnom distribuiranom upravljačkom sustavu, ova podjela će dobro poslužiti pri rješavanju informacijskih tokova i pripadne tercijarne opreme.

35

Tako dolazimo do niza funkcionalnih cjelina kojima upravljaju programabilni logički kontroleri [ PLC ].

Odaberimo tipičan tok informacije za slučaj upravljanja EMP-om vagona. Tok upravljačke informacije će slijediti sljedeću stazu:

operater tipkalo

PLCfrekvencijski

pretvarač

Tokovi informacija u IP-u CINČAONICE

36

Ukoliko blokade (krajnji prekidači) dozvoljavaju izvršavanje radnje, tj. vožnju vagona, vagon obavlja zadanu operaciju u cijelosti.

Ovim je dat prikaz početka i kraja toka informacija upravljanja EMP vagona.

Svi ostali EMP-i, odnosno objekti upravljanja, se na sličan način upravljaju posredstvom operatera i PLC-a uz moguće blokade koje osiguravaju pogon od pogrešnih operacija.

Tokovi informacija u IP-u CINČAONICE

37

Tercijarna (informacijska) oprema, kojom seostvaruju informacijski tokovi, u osnovisadrži:• tipkala, • senzore, • PLC -ove, • operacijske panele,• računala

Tokovi informacija u IP-u CINČAONICE

38

Informacijski tokovi se mogu razvrstati u:

tokove zaštite i signalizacije (pasivni informacijski tokovi),

tokove upravljanja i regulacije (aktivni informacijski tokovi).

Tokovi informacija u IP-u CINČAONICE

39

Zaštita ima osnovnu zadaću da štiti ne samokomponente sekundarne nego i primarneopreme. U ovom slučaju je zaštita ostvarena kao:

klasična zaštita elektroenergetskih krugova uz pomoć: osigurača prekidača (elektromagnetska, bimetalna)

zaštita kroz blokade u obavljanju tehnoloških operacija,

ostvarena krajnjim prekidačima ili na druge načine.

Tokovi informacija u IP-u CINČAONICE

40

• Signalizacija ima zadaću da u svakom trenutku pokaže stanje uključenosti/isključenosti elektroopreme, stanje zaštita, dojavu alarmom za predviđene kritične točke pogona i opreme.

• Tokovi upravljanja i regulacije čine posebnu cjelinu, kojoj je zadaća da osigura zahtijevanu dinamiku procesa.

Tokovi informacija u IP-u CINČAONICE

41

Za konkretni slučaj IP Cinčaonice prikažimoosnovne upravljačke i regulacijske staze, tj. prikažimo kako teku upravljački i regulacijskiinformacijski tokovi:

Tokovi informacija u IP-u CINČAONICE

42

digitalni ulazi PLC-a

signal za start motora

43

PLC

veza prema frekvencijskom pretvaraču PROFIBUS-om

44

Veza prema PLC-u PROFIBUS-om

Frekvencijski pretvarač

45

Motor

Frekvencijski pretvarač