PLC vezérelt sósav-kompresszor irányítástechnikai rekonstrukciója

Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Kar Villamosmérnöki szak Ipari automatizálási szakirány PLC vezérelt sósav-kompresszor irányítástechnikai rekonstrukciója Szakdolgozat Köteles Gergő GY7SYW 2014

Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Kar Villamosmérnöki Ipari automatizálás és kommunikáció szak szakirány Szám: Villamosmérnöki Intézet Automatizálási és Infokommunikációs Intézeti Tanszék 3515 Miskolc-Egyetemváros SZAKDOLGOZAT FELADAT Köteles Gergő GE-BVLA tanulókör BSc Villamosmérnök jelölt részére A tervezés tárgyköre: ipari automatizálás A feladat címe: PLC vezérelt sósav-kompresszor irányítástechnikai rekonstrukciója A feladat részletezése: 1. Mutassa be a technológia működését! 2. Foglalja össze az új rendszerrel szemben támasztott követelményeket! 3. Ismertesse a technológia műszerezettségét! 4. Tervezze meg és készítse el a technológia PLC-s vezérlését! Tervezésvezető(k): Trohák Attila adjunktus, Villamosmérnöki Intézet Automatizálási és Infokommunikációs Intézeti Tanszék Konzulens(ek):* Vörös József szoftvermérnök A szakdolgozat kiadásának időpontja: 2014. október 15. A szakdolgozat beadásának határideje: 2014. november 22. Miskolc, 2014. október 15. *opcionális 1.DR. CZAP LÁSZLÓ tanszékvezető, egyetemi docens Oldal 2

1. A szakdolgozat módosítása: szükséges (a módosítást külön lap tartalmazza) nem szükséges (a megfelelő rész aláhúzandó) Miskolc, 2. A tervezést ellenőriztem: (1) 3. A szakdolgozat beadható Miskolc, nem adható be (2) (3) (4) tervezésvezető aláírása tervezésvezető aláírása konzulens aláírása tervezésvezető aláírása 4. A szakdolgozat szövegoldalt, db rajzot, egyéb mellékletet tartalmaz. 5. A szakdolgozat bírálatra bocsátható nem bocsátható A bíráló neve:.. Miskolc, tanszékvezető aláírása 6. Osztályzat: a bíráló javaslata:.... a tanszék javaslata:.... a Záróvizsga Bizottság döntése:.... Miskolc,. a Záróvizsga Bizottság elnökének aláírása Oldal 3

Oldal 4

Tartalom 1. Bevezetés... 7 2. A technológia működése... 8 2.1 A sósavgáz keletkezésének folyamata (2.1 ábra)... 8 2.2 A kompresszor technológiai működése... 10 2.2.1 Általános biztonságtechnikai előírások... 10 2.2.2 Működési paraméterek... 10 2.2.3 Felépítés... 11 2.2.4 A kompresszor fokozat (VRa 136s) működési elve [3]... 12 3. Az új rendszerrel szemben támasztott követelmények... 14 3.1 A rendszer irányítástechnikai felépítése... 14 3.2 Az új rendszerrel szemben támasztott követelmények megfogalmazása... 15 4. A technológia műszerezettsége... 18 4.1 Érzékelők és távadók... 18 4.1.1 Nyomás távadók... 18 4.1.2 Hőmérők... 19 4.1.3 A tengelyelmozdulás érzékelő... 19 4.1.4 Érzékelők... 19 4.1.5 Helyi mutatások... 20 4.2 Beavatkozó szervek... 20 4.3 A telepített műszerek robbanásvédelme... 21 4.4 K-3671 P&ID... 21 5. A technológia PLC-s vezérlésének tervezése... 23 5.1 A vezérlés hardware-es tervezése... 23 5.1.1 Az új PLC kiválasztásának szempontjai... 23 5.1.2 A modulok által megvalósított feladatok... 24 5.1.3 A vezérlő szekrényben található berendezések... 27 5.2 A vezérlés software-es tervezése... 29 5.2.1 VRa típusú csavarkompresszor működési leírása... 29 6. A technológia PLC-s vezérlésének megvalósítása... 34 6.1 A PLC program elkészítése... 34 6.1.1 A PLC típus kiválasztása... 34 6.1.2 A program felépítése... 35 6.2 A HMI felület... 47 Oldal 5

6.2.1 Méréshatár beálltások képernyő elkészítése... 49 6.3 A vezérlés üzembe helyezése... 52 7. Összegzés... 54 8. Summary... 55 Irodalomjegyzék... 56 Ábrák jegyzéke... 57 Mellékletek Jegyzéke... 58 Oldal 6

1. BEVEZETÉS A BorsodChem fő profilját napjainkban az izocianát, azaz műanyag alapanyaggyártás határozza meg, melynek végtermékeit számos helyen (autóipar, cipőgyártás stb.) felhasználják. Jelenleg 4 üzem, két féle alapanyagból gyárt valamilyen izocianátot, ezek a következőek: TDI-1, TDI-2 ezek toluol alapú technológiák, valamint az MDI-1 és MDI-2 üzemek, melyek metilén alapú technológiák. Az MDI (Metilén Difenil Diizocianát) gyártása során melléktermékként sósav gáz szabadul fel. Ennek a gáznak egy részét visszaforgatják a rendszerbe, a másik részét pedig a VCM üzem használja fel. A megvalósítandó feladat során a BorsodChem Zrt. MDI-2 üzemében található K-3671-es tervjelű sósavgázt szállító kompresszor vezérlésének átalakítását kellett megoldani. Mivel a sósavgáz elszállításának képessége kulcsfontosságú a folyamatos üzemelés szempontjából, ezért a kompresszor biztonságos és folyamatos működését biztosítani kell. A kompresszort 2004-ben a hozzá tartozó műszerekkel, PLC -vel és a megírt programmal együtt telepítették. A gyártó nem tette lehetővé a PLC program bármilyen módosítását, letöltését. Az MDI-2 üzem részéről időközben felmerült új igények (új hőfok és rezgésmérő érzékelők), és az eredeti PLC Hardverének állapota amelynek nem lett kialakítva megfelelő védelem a technológiából kijutó sósavgáz ellen indokolttá tette a komplett vezérlés cseréjét és a program megírását. A vezérlő rendszer központi eleme a PLC. A PLC (Programmable Logical Controller) egy olyan programozható logikai vezérlő egység, amely remekül használható gyártósorok, berendezések, ipari folyamatok vezérlésére, szabályozására. Amint a neve is mutatja, a PLC a vezérlési és szabályozási funkciókat a rajta futó szoftver segítségével valósítja meg. A működtető programot egyszerű személyi számítógépen el lehet készíteni, ha a birtokunkban van a PLC gyártó specifikus szoftver. Felépítésük alapján a PLC-ket kompakt illetve moduláris kialakítás szerint csoportosíthatjuk. Az itt használt PLC moduláris kialakítású, amit közepes vagy nagyméretű ipari folyamatok vezérlésére fejlesztettek ki, ennek megfelelően a közepes és nagy teljesítményű PLC k ismertetője ez a felépítés. Jellemzője, hogy a PLC valamely speciális funkciót önmagában megvalósító modulokból épül fel (tápegység modul, CPU modul, kommunikációs modul,i/o modulok, stb.). A modulok segítségével a PLC könnyen skálázható az adott feladatra. Ezen kialakítás előnye, hogy a rendszer konfigurációja könnyen átalakítható. [1]. Oldal 7

2. A TECHNOLÓGIA MŰKÖDÉSE 2.1 A sósavgáz keletkezésének folyamata (1. ábra) Az MDI egyik fő alapanyaga az MDA (Metilén Difenil Diamin) másik fő alapanyaga a cseppfolyós foszgén (COCL 2 ). Az MDA t formalinból, anilinből és sósavoldatból egy reaktorban, a foszgént pedig szén-monoxidból és klórból katalizátor segítségével a foszgéngyártó reaktorban állítják elő. Az MDA keletkezésekor túl sűrű ahhoz, hogy szállítható legyen így szükség van a hígítására, melyet egy szerves oldószerrel, ODCB-vel oldanak meg.[2] Az MDI előállítása a foszgénező reaktorban történik. Itt adagolnak 1 rész ODCB-s MDA - hoz 1,25 rész cseppfolyós foszgént a reakció maradéktalan sikeressége miatt. A reakció során MDI keletkezik, amely azonban még tartalmaz a minőséget negatívan befolyásoló anyagokat: sósavat (HCL), ODCB-t és foszgént. Ahhoz, hogy tiszta MDI-t kapjunk, ezt az anyagot három kolonnán kell végigvezetnünk. Mivel a tiszta MDI szempontjából szennyező anyagoknak eltérő a forráspontjuk, kolonnáról kolonnára tudjuk tisztítani a terméket. Először a foszgént távolítjuk el, azután a sósavat és legvégül az ODCB-t. [2] A sósavmentesítő kolonnából kimenő sósavgáz nagy részét visszavezetik a rendszerbe. Ezt egy abszorber segítségével tudják megoldani, amelyben, vízben elnyeletik a sósavgázt így 33%-os sósav oldatot kapnak. Ezt az oldatot visszavezetik az MDA gyártásra. A maradék sósavgázt -, amit nem tudnak visszavezetni el kell szállítani. Mivel ez a gáz körülbelül 4 bar nyomással jön le a kolonnáról, viszont a VCM üzem technológiájánál kb.8 bar nyomásra van szükség, ezért fel kell komprimálni. Ezt a szerepet tölti be a K-3671 es kompresszor.[2] Vészhelyzet esetére - ha nem tud sósavgázt fogadni a VCM és/vagy meghibásodna az abszorber építettek egy sósavgáz megsemmisítő blokkot. Itt a sósavgázt lúgban nyeletik el és ilyenkor sólé keletkezik. Ha ez az állapot nem csak rövid ideig áll fent, úgy komoly anyagi veszteséget jelent.[2] Oldal 8

1. ábra A sósav gáz keletkezésének séma rajza [2] Oldal 9

2.2 A kompresszor technológiai működése 2.2.1 Általános biztonságtechnikai előírások A csavarkompresszor egységei, és mint egész, a biztonságtechnikai előírások szerint bevizsgálásra kerültek, így a technika mai állása szerint megfelel a biztonságtechnikai előírások követelményeinek. Ennek ellenére nem kizárható, hogy egy nem hozzáértő kezelés vagy használat, vagy egy nem megfelelően kioktatott személy esetén, a gép veszély okozója lehet. Így veszély keletkezhet a beavatkozó személynél, a gépre vonatkozóan, a vagyontárgyaknál és a gép által végzett munkában. Minden személy, aki a felhasználó üzemében a gép felállításával, kezelésével, karbantartásával és javításával foglalkozik, annak meg kell ismernie és értenie az üzemeltetési és karbantartási utasítást, különös tekintettel annak biztonságtechnikai előírásaira. A gépet csak arra kioktatott és megfelelően képzett személy kezelheti és használhatja. A gép kezelésének felelőssége pontosan definiált kell, hogy legyen, nehogy tisztázatlan követelmények legyenek. A gépen végzendő minden munkánál, (karbantartás, olajcsere vagy javítás, stb.) a gépet le kell állítani, feszültség - és nyomás mentesíteni kell. [3] 2.2.2 Működési paraméterek 1. táblázat A kompresszor üzemelési paraméterei[3] Adatok Mértékegységek Szállított gáz HCl gáz I.eset II.eset Belső nyomásviszony 1,5 1,5 Gázállandó 230,7 230,7 R(J/kgK) Szívási hőmérséklet -2-2 C Kilépő hőfok 66 71 C Szívási nyomás 5 5 bar(a) Kilépő nyomás 9 9 bar(a) Szívó térfogat áram 1033 405 m 3 /h Szívó térfogat áram 5135 2011 Nm 3 /h Szállított tömegáram 8260 3235 kg/h N 2 felhasználás 170 Nm3/h Fő rotor fordulatszám 14.455 7.056 1/min Hajtómű típus VG 18.5 Motor fordulatszám 2950 1340 1/min Tengelyteljesítmény 179 83 kw Motor teljesítmény (névleges) 205 kw Olaj pumpa teljesítménye (névleges) 5,5 kw 2.2.2.1 Hűtés Az olajhűtő a fokozatban és a hajtóműben felmelegedett olaj visszahűtésére szolgál. A hűtés hűtővízzel történik. A kilépő olajhőmérsékletnek 45-50 C-nak kell Oldal 10

lennie. Az olajhűtő hűtőteljesítményének csökkenése esetén a vízoldali részt tisztítani kell. A maximálisan megengedett olajhőmérséklet 70 C. [3] 2.2.2.2 A szállított gáz összetétele A kompresszor által szállított gáz többféle összetevőt tartalmaz: száraz sósavgázt 98 tf%-ban, szén-monoxidot 0,01 tf%-ban, foszgént maximum 200 mg/m 3 ben és organikus szennyezőket maximum 400 mg/m 3 ben. [3] 2.2.3 Felépítés A kompresszor két fő részből áll, a VRa 136S típusú kompresszorfokozatból és a VG 18.5 típusú hajtóműből. A fokozat és a hajtómű egybeépített így szerelt az alapkeretre. A fokozat meghajtása a torziós rúdon keresztül történik. A meghajtó-rotorra ható axiális erő egy részét a ferde fogazású hajtóműkerék egyenlíti ki, miközben axiális erő maradék részét az axiális csapágy veszi fel. A kompresszor és a hajtómű zárt egységet alkot. A torziós tengely beállítását a gyártó cég végezte, üzembe- helyezés előtt ellenőrizni nem szükséges. Kompresszor méretei (H x SZ x M): 3,650 x 3,800 x 2,920 m, bruttó súlya 6.500 kg. [3] 2. ábra Egy csavarkompresszor hajtóművel [4] Oldal 11

2.2.4 A kompresszor fokozat (VRa 136s) működési elve [3] A csavarkompresszor sűrítőeleme egy térfogat-kiszorításos kéttengelyű egység, melynek működési módja hasonló karakterisztikát mutat, mint egy dugattyús kompresszor.[3] 3. ábra A csavarkompresszor sűrítő eleme[4] A sűrítő elemek (fő- és mellék-rotor) párhuzamosan helyezkednek el a sűrítő házban, és érintésmentesen szembe forognak egymással. A fő rotor négy-bekezdésű csavarelem, míg a mellék rotor 6 bekezdésű konkáv kialakítású ellenprofillal rendelkezik. Ugyanebben az arányban (4:6) vannak a szinkronfogaskerekek fogszámai, amik a rotorok szinkronfutását is 4:6 arányban szavatolják. A fő rotoron keresztül történik a kompresszor meghajtása. Egyenletes rotor forgásnál a profilok kifordulnak a fogkapcsolódásból s így nyitják a szívóoldali foghézag tartományokat, amibe aztán a szállított közeg beáramolhat. A szállított közeggel töltött foghézag radiálisan a hengerfallal és homlokirányban a nyomóoldali lemezzel lezárt. A rotorok további forgásánál megindul a belső sűrítés.[3] A szívóoldaltól a nyomóoldal felé haladva kezd bekapcsolódni a fő rotor egy fogprofilja a mellék rotor szállított közeggel töltött foghézag profiljába. Itt menetközben csökken a foghézag-tartomány, s így a benne található szállított közeg, sűrítésre kerül. Ez a belső sűrítés abban a pillanatban fejeződik be, amikor a rotor fejek átmetszik a kompresszorházba nyomóoldalon beillesztett vezérlő éleket és így nyitják a sűrített Oldal 12

szállított közeggel töltött foghézagokat. A kompresszorházba beillesztett vezérlő élek nagysága határozza meg a belső térfogatarányt. A foghézag tartomány nyitása után a nyomóvezetékben lévő nyomás ellenében kinyomja a szállított közeget a foghézag tartományból. A beépített térfogataránynál az üzemi nyomáskülönbség mindig kicsit kisebb.[3] Csavarkompresszorokat nem szabad zárt szívó és nyomó szelepekkel működtetni a kényszerű sűrítés és szállítás miatt. 4. ábra A kompresszor működési elve [3] Oldal 13

3. AZ ÚJ RENDSZERREL SZEMBEN TÁMASZTOTT KÖVETELMÉNYEK 3.1 A rendszer irányítástechnikai felépítése Ahhoz, hogy az új irányító rendszerrel szemben meg tudjam fogalmazni a követelményeket először meg kellett értenem a régi rendszer felépítését. Ehhez készítettem a következő ábrát: 5. ábra A rendszer irányítástechnikai felépítése Az 5. ábra mutatja meg a rendszer felépítését. Az ábrán látható irányított rendszer alatt magát a kompresszort értjük. Amint láthatjuk a folyamat irányítását a PLC végzi az érzékelők, távadók valamint a beavatkozó szervek segítségével, amelyek minden fontosabb adatukkal megtalálhatóak a mellékelt műszerjegyzékben. Mindezt csak úgy tudja megvalósítani, hogy az érzékelők és távadók megtalálhatók mind az irányított rendszer előtt, mind utána, egyfajta visszacsatolást adva a PLC-nek, a folyamatban végrehajtott - a beavatkozó szervek segítségével változtatások eredményeiről. Amint az ábrából kiderül a műszerszobán csak a folyamat monitorozására van lehetőség a PLC és a DCS közötti MODBUS kapcsolaton keresztül. A PLC programon kívül, csak a HMI (Human Machine Interface) -n keresztül, a kezelő személyzet tud beavatkozni a folyamat működésébe. Oldal 14

3.2 Az új rendszerrel szemben támasztott követelmények megfogalmazása Ezen tények alapján az új rendszerrel szemben több követelmény is megfogalmazódott. Az első ilyen követelmény, hogy képes legyen kezelni az összes, a gép felől érkező információt. Ezeket az információkat a gépen található érzékelők és távadók biztosítják számunkra. Ahhoz, hogy ennek a követelménynek eleget tegyünk meg kellett vizsgálni a kezelendő érzékelők és távadók jeleinek mennyiségét és típusát. Ezek a jelek lesznek tehát a PLC bemeneti jelei, amelyeket alapvetően két típusra bonthatunk, analóg és digitális (kétállapotú) jelekre. Így tehát 12 darab analóg jelet kell feldolgoznunk. Ezeket a jeleket tovább bonthatjuk a következők szerint: rendelkezésünkre áll 6 darab, nyomás távadó 4-20 ma-es kimenetekkel, és 6 darab Pt100-as ellenállás hőmérő, amelyek nincsenek távadóval felszerelve. Digitális jelből 15 darabot kell értelmeznünk. Ezek a következőek lesznek 3 darab nyomógomb, 3 jel érkezik a kompresszor állapotáról a villamos kapcsoló szekrényből (futásjelzés, hibajelzés, jelzés távoli indításról), 2 jel érkezik a segéd olajszivattyú állapotáról (futásjelzés, hibajelzés), 1 jel az olajfűtés állapotáról, 1 olajszint kapcsoló jele, 1 olajnyomás kapcsoló jele és 4 darab olajáramlás kapcsoló jel. A második követelmény, hogy a rendszer képes legyen működtetni a beavatkozó szerveket. Beavatkozó szerv alatt jelen esetben két szabályozó szelepet értünk, melyek működtetésük szempontjából eltérnek egymástól. Az egyik szelep pneumatikus működtetésű. Található rajta egy elektro-pneumatikus pozícionáló, így a működtetéséhez 4-20 ma-es kimeneti jelre van szükség a PLC-től. Ez lesz az egyetlen analóg kimenetünk. A másik szelepet egy 230V-os villanymotor működteti. Ennek a működtetése a PLC részéről két digitális kimeneti jelet fog igényelni. Digitális kimenetekre a következő feladatok megvalósítására van még szükség: a főmotor, a segédolaj szivattyú és az olajfűtés start illetve stop parancsának kiadása (3 kimenet) és szükség van még egy-egy kimenetre a hiba előjelzésre és a vészlekapcsolás jelzésére. Ez tehát 7 darab digitális kimenetet jelent. A harmadik elvárás, hogy a működési leírás alapján, a program úgy készüljön el, hogy a meghatározott beérkező üzemi működési paraméterekre, a helyes működéhez szükséges választ adjon a beavatkozó szerveken keresztül. A működési leírást a program tervezésénél fogom szemléltetni. Oldal 15

Fontos követelmény még a gép biztonságos működésének a biztosítása. Ez két összetevőből áll. Egyrészt a vezérlőszekrényben olyan berendezéseket kell alkalmazni, amelyek vészhelyzet során képesek megállítani a gépet ( EMG gomb és a hozzátartozó relé), másrészt a programban a megfelelő reteszfeltételeket kell használni. Amennyiben nem teljesül valamely megadott működési feltétel az előbb egy figyelmeztetés küld a kezelőnek, majd ha átlépi a beállított reteszértéket, akkor valamilyen előre beállított akciót indít el a vezérlő program. Ilyen akció lehet az olajpumpa indítása vagy leállítása, a by-pass ág kinyitása a PV-3619-es szelep segítségével, az olajfűtés bekapcsolása, alarmüzenet küldése a helyszíni megjelenítő panelre vagy végső esetben a gép leállítása. Ezeket a reteszértékeket és az általuk indított akciót szemlélteti a következő táblázat. 2. táblázat Reteszlista Jelek K-3671 STOP OILPUMP START OILPUMP STOP PV-3619 OPEN Alarm üzenet a helyi panelen TAG-név Alarm BYPASS Logik. Idő Alarm - érték lehetőség késlelkapcs Megjegyzés tetés PIC3619 LL 2.5bar Suction pressure X X 0 X X VI3620_1 LL -500um K-3671 tengely elmozdulás mérés X X 0 X X VI3620_1 HH 500um K-3671 tengely elmozdulás mérés X X 0 X X TI3634 HH 40 C Suction temp. X X 0 X X TI3636 HH 130 C Discharge temp. X X 0 X X TI3637 HH 70 C Oil temp. X X 0 X X TI3639_1 HH 135 C Motor temp. X X 0 X X TI3639_2 HH 135 C Motor temp. X X 0 X X TI3639_3 HH 135 C Motor temp. X X 0 X X PI3635_2 LL 1.5bar *Ind. 80sec 15sec Bearing oil pressure X X 0 X X PI3635_4 LL 0.5bar 15sec Return oil pressure X X 0 X X PI3624 HH 9.5bar Discharge pressure X X 0 X X PI3635 LL 0.5bar *Ind. 80sec 15sec Bearing lube oil press. X X 0 X X PDI3633 LL 0.1bar AND N2 diff. pressure (PI3632-PI3619) X X 0 X X COMPR_FUT TRUE Compressor running X PDI3635 LL 1.5bar AND 15sec Oil diff. pressure (PI3635-PI3635.4) X X 0 X X COMPR_FUT TRUE Compressor running X LSA3614 FALSE Oil level min. switch X X PSL3636 FALSE *Ind. 80sec 15sec Oil press. min. switch X X 0 X X FSL3662_1 FALSE *Ind. 80sec 15sec Oil flow low switch X X 0 X X FSL3662_2 FALSE *Ind. 80sec 15sec Oil flow low switch X X 0 X X FSL3662_3 FALSE *Ind. 80sec 15sec Oil flow low switch X X 0 X X FSL3662_4 FALSE *Ind. 80sec 15sec Oil flow low switch X X 0 X X EMG_PB FALSE Emergency stop X X 0 X X COMPR_FAIL TRUE Compressor failure (vill.) X X 0 X X COMPR_CTRL _FAIL TRUE Compressor Control Fail (Block) X X 0 X X *Ezek a reteszek a segéd olajszivattyú indulásától számított 80 másodperc múlva élesednek! Oldal 16

A reteszekhez kapcsolódóan megfogalmazódott az az elvárás is, hogy amikor valamelyik reteszparaméter eléri az előjelzési értéket vagy leállítja, a gépet az egyértelműen beazonosítható legyen. Ez nagyon fontos ahhoz, hogy a hiba kivizsgálása során megállapítható legyen, hogy karbantartás szükséges-e, ami jelentheti az olajszűrő tisztítását vagy valamelyik műszer meghibásodásának elhárítását. Az ötödik elvárás az új rendszerrel szemben egy olyan egyszerű és átlátható kezelői felület megalkotása, amelyen egyszerűsége ellenére minden, a működtetés szempontjából elengedhetetlen objektum megtalálható. Fontos elvárás volt még az új rendszerrel kapcsolatban, hogy a régihez hasonlóan a műszerszobában képesek legyenek a technológia monitorozására, de biztonsági szempontok miatt beavatkozásra csak a helyszínen legyen lehetőség. Oldal 17

4. A TECHNOLÓGIA MŰSZEREZETTSÉGE 4.1 Érzékelők és távadók Az érzékelők és távadók képzik a PLC-re érkező analóg illetve digitális bemenetei jeleket. A mi rendszerünkben az analóg jelszint a 4-20mA (24V tápfeszültség), a digitális jelszint a 0-24V. Jelen esetben az analóg jeleket a nyomás távadók és a hőmérsékletérzékelők képzik. A nyomás távadók a megadott mérési tartomány 0-100%-át rendelik hozzá a kimenetükön kiadott 4 20mA-hez. 4.1.1 Nyomás távadók A kompresszoron 6 darab Emerson 2088 G3S33 B2 ED Q4 EEx d IIC T6 típusú nyomás távadó található, amelyeknek a jelét a PLC dolgozza fel. Az azonosító kód a távadó tulajdonságaira utal, amelyet a gyártói katalógusból lehet visszafejteni. Ez alapján ezek a távadók túlnyomásos kialakításúak (G- Gauge), -1.01 55.2 bar nyomást képesek elviselni károsodás nélkül,4-20 ma DC kimenettel rendelkeznek, valamint képesek a HART protokoll szerinti kommunikációra [5]. A HART protokoll lényege a 4-20 ma-es DC kimeneti jelre szuperponált váltakozó szinusz jel a Bell 202-es eljárás alapján. Ez tehát egy frekvenciamodulált jel, ahol a 0 bitinformációt a 2200 Hz frekvenciájú, az 1 bitinformációt az 1200 Hz frekvenciájú szinusz jel jelenti. A HART protokoll segítségével képesek vagyunk az ilyen típusú távadóinkat vagy a távolból vagy egy terepi kommunikátor segítségével paraméterezni, diagnosztikát elvégezni [6]. A típuskódból még az is kiderül, hogy a membrán anyaga, ami a mért közeggel közvetlen kapcsolatban van hastelloy C-276-ből készült, G ½ -os csatlakozása van, és ATEX-es és kalibrációs tanúsítvánnyal rendelkeznek. Az EEx jelölés szerint d típusú robbanásvédelmi móddal vannak ellátva. A IIC robbanóképes gázcsoportban is alkalmazhatóak (pl: hidrogén) és a T6-os hőmérsékleti osztályba tartoznak, ami azt jelenti, hogy 85 C a maximális hőmérséklet, amiben a műszerek még működőképesek [5]. Ezeket a nyomás távadókat a következő mérésekre használjuk a kompresszoron: a PT 3619-el a szívóági sósav gáz nyomását, a PT 3624-el a nyomóági sósavgáz nyomását, a PT 3632-vel a nitrogénnyomást, a PT 3635-el a csapágyak kenőolajának nyomását, a PT 3635.2-vel az általános olajnyomást a PT 3635.4-el pedig a visszatérő olaj nyomását mérjük meg. Oldal 18

4.1.2 Hőmérők A kompresszoron 6 darab hőmérséklet távadó található meg, ezek kimeneti jeleit a PLC programban feldolgozzuk. Ebből 3 darab a villanymotorban helyezkedik el. Ezeket a villanymotor gyártója, a Schorch helyezte el a főmotorban, és a tekercshőmérsékleteket mérik (U, V, W). Pozíciószám szerint a TE 3638.1, TE 3638.2 és a TE 3638.3. Ezek 2 vezetékes Pt100-as hőmérők, amelyek jelvezetékei közvetlenül csatlakoznak a PLC RTD moduljának bemeneteire, ahova 4 vezetékes hőmérőként vannak bekötve. A másik három hőmérő Emerson 065 D21D0035 D0150 G26EEx d IIC T4 típusú. Az azonosító kód itt is az érzékelő tulajdonságaira utal, amelyet a gyártói katalógusból lehet visszafejteni. Ez alapján ezek 4 vezetékes Pt100-as ellenállás hőmérők,150 mm-es benyúlási hosszal,1.4404-es típusú rozsdamentes acél védőcsővel, melynek beépítési mérete ½ NPT.A műszerek d típusú robbanásvédelmi módot alkalmaznak, a IIC robbanóképes gázcsoportban is alkalmazhatóak (pl.: hidrogén) és a T6-os hőmérsékleti osztályba tartoznak,ami azt jelenti,hogy 135 C a maximális hőmérséklet amiben a műszerek még működőképesek. Ezek a hőmérők se tartalmaznak távadókat, az érzékelők itt is közvetlenül vannak bekötve a PLC RTD moduljába.[6] A hőfok érzékelőket a következő üzemi paraméterek mérésére használjuk: a TE 3634-el a szívóági sósavgáz hőmérsékletét, a TE 3636-al a kilépő sósavgáz hőmérsékletét, a TE 3637-el pedig az olaj hőmérsékletét mérjük meg. 4.1.3 A tengelyelmozdulás érzékelő A tengelyelmozdulás érkezelő (VE 3620) abból a szempontból speciális eset, hogy a jelfeldolgozó és a jelátalakító egysége a vezérlőszekrényben található. A jelfeldolgozó egység az érzékelőtől kapott jelet alakítja át 0-20V-os feszültséggé. Ez egy Bently Nevada gyártmányú 3300 XL 5/8 mm Proximitor Sensor, amelynek külön 24V-os tápellátásra (fordított polaritású) van szüksége. Ahhoz, hogy a 0-20V-os jelet a PLC fel tudja dolgozni, át kell alakítani 4-20 ma-es áramjellé. Erre egy Datcon gyártmányú DT130/U20I4 típusú leválasztót használunk, ami 0-20V-os bemenettel és 4-20 ma-es kimenettel rendelkezik. 4.1.4 Érzékelők A digitális jeleket a szintkapcsolók, nyomáskapcsolók és az áramláskapcsolók állítják elő. Mindegyik kapcsolóban közös,hogy vagy 0V-ot, vagy 24V-ot adnak a Oldal 19

kimenetükön kapcsoláskor,attól függően,hogy NO (Normal Open) vagy NC (Normal Close) a működésük,beállításuk. Ezt a szekvencia határozza meg. Szintkapcsolóból egy darab van, az LSL 3614, amivel az olaj szintjét figyeljük. Ez egy Endress Hauser FTL 50KGR2AA465A típusú kapcsoló. Nyomáskapcsolóból a PSL 3636-ot használjuk arra, hogy a minimum olajnyomás mindig meglegyen a rendszerben. Ez a United Electric Controls J120 S358 típusú nyomáskapcsolója. Áramláskapcsolóból négy darab van, mindegyik az olajkörben figyeli, hogy mindig meglegyen a minimum olajáramlás. Ezek Meister gyártmányú DWM/A -18 típusú áramláskapcsolók. 4.1.5 Helyi mutatások A gép műszerparkjában helyet kaptak helyi mutatásra, tájékoztatásra való műszerek. Ezen műszerek mért értékeit nem használja a vezérlő program. Ezen célra a következő műszerek lettek telepítve: a nitrogén áramlás ellenőrzésére egy darab Fischer Rosemount MT3809E-1-3-DDCAA1A1 típusú rotaméter, a hőmérsékletek ellenőrzésére 5 darab Wika S 7304 CNr 2 Thermowell BS 9170 típusú bimetál hőmérő és a nyomások ellenőrzésére 9 darab Wika 233.50 típusú manométer. 4.2 Beavatkozó szervek A beavatkozó szerveket a PLC analóg illetve digitális kimeneti jelei vezérlik. Az analóg jelszint a 4-20mA (24V tápfeszültség), a digitális jelszint a 0-24V. A fő gáz ág szabályozása a by-pass ágba épített PIC 3619 tervjelű pneumatikus szabályozószeleppel történik. Ez egy Samson gyártmányú 241-7/3277 típusú, elektropneumatikus pozícionálóval felszerelt csúszószáras szabályozószelep. A PLC jele a szelepen található elektro-pneumatikus pozícionálóra érkezik, amely a kapott elektromos jelnek megfelelő (ma) - a szelepszár arányos elmozdulásához szükséges - levegőnyomást juttat a kalapra. A beépítési mérete DN 80-as a nyomásfokozata pedig PN 40-es. További jellemzője a K VS érték, ami azt a vízmennyiséget jelenti m 3 ben amely 15 o C-os hőmérsékleten az adott szelepen átfolyik 1 bar (g) nyomásesés esetén egy óra alatt, ez a mi esetünkben 70-es érték. A szabályozás történhet szívó oldali illetve nyomó oldali nyomásra. (Ezt a technológiai leírás szerint kell eldönteni.) A PLC - ben történő átkapcsoláskor a szabályozás jellege (egyenes / fordított) automatikusan Oldal 20

átváltásra kerül. Ez nem befolyásolja azt a tényt, hogy az indításnak mindig nyitott bypass szeleppel kell történnie. Az N 2 nyomáskülönbség szabályozása a PIC 3632-es tervjelű szabályozószeleppel történik. Ez egy Samson gyártmányú DN15-ös beépítési méretű, PN16-os nyomásfokozatú 230V-os villanymotoros szabályozószelep. A PLC az egyik digitális kimenetéről egy relé, és a programban található PID funkció segítségével működteti. Ez a szabályozó a mindenkori szívónyomáshoz képest biztosítja a nitrogén túlnyomást. A szelep üzemen kívüli gép esetén lezárható (ha álló gépnél nem akarunk nitrogénfogyasztást). A fenti beavatkozókon kívül találhatóak a gépen kézi elzáró szerelvények, visszacsapó és segédenergia nélküli biztonsági szelepek. 4.3 A telepített műszerek robbanásvédelme A kompresszor olyan térségben helyezkedik el, ahol az éghető anyagból, - amely esetünkben ODCB gőz és levegő keverékéből álló robbanásveszélyes anyag normális működés közben nem valószínű, hogy előfordul, de ha mégis előfordul,csak rövid ideig marad fenn,tehát a terület Zóna 2-es besorolású. Amint a kompresszoron használt műszerek típusából látható, hogy robbanásvédelmi szempontból, az Ex d, azaz a nyomásálló tokozat használatára esett a választás. Ez egy olyan védelmi mód, amelynél a robbanóképes közeg gyújtását okozó részek egy olyan házon belül kerülnek elhelyezésre, amely képes a házon belül lévő robbanóképes elegy robbanási nyomásának ellenállni és megakadályozza a robbanás továbbterjedését külső robbanóképes közegre. A technológiailag elkerülhetetlen rések akkora méretűek, hogy a kiáramló forró gázok, az alatt az idő alatt, amíg elérik a tok külső részét, elvesztik az energiájukat.[8] 4.4 K-3671 P&ID A P&ID rajz a (nagyobb) technológiai berendezések leírására szolgál. Grafikusan tartalmazza a technológiai összefüggéseket, a résztechnológiáknak és berendezéseknek az egységes jelöléseit. Nevéhez hűen (Piping and Instrumentation Diagram) a csővezetékek összefüggéseire épül, és ezt egészíti ki a technológiai részrendszerekkel, műszerekkel, beavatkozó szervekkel. Az átláthatóság megkönnyítése Oldal 21

céljából a P&ID ellátható jelölés magyarázatokkal. Ilyen például az áramló közeg szerint színekkel megkülönbözetett csőszakaszok vagy az egyes berendezések jelmagyarázata. A P&ID séma egységes és nemzetközi jelölésrendszert használ, melyeket több szabvány (DIN 2429, EN 62424, DIN EN ISO 10628, ISO 3511) is rögzít. A berendezések egységes betűjelzéseit is szabvány (EN 62424/ISO 3511 - ISA S5.1) határozza meg.[9] A méréseket kör vagy négyzet szimbólumok jelölik, két sor információval. Felül a mérés típusa (egység prefixuma) található. A mérés típusa lehet átfolyó mennyiség (FI), nyomás (PI), hőmérséklet (TI), szint (LI), stb., mérés. Amennyiben a mérés típusa ki van egészítve egy C betűvel (Control), akkor már szabályozásról beszélünk, tehát a mérőkörhöz tartozik valamilyen beavatkozó egység is. Alul az egység azonosító száma található. A számozás mindig berendezés és megbízófüggő. A mérés típusát és az egység számát elválasztó vonal (vagy annak hiánya) az egység jellegére utal.[9] 6. ábra Mérések jelölése a P&ID- n [9] A K-3671 P&I diagramját mellékletként csatoltam. Oldal 22

5. A TECHNOLÓGIA PLC-S VEZÉRLÉSÉNEK TERVEZÉSE 5.1 A vezérlés hardware-es tervezése A hardware-es tervezés célja, hogy meghatározzuk a feladat megvalósításához szükséges eszközöket. 5.1.1 Az új PLC kiválasztásának szempontjai A PLC- s vezérlés tervezésének első lépése a PLC kiválasztása, ami a következő szempontok figyelembe vételével történt: - megbízhatóság - kedvező ár/érték arány - a megvalósítandó feladathoz szükséges ki illetve bemenetek száma - a program megfelelő futtatásához szükséges CPU kapacitás - monitorozási lehetőség MODBUS kommunikáción keresztül - helyi kezelőfelülettel való összekapcsolás lehetősége (Ethernet Port) - ismert programozói kezelőfelület - egyszerű üzembe helyezés - modern eszköz, amely alkatrész utánpótlása hosszú távon megoldott - moduláris felépítés Ezen feltételeknek tesz eleget a kiválasztott Siemens 1200-as PLC család, amelyből a következő konfigurációra esett a választás: 3. táblázat Az új PLC konfigurációja Modul megnevezése/adatai DIN sín: szél.:35mm;hossz.:530mm CPU 1215C (14 DI 24V DC; 10 DO, Relés kimenet;(2 AI, 2AO), (2 PROFINET PORT) Tápegység 24V DC Analóg bemenet 8 AI; 13-bit Analóg bemenet 8 AI, resistor, RTD Kommunikációs modul CM 1241,RS422/485 Signal board DI 2 x 24 V DC, DO 2 x 24 VDC Analóg kimenet 2 AO; 14-bit Digital I/O, 16 DI, 24V DC / 16 DO, 24V DC TP900 Comfort Érintőképernyős megjelenítő panel Gyártói azonosítószám 6ES5710-8MA21 6ES7215-1HG31-0XB0 6ES7231-4HF32-0XB0 6ES7231-5PF30-0XB0 6ES7241-1CH31-0XB0 6ES7223-0BD30-0XB0 6ES7232-4HB32-0XB0 6ES7223-1BL32-0XB0 6AV2124-0JC01-0AX0 Oldal 23

5.1.2 A modulok által megvalósított feladatok 5.1.2.1 A központi feldolgozó egység: a CPU (Central Processing Unit) A központi feldolgozó egység futtatja a felhasználói programot és vezérli a további egységeket. A felhasználói program a memóriában tárolódik, ami lehet a RAM (Random Access Memory azaz tetszőleges hozzáférésű memória) vagy az EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory azaz elektromosan törölhető, programozható, csak olvasható memória). Az EEPROM-ban maga a program hajtódik végre, ennek mérete 4 Mbyte, ami speciális Siemens gyártmányú memóriakártyával bővíthető, és ez a memória típus tápfeszültség nélkül is megőrzi a tartalmát. A program fejlesztése PC-n (személyi számítógépen) történik, és a kész program már a CPU processzorának gépi kódjában kerül át a PLC EEPROM-jába. Ez a PLC nem rendelkezik speciális, előlapi programozási lehetőséggel. A központi vezérlőegység címezi a kimeneti és a bemeneti egységeket és utasításokat ad az intelligens feldolgozóegységeknek. [10] A 1215C típusú CPU-nak 24V DC tápellátásra van szüksége. 10 darab relés, digitális kimenettel rendelkezik, amik dokumentáció alapján 10 millió kapcsolásra vannak tervezve. Továbbá rendelkezik még 14 darab integrált digitális bemenettel és 2-2 darab analóg ki- illetve bemenettel. A CPU feldolgozási ideje az elvégzendő művelet típusától függ. Ez azt jelenti, hogy amíg bit műveletek esetében ez 0.085 µs/utasítás, addig word típusú műveleteknél 1,7 µs/utasítás és aritmetikai műveleteknél (összeadás, kivonás, szorzás, osztás, stb.) már 2,5 µs/utasítás. Ezek a paraméterek megfelelőek az irányítási feladatunk számára [11]. A megvalósítandó feladat során tehát a következőkre használtam a CPU be és kimeneteit: A CPU digitális bemeneti fogadják a közvetlenül a szekrény ajtajáról érkező kompresszorindítási, leállítási és vészleállítási parancsait (nyomógombok). A villamos kapcsolószekrényből fogadja a főmotor futásjelzését, a hibajelzését és egy jelzést, ha távoli indítás történik. Hasonló módon fogadják a segédolaj szivattyú, futás-, és hiba jelzését, az olajfűtés hibajelzését valamint az LSL 3614 szintkapcsoló és a PSL 3636 nyomáskapcsoló jeleit, tehát összesen 11 digitális bemeneti csatornát használ. A CPU relés, digitális kimenetei segítségével kiadom a főmotor, a segédolaj szivattyú és az olajfűtés indítási illetve leállítási parancsát és kiadom a PIC 3632-es motoros nitrogénszabályozó szelep, nyitó illetve záró parancsát. Oldal 24

A CPU két analóg bemenete csak feszültséget tud fogadni. Ide érkezik be a főmotor által felvett áram nagyságáról tájékozató 0-10V-os analóg jel. A CPU további meghatározó jellemzői, a megengedhető működési hőmérséklettartománya (-20 - +60 C), a fizikai mérete (130mm x 100mm x 75mm (sz x h x m)), valamint hogy rendelkezik 2 darab PROFINET csatlakoztatási lehetőséggel. Ezek közül csak az egyiket használjuk fel, még pedig arra, hogy egy Ethernet kábel segítségével összekapcsoljuk a PLC-t a TP900-as HMI-vel.[11] 5.1.2.2 Az analóg bemeneti modul Az analóg bemeneti modul időben folyamatosan változó, két szélső határ között bármilyen értéket felvenni képes amplitúdójú jeleket fogad (hőmérséklet, nyomás, áram, feszültség, hőmérséklet, áramlás, ellenállás stb.).az analóg bemeneti egységek A/D átalakítók segítségével konvertálják digitális kóddá a bemenetre érkező analóg jelet. A mi konfigurációnkban 2 darab, különböző analóg bemeneti modul kapott helyet. Az egyik egy normál 8 csatornás AI (Analog Input), amelyre a nyomás távadók 4-20 ma-es jelei érkeznek. Ezek a következő távadók jelei: PT 3619, PT 3624, PT 3612, PT 3635, PT 3635.2, PT 3635.4, tehát összesen 6 darab analóg bemeneti csatornát használok ezen a modulon. Működési hőmérséklettartománya megegyezik a CPU paramétereivel, fizikai méretei pedig 45mm x 100mm x 75mm (sz x h x m).[12] A másik AI modul egy 8 csatornás RTD modul. Az RTD (Resistance Temperature Detector, azaz ellenállás-hőmérő) modul a nevéhez hűen közvetlenül képes fogadni az ellenállás-hőmérők érzékelőit a bemenetre, nincs szükség távadókra a körökben. Ezzel a modullal tehát mind a 6 darab hőmérő jelét fel lehet dolgozni, amelyek a következőek: TE 3638.1, TE 3638.2, TE 3638.3, TE 3634, TE 3636 és a TE 3637. 5.1.2.3 Az analóg kimeneti modul Az analóg kimeneti modulok a PLC program futása közben számolt digitális értékeket alakítják át D/A (Digital/Analog) konverter segítségével analóg jellé. Az analóg kimenetek alkalmasak folyamatosan működő szabályozó-beavatkozó szervek működtetésére.[10] Az SM1232-es analóg kimeneti modul a PIC 3619 sósavgáz szabályozó szelep 4-20 ma-es vezérlését valósítja meg. Oldal 25

5.1.2.4 Kommunikációs modul A kommunikációs egység feladata, hogy az irányított folyamatokat a műszerszobában is láthatóvá tegye. A mi rendszerünkben ezt egy CM 1241-es kommunikációs modul valósítja meg, mégpedig a következő módon. A CM 1241-en található egy SUB D9-es csatlakozó. Ezen keresztül tud a PLC csatlakozni az kiépített Yokogawa gyártmányú, elosztott intelligenciájú folyamatirányító rendszerhez, azaz a DCS (Distributed Control System)-hez. A kommunikációt a MODBUS kommunikációs protokoll valósítja meg RS 485-ös szabványú fizikai rétegen keresztül. A MODBUS egy master-slave (mester-szolga) alapú protokoll. Ez a mi esetünkben azt jelenti, hogy a DCS a master, tehát ő folyamatosan lekéri az adatokat a slave-nek beállított PLC-től [13]. Ezt csak akkor tudja megvalósítani, ha a DCS-ben található AMC 12-es kommunikációs kártya és a CM 1241 egy nyelvet beszél. Ez alatt azt értem, hogy a két modul beállításai szinkronban vannak. Az RS 485-ös fizikai réteg egy 2 vezetékes csavart ér párat jelent, amelyen biztonságosan lehet adatokat eljuttatni viszonylag nagy távolságokra. A műszerszobába a következő jelek kerülnek felküldésre: a retesznek számító műszerek értékei, a START gomb megnyomásához szükséges feltételek teljesülése és a kompresszor indításához szükséges feltételek teljesülése. 5.1.2.5 Signal board Ez egy bővítő modul, amely megnöveli a CPU be illetve kimeneteinek a számát. Ezeket az I/O-kat nem használjuk, csak tartaléknak van rájuk szükség. 5.1.2.6 A digitális bemeneti/kimeneti hibrid modul Ez egy olyan modul, ami egyaránt tartalmaz digitális be-, illetve kimeneteket is. A digitális bemeneti egységek feladata olyan jelek feldolgozása, valamint illesztése a PLC belső szintjéhez, amelyek csak két lehetséges értéket vehetnek fel. A digitális bemenetekre a kezelőszervekről (kapcsolók, nyomógombok) érkező vagy a berendezés részeinek állapotáról (végállás kapcsolók, pozíció - érzékelők) tájékoztató jeleket köthetünk [10]. Jelen esetben a 4 darab olajáramlás kapcsoló jelei érkeznek ide. A digitális kimeneti egység feladata a PLC belső jeleinek átalakítása a környezet számára. A digitális kimenetekre egy berendezés beavatkozó szervei (mágnes szelepek, villanymotorok), visszajelző lámpái kapcsolódhatnak közvetve vagy közvetlenül.[10] Mivel a CPU digitális kimenetein a legtöbb ilyen típusú jel kiadását már megoldottam így ide már csak az alarm jelzés és a kompresszor vészleállásának kijeleztetése jutott. Oldal 26

Az alarmjelzést, akkor kell kiadnom, ha valamelyik reteszérték meghaladja az előjelzésének az értékét. Ekkor a szekrény előlapján lévő Hiba előjelzés lámpa fog világítani. Reteszre vagy vészgombra történő leállításkor a Vészleállás lámpát kell bekapcsolni. 5.1.2.7 Az érintőképernyős megjelenítő panel Az új rendszerrel szemben támasztott követelmények között szerepelt, hogy rendszer kezelését egyszerű és átlátható kezelői felület segítségével biztosítsuk. Erre a feladatra a Siemens TP900 9 -os érintőképernyős TFT paneljét választottam. Ez a modul valósítja meg az ember és a vezérlés közötti kapcsolatot, tehát ez a HMI (Human Machine Interface). A HMI-t is külön programozni kell PC-n futó programozói felülettel. Az a feladata, hogy kezelőfelületet adjon, amivel a két szabályozó szelepet lehet vezérelni, a működési paramétereket nyomon lehet követni és a PLC-től érkező üzeneteket meg lehet jeleníteni. A TP 900-as panel Ethernet (a Siemens esetében PROFINET) kapcsolaton keresztül kapcsolódik a PLC-hez. Ebbe a modulba 2 darab memóriakártyát lehet tenni. Az egyik hely a speciális Siemens kártyának fenntartott, a másik foglaltba bármilyen általános SD memóriakártya illeszthető. Erre a kártyára történik az alarm lista mentése. 5.1.2.8 A tápegység A tápegységek általános feladata, hogy a rendszert megfelelő feszültséggel lássák el, a hálózati feszültséget a PLC számára átalakítsák és stabilizálják. A legtöbb esetben külön telepeket is tartalmaznak, hogy feszültség kimaradás esetén a RAM tartalma megőrizhető legyen. A mi konfigurációnkba választott 1215 C típusú CPU tartalmaz egy 24V-os tápegységet is, de mivel a vezérlőszekrényben rendelkezésre áll ez a feszültségszint, így átalakításra nincs szükség. 5.1.3 A vezérlő szekrényben található berendezések A megfelelő PLC konfiguráció összeállítása után úgy kellett kialakítani a vezérlőszekrényt, hogy minden szükséges jelet elő tudjunk állítani a PLC számára. A vezérlő szekrény az Ex-es zónán kívül helyezkedik el ezért nincs túlnyomásos védelemmel ellátva. Azért, hogy az esetlegesen kijutó veszélyes anyagok ne tehessenek kárt a szekrényben található berendezésekben, levegőöblítést (műszerlevegő folyamatos áramoltatása) biztosítottunk. A vezérlőszekrényben foglal helyet a tápfeszültségét biztosító tápegység, a PLC, a hozzá tartozó sorkapcsok, néhány érzékelőhöz tartozó Oldal 27

jelfeldolgozó egység (pl.: elmozdulás érzékelő), relék, áramátalakító. A szekrény előlapján található a HMI, és az indításhoz illetve leállításhoz tartozó nyomógombok és jelzőlámpák. 7. ábra Szekrény elrendezési terv A szekrény az üzemi szünetmentes hálózatról kapja a 230V-os betáplálást az F0, F1, F2 kismegszakítókon keresztül. A szekrényen belül a 24V-os tápfeszültséget egy Phoenix Contact gyártmányú Quint Power típusú, ipari kivitelű, megbízható tápegység biztosítja. Jellemzője, hogy 100-240V AC bemenettel és 24V DC 10A-es kimenettel rendelkezik. Az elhelyezkedési terven ez a PS-A jelölésű elem. A terven még nem szerepel, de lett beépítve mellé még egy kismegszakító biztonsági szempontok miatt. Az elmozdulás érzékelő jelfeldolgozó egységéről (a terven még nem szerepelt) és a hozzá tartozó feszültség áram átalakítóról már szó esett a fentiekben. A fordított polaritású jelfeldolgozó tápellátásáról a PS2 jelölésű tápegység gondoskodik. A szekrényben 31 darab Phoenix Contact gyártmányú 24V-os relé található a digitális ki-, ill. bemenetek kapcsolásának, illetve a PLC-t a tereptől való galvanikus leválasztásának a céljából. Az R0-ás relé feladata, hogy a vészgomb (EMG) megnyomásakor azonnal elejtse a szekrényből kilépő összes feszültséget (főmotor és segéd olajszivattyú azonnal leáll). Oldal 28

A főmotor áramfelvételét folyamatosan nyomon követjük a programban. Ez fizikailag a következőképpen valósul meg. A villamos kapcsolószekrényben egy áramváltón és egy áram távadón keresztül jut el a mi vezérlőszekrényünkbe egy 0-20 ma-es jel. Ezen jel feldolgozására egy Phoenix Contact gyártmányú MCR-C-UI-UI- DCI típusú univerzális leválasztó kártyát használtam. Ennek az egyik feladata a galvanikus leválasztás, másik feladata, hogy a 0-20 ma-es jelet 0-10V-os jellé alakítsa át. Erre azért van szükség, mert ezt a jelet a CPU-n található analóg bemenettel dolgozom fel és ez csak feszültséget képes fogadni. Ez azért univerzális leválasztó kártya, mert jumperek, és a mellékelt gyártói segédlet segítségével egyszerűen konfigurálható a kártya ki-, illetve bemenete. A szekrényben az eddig felsoroltakon kívül található még egy szerviz dugalj, illetve egy termosztát. A termosztát és a hozzá tartozó fűtőtest feladata a szekrény temperálása és a páralecsapódás elkerülése. A szekrény előlapján 4 darab jelzőlámpa található a következők jelzésére: hiba előjelzésre, a vészleállásról való tájékoztatásra, a főmotor és az olajszivattyú futásjelzésére. Az EMG gomb feladata,hogy aktiválása esetén azonnal megszakítson mindenféle elektromos tápellátást a terep felé (főmotor,olajszivattyú, stb.). A kompresszor START és STOP gombokkal indítható illetve leállítható a gép. 5.2 A vezérlés software-es tervezése A software-es tervezés célja egy folyamatábra elkészítése a működési leírás alapján. A folyamatábra fogja jelenteni a programozás alapját, tehát ennek segítségével tudjuk elkészíteni a vezérlő programot. A működési leírás a gyártói leírás és az üzemmel történt egyeztetések során vált véglegessé. 5.2.1 VRa típusú csavarkompresszor működési leírása 5.2.1.1 A gép olajellátása A VRa típusú csavarkompresszorok olajfeltöltés nélkül kerülnek a gyártótól kiszállításra. A gép nyomásos-olajozással kialakított, azaz kényszerolajozású. Ami egy elektromos meghajtású segéd-olajpumpával és egy mechanikusan hajtott főolaj pumpából áll, melynek meghajtása a hajtóműről történik. A következő részek állnak kényszerolajozás alatt: Kompresszor csapágy, hajtómű csapágy, fogaskerekek, vezérlő fogaskerekek, csúszócsapágy, tömítés. Indulás Oldal 29

előtt a segéd-olajpumpa 1-5 perces előkenést végez és 2,5 bar olajtúlnyomást hoz létre, az olajtartály nyomása fölött. Üzem közben az olajozás feladatát a főolaj-pumpa veszi át, és a segédpumpa leáll. Amennyiben a főolaj-pumpa által létrehozott nyomás nem érné el az 1,8 bar túlnyomást, úgy a segédpumpa automatikusan beindul, és a két pumpa párhuzamosan működik. Ha az olajnyomás ennek ellenére 1,6 bar érték alá esik, egy meghatározott késleltetés után a kompresszor leáll. A fenti feltételek teljesülését a PDI 3635 szoftveresen képzett nyomáskülönbség távadó vizsgálja. A nyomáskülönbség távadó szoftveres képzése alatt az értjük, ha két fizikailag létező távadó értékének a PLC- ben történő feldolgozása során hozunk létre egy mért értéket. Jelen esetben a PDI 3635 értékét a PI3635 és a PI3635.4 mért értékének a különbsége adja. A túlnyomás pontos beállítását a 3.2.7 segédenergia nélküli nyomásszabályozó végzi, és 2,5 bar-on tartja. Az üzem közbeni kenőolaj hőmérséklet 50-60 C. A kenőolaj előírt viszkozitása 43-48 cst (centistokes) 40 C mellett. Az olajhőmérséklet a tartályban indítás előtt 20 C fölött kell, hogy legyen, különben a főmotor az olajhőmérséklet miatt reteszelt. A kompresszor leállásakor (akár hibára történő leállás, akár egy normál kikapcsolás) a segéd olajpumpa 2-5 perces utánkenést biztosít. Az olaj kiválasztásánál figyelembe kell venni az olajelőírásokat.[3] 5.2.1.2 A gép Indítása A gép automatikus indítású, ami a következőt jelenti: A kompresszor indítása előtt a kezelő ellenőrzi, és szükség esetén kinyitja a By-pass szelepet a szabályozó manuális módjában 100%-ra, elindítja az olajfűtést. Az indítási feltételek (Indítási feltételek: "BE" gomb megnyomásához) megléte után a gép indítható, amely információ a géphez tartozó érintőképernyős kijelzőn kijelzésre kerül. Az N 2 szabályozó automata üzemmódban beállítja az alapjelnek megfelelő N 2 nyomáskülönbséget. A BE gomb megnyomása után indul a segédolaj szivattyú és egyidejűleg indul a T1 időzítő. Az olajkörben lévő nyomás és nyomáskülönbség szelepek mivel segédenergia nélküli szelepek azonnal szabályozni kezdenek. Oldal 30

8. ábra A kompresszor indítási folyamatábrája A T1 idő lejártakor ellenőrizzük az olaj nyomáskülönbség és az N 2 nyomáskülönbség értékeket. Ha mindkettő nagyobb a minimum értéknél, akkor a PLC kiadja a főmotor indító jelet. Ha valamelyik érték nem megfelelő, akkor a segéd olajszivattyú leáll, és az N 2 szelep lezár. Egyidejűleg hibajelzés generálódik. Oldal 31

A főmotor indítási parancsa után 3 másodperccel meg kell, hogy érkezzen a főmotor futásjele, amennyiben nem, akkor a parancs megszűnik, a segédolaj szivattyú leáll. Ha a főmotor forog, indul a T2 időzítő, melynek lejárta után a segédolaj szivattyú leáll. Egyidejűleg indul a by-pass szabályozás, melynek alapjelét a kezelő állítja be. 5.2.1.3 A gép normál leállítása 9. ábra A kompresszor normál leállítási folyamatábrája A kompresszor normál leállítását az 5.123-as ábra szemlélteti. A KI gomb megnyomására indul a segéd olajpumpa és a T3, T4 időzítők, nyit a by-pass szelep. T3 lejárta után a főmotor megáll. T4 lejárta után a segéd olajpumpa leáll. A kezelő szükség esetén leállítja az olajfűtést, illetve bezárja az N 2 szelepet. Oldal 32

Hosszabb üzemen kívüli állapot fennállása esetén az EMG kapcsolót (nyomógombot) célszerű benyomva tartani. Ez megakadályozza a kompresszor panelról történő illetéktelen beindítását. 5.2.1.4 Hibára vagy vészgombra történő leállás Az esetleges LL vagy HH határértékek túllépése után, egyes esetekben bizonyos késleltetéssel a by-pass szelep kinyit, a segéd olajszivattyú elindul, T4 időzítő elindul, kompresszor főmotor leáll. T4 idő lejárta után a segéd olajszivattyú leáll. A VÉSZ-KI gomb megnyomása után azonnal leáll a főmotor és a segéd olajszivattyú (energiamentesített állapot). A leállás oka hibát generál, ami kijelzésre kerül. A kezelő szükség esetén leállítja az olajfűtést, illetve bezárja a N2 szelepet. Ezt a leállítási folyamatot szemlélteti a következő ábra: 10. ábra Folyamatábra a hibára vagy vészgombra történő leállításról Oldal 33

6. A TECHNOLÓGIA PLC-S VEZÉRLÉSÉNEK MEGVALÓSÍTÁSA 6.1 A PLC program elkészítése Amint a bevezetésben említettem a PLC program megalkotása egy személyi számítógépen történik a PLC típusához illeszkedő programozói szoftverrel. A következőkben bemutatom a program általános felépítését, és az általam készített programrészeket. A Siemens 1200-as PLC család programozása a TIA (Totally Integrated Automation) Portal elnevezésű integrált fejlesztői környezettel lehetséges, amivel többek között a PLC program és a HMI felület is egyaránt elkészíthető. Ahhoz, hogy el tudjuk kezdeni a programozást, létre kell hozni egy új projektet. Itt megadhatjuk a projekt nevét és program mentésének a helyét. A program elkészítése több lépésből áll. Az első lépés a TIA portálon belül a PLC típus kiválasztása. 6.1.1 A PLC típus kiválasztása A PLC típus kiválasztása a megtervezett konfiguráció alapján történik. A PLC kiválasztásánál először a CPU-t választottam ki. A megfelelő típust kiválasztva (CPU 1215 C DC/DC/Rly) láthatóvá válik annak minden tulajdonsága. 11. ábra A software-el elkészített hardware konfiguráció Oldal 34

A CPU után tetszőleges sorrendben mindegyik hardware összetevő kiválasztására lehetőség nyílik a hardware katalógusból. Ezzel a módszerrel egyszerűen felépíthető a megtervezett rendszer. Ezt szemlélteti a 11. ábra. 6.1.2 A program felépítése Egy PLC program felépítésének kiválasztásakor alapvetően két lehetőségünk van. Az egyik választható út a lineáris programfelépítés. Ez a felépítés a program minden utasítását egymás után hajtja végre egyetlen ciklusban, így ilyen az egyszerűbb programok felépítése. A második lehetőség a moduláris programszerkesztés. Ekkor a főprogram különböző blokkokat hív meg a részfeladatok végrehajtására, amivel a komplex programot kisebb szubrutinokra tagoljuk a technológiai folyamat funkcionális feladatai szerint. A kompresszor vezérlőprogramját ezért célszerű modulárisan felépíteni. A moduláris felépítés miatt a program, szervezési blokkokból (OB), funkciókból (FC), funkció blokkokból (FB), és adatblokkokból (DB) áll. A moduláris program lefutását mutatja a következő ábra: 12. ábra A moduláris program lefutása [14] Az új projekt létrehozásakor a szoftver automatikusan létrehoz egy Main OB1 nevű szervezési blokkot (Organization Block). A PLC programunkat 4 típusú építő elemből, blokk -ból tudjuk felépíteni. Minden alkalommal, amikor egy új blokkot Oldal 35

adunk a programhoz kiválaszthatjuk annak típusát. Minden blokktípusnak más és más funkciója van. A blokktípusok felvételét mutatja a következő ábra. 13.ábra A program építő kövei 6.1.2.1 A programban használt szervezési blokkok (OB-k) Minden OB a CPU egy konkrét eseményére válaszol és megszakíthatja a programot az előre meghatározott prioritásoknak megfelelően. Szervezési blokkból 7 féle típus áll a rendelkezésünkre: programblokk, indítóblokk, késleltetett megszakításblokk, ciklikusan végrehajtódó megszakításblokk, hardver megszakításblokk, időtúllépési megszakításblokk, diagnosztikai hiba megszakításblokk. Ezek közül az első, amit használunk a programblokk. Ilyen típusú blokk az automatikusan létrehozott OB1. A programblokk fogja tartalmazni az elkészült programot és gondoskodik róla, hogy az ismétlődően végrehajtódjon. Az általános beállításoknál kiválaszthatjuk, hogy milyen nyelven szeretnénk programozni ezt a blokkot. Itt a LAD, azaz létra nyelvet választottuk, amelybe majd beilleszthetőek lesznek az elkészített funkcióblokkok. Az OB1-en belül, hálózatokat (network) hozhatunk létre a program átláthatósága céljából. Ezek a hálózatok sorszámot kapnak és Oldal 36

a programblokk növekvő sorrendben, egymás után lefuttatja őket. Programblokkból többet is használhatnánk, de az adott feladathoz egy is elég lesz. A következő OB, amire szükségünk van, egy időtúllépési megszakításblokk. Ez az OB80-as címen szerepel a programban és ebből csak egy szerepelhet a programban. Az OB80 akkor hajtódik végre, ha a program végrehajtási ciklusideje meghaladja a CPU-ban beállított maximális ciklusidőt, azaz a 150 ms-ot. [14] Következő lépésként felvételre kerül egy diagnosztikai hiba megszakításblokk, OB82. Erre azért van szükség, hogy átvegye a vezérlést az OB1-ben futó programtól, ha valamelyik (diagnosztikai funkcióval ellátott) periféria hibát észlel a bemenetén.[14] Az utolsó szervezési blokk, amire szükségünk van, egy ciklikusan ismétlődő megszakításblokk, OB30. Erre azért van szükség, hogy a beállított ciklusidőnként, - ami 100 ms átvegye a vezérlést OB1-től. Így tehát, ezt a szervezési blokkot tudjuk arra használni, hogy a program futásától függetlenül 100 ms-os ciklusonként behívjuk a két szabályozó szelep működtetéséhez szükséges PID szabályozó algoritmusokat. A funkciójának megfelelően ezt az OB-t elnevezzük CallPID-nek. [14] 14. ábra A felhasznált szervezési blokkok és az OB30 6.1.2.2 A programban használt funkciók (FC-k) Az FC hasonlóan egy szubrutinhoz akkor fut le, ha az OB1 meghívja azt. Ilyenkor a főprogram végrehajtása szünetel, és az FC hajtódik végre. Az FC tartalma egy technológiai egység működését megvalósító programrészlet. Ilyen FC-ket kell használnunk a programban a következők megvalósítására: olajszivattyú, olajfűtés, Oldal 37

főmotor és a szabályozók vezérlése, az analóg jelek MODBUS vonalra való kiküldése, analóg jelekből jelzési,- és retesz értékek előállítása (HH, PH, LL, PL) indítás és leállítás megvalósítása, az állapot visszajelző lámpák vezérlése, adattípusok konvertálása (Bool to Word), reteszértékek és jelzések figyelése, nyomáskülönbségek előállítása. Miután elkészítettünk egy FC-t, azt akárhányszor meghívhatjuk a programban, nem kell mindig újraírni azt, így leegyszerűsödik a programozás. Amikor az FC lefutott a kimeneti értékei mentésre kerülnek valamely globális DB-be (Data Block). 15. ábra A programhoz szükséges FC-k 6.1.2.3 A programban használt funkció blokkok (FB-k) A funkcióblokkok felfoghatóak egyénileg létrehozott logikai kapuknak. Így a rendelkezésre álló bemeneti értékekből létre tudjuk hozni a számunkra szükséges kimeneti értékeket. Mivel egy FB több adatblokk tartalmával is tud dolgozni jelentősen leegyszerűsödik a programozás. Az én feladatom volt egy olyan univerzális funkcióblokk elkészítése, amelynek a bemenetein a következő feladatokat kell ellátnia: Oldal 38

- különböző analóg jeleket legyen képes fogadni - legyen lehetőség a jelek tartományát, jelzési és reteszértékét a HMI- ről változtatni - áramlási sebességből tudjon mennyiséget számolni - legyen lehetőségünk bármelyik jelzés vagy retesz érték elnyomására - legyen lehetőségünk hiszterézis értéket rendelni a jelzés és reteszértékekhez A következő kimenetek előállítására legyen képes: - beérkező jel állapotának érzékelése (túlcsordulás, szakadás, normál) - a mért érték átalakítása real adattípusra - annak jelzése, ha a mért érték eléri valamely jelzési értéket (magas jelzés - HH, magas előjelzés - PH, alacsony előjelzés - PL, alacsony jelzés - LL) 6.1.2.3.1 Univerzális analóg bemeneti jelkezelő FB elkészítése Az első lépés egy funkcióblokk létrehozása volt az Add new block menüpont segítségével. Itt kiválasztottam a blokk típusát (Function Block), majd azt, hogy milyen nyelven szeretném megírni a programot hozzá. Én erre a feladatra a strukturált szöveg (ST) - TIA Portálban SCL programozási nyelvet választottam az egyszerűsége miatt. Az ST egy magas szintű programozási nyelv, amelyben az IF..THEN, CASE, FOR, WHILE parancsokat használhatjuk, közvetlenül címezhetők a memóriahelyek, használhatóak aritmetikai, összehasonlító és bitműveletek, valamint ciklusszervező utasítások. Második lépésként, ahhoz hogy elkezdhessem a program írását, szükséges volt a doboz bemeneteinek és kimeneteinek pontos definiálása, bár ezeket a paramétereket a program írása során is bármikor lehetséges változtatni. Ezt a programozó felület fölött elhelyezkedő Interface elnevezésű ablakban tehetjük meg. Az interface felület alapértelmezett állapotát mutatja be a következő ábra: Oldal 39

16. ábra Az üres Interface Az Interface kitöltéséhez szükség van az adott paraméter megnevezéséhez, az adattípus meghatározására, az alapértelmezett értékének beállítására, kiválaszthatjuk, hogy látható és szerkeszthető legyen a HMI-ről, illetve kommentet is fűzhetünk hozzá. 17. ábra A feltöltött bemenetek Amilyen sorrendben megadjuk a szükséges be/kimeneteket, azok olyan sorrendben (fentről lefelé) fognak megjelenni a doboz -on. A tábla feltöltését a bemenetekkel kezdtem ez a 17. ábrán látható. Oldal 40

Az SH, SL, HH, PH, LL, PL bemenetek célja, hogy a jeltartomány, és a jelzési értékek a HMI-ről beállíthatóak legyenek. Az adattípust real -nek állítottam (valós szám), hogy akár több tizedes jegy pontossággal állíthatóak legyenek. A SUM_RST, SUM_EN és SUM_DIV bemeneteket az összegző kimenet elkészítéséhez használtam fel a programban. A számolás reszetelése és engedélyezése bool típusú (0 vagy 1), a SUM_DIV adattípusa pedig real, amivel az összegző művelet időtartamát lehet beállítani. A SUPR_HH/PH/LL és PL bemenetek segítségével tetszés szerint kikapcsolhatóak a jelzések, de a programban úgy kell alkalmazni ezeket a bemeneteket, hogy a HMI kezelőfelületről ne legyen lehetőség rá. A HYS (hiszterézis) bemenetet arra használom, hogy megadjak vele egy tartományt az összes jelzésérték közelében, így - ha a mért érték valamely határértéken mozog elkerülhető a zavaró alarmjelek sokasága. A hiszterézis értékét mindig tartományként adjuk meg. Ez azt jelenti, hogy ha a HH jelzési értékünk például a méréstartományunk 100%-a, tehát egy 0-100 C-os hőmérséklet mérésnél 100 C, és a hiszterézist 0,5-re állítjuk, akkor a jelzés a 100 C elérésekor fog aktiválódni, de a jelzés mindaddig benn marad, amíg a mért érték HH 0,5 C, azaz 99,5 C alá nem süllyed. Ugyanennél a példánál maradva, ha a PL előjelzés 5 C és a jelzés már aktiválódott, akkor az, mindaddig benn marad, amíg a hőmérséklet 5,5 C-ra nem melegszik újra, vagy a PL jelzést fel nem váltja az LL jelzés. Az IN bemenetre közvetlenül érkezik a bemeneti jel. Ezt az analóg bemeneti kártya hexadecimális kódban olvassa be, ezért az adattípust word - re kellett állítanom. Az IN_SH és IN_SL bemenet segítségével skálázom a kártya bemenetére érkező jelet. A Siemens az analóg bemeneteken mindig a 0-27676 os skálázást használja. Ezeket integer, azaz egész szám típusú adattípussal töltöttem ki. A következő lépés a kimenetek definiálása volt, amelyet a 18. ábra mutat be. A PV kimeneten az IN bemenetről érkező hexadecimális kódolású mért értéket szeretném kijuttatni valós számként. A HH/PH/LL/PL_ON kimenetek állapotának true-ra kell változnia, ha a mért érték eléri valamelyik (hiszterézissel eltolt) jelzési értéket. A SUM kimeneten az átáramló mennyiségnek kell megjelennie, ha a bemeneti jel áramlási sebesség. A STATUS kimeneten a mérőkör állapotáról kell információt kapnunk (0= normál, 1= túlcsordulás, 2= szakadás), ennek kijelzésére a byte adattípust Oldal 41

választottam, mert a 0,1,2-es értéket bool-al nem lehet kijeleztetni, integerrel pedig (a lefoglalt memóriaterület mérete miatt, ami 16 bit) felesleges 18. ábra A feltöltött kimenetek. Az interface-en definiáltam még egy TEMP nevű ideiglenes változót, amit átmeneti értékként használtam a programban a PV számításánál. Miután rendelkezésemre állt minden be,- illetve kimenet elkezdhettem a program írását. Az program első részében a bemenet státuszának létrehozását valósítottam meg: 19. ábra A bemenet státuszának előállítása A programban kommenteket helyeztem el az átláthatóság miatt. Ezt a // használatával tudtam megtenni. A státuszképzést egy IF THEN ELSE struktúrában helyeztem el. Ahhoz, hogy a bemeneti IN értékét össze tudjam hasonlítani az IN_SH vagy az IN_SL értékével, először át kellett alakítanom integer-re. Ehhez a WORD_TO_INTEGER konverziós műveletet használtam. Így már összehasonlíthatóvá vált a két érték. A három féle státuszt tehát a következő logika szerint állítottam elő: ha az IN értéke nagyobb, mint az IN_SH értéke + 1000, akkor az túlcsordulás Oldal 42

(STATUS=1), tehát a PLC bementére olyan jel érkezett, amit a kártya nem tudott értelmezni (27676+1000-től nagyobb értékű). Amennyiben az IN bemenetre IN_SL 1000-nél kisebb értékű jel érkezik, akkor a kör szakadásáról beszélhetünk (STATUS=2), és amennyiben egyik sem következik be az előző kettő közül, a mérőkör állapotát normálnak tekinthetem (STATUS=0). A program második részében az IN bemenetre érkező word típusú adatból real típusú változót állítottam elő a PV kimenet számára (Convert IN TO PV): 20.ábra A mért érték valós számban való előállítása Ezt úgy valósítottam meg, hogy a 0 27676 tartományú beérkező jelhez lineárisan skáláztam a kimeneti jel 0 100%-át. Erre a következő képletet használtam: á = á éé á áí é é!" á#$% + áí é é!" á#$ '#'( = ) ##_,- #_,. #_,- /#01 #0345+#03. Ahhoz, hogy ezt a képletet meg tudjam valósítani, először minden változót azonos adatformátumra (real) kellett konvertálnom. Ezt a célt szolgálja a #TMP átmeneti változó. A programblokk megvalósításával elértem, hogy a kimeneti jel (PV) úgy viszonyuljon a kimenetre állított méréstartományhoz, mint ahogy az IN bemenet aránylik a bemeneti méréstartományhoz. Az #SL változó hozzáadása az egyenlet végén az eltolás miatt szükséges, ha a méréstartomány alja nullától különböző lenne. A program harmadik részében az alarmjelzések előállítását valósítottam meg. Ezt mutatja a 21. ábra. Az alarmok előállítását négy darab IF-THEN-ELSE struktúrában valósítottam meg a négy jelzésnek megfelelően. Oldal 43

21. ábra Az alarmok előállítása A program logikája alapján tehát a HH_ON jelzés akkor aktiválódik, ha a mért érték nagyobb, mint a HH bemeneten beállított érték és a HH elnyomást nem állítom be. A magas jelzés (HH_ON) nem érkezik be, ha a mért érték kisebb, mint a HH és a hiszterézisnek beállított érték különbsége, vagy a HH elnyomást bekapcsolom (TRUE). Ugyanilyen logika alapján aktiválódik a PH_ON magas előjelzés is. A PL_ON alacsony előjelzés - bekapcsol, ha a mért érték kisebb, mint a PL bemeneten beállított érték, és ha a SUPR_PL állapotát FALSE-ra állítom. PL_ON kimenet passzív marad, ha a mért érték nagyobb, mint a PL és a hiszterézisnek beállított érték összege, vagy ha a PL elnyomást bekapcsolom (TRUE). Az LL_ON kimenet működtetése is ilyen logika alapján történik. A program utolsó részében a SUM kimenet működését valósítottam meg. A SUM (összegző) kimeneten az #IN bemenetre érkező jelnek (amennyiben az áramlási sebesség) megfelelő áramlási mennyiség jelenik meg. Ezt úgy értem el, hogy ha a SUM_EN (összegzést engedélyező bemenet) aktív, és ha a SUM_DIV bemenetre nem nullát állítok, akkor végrehajtódik a számolási művelet: #067 = #,89:#;< #,89_=><. Ezt a programban a 22. ábra szerinti módon valósítottam meg. Oldal 44

22. ábra Az összegző kimenet előállítása A programrész ciklusosan működik. Ezt azt jelenti, hogy a program a mért értékhez a #SUM_DIV bemeneten beállított ciklusidőnként hozzáadja az előző ciklusban kiszámolt #SUM értéket. Amennyiben a SUM_RST (reset) bemenetet aktiválom a SUM kimenet értéke 0.0-ra vált, bármennyi is volt előtte. A program tehát arra használható, hogy a #SUM_RST aktiválásától megmérjük, hogy mennyi anyag áramlott át a műszerünkön az eltelt idő alatt. Mivel a #PV mértékegysége [m 3 /h], a #SUM_DIV mértékegysége pedig [h-óra], így látható, hogy a beérkező áramlási sebességből a #SUM kimeneten átáramlott mennyiséget [m 3 ] kapunk. 6.1.2.3.2 Az elkészült ISP FB alkalmazása Tehát az elkészült Input Signal Process (ISP) FB-t minden analóg mérőkör jelfeldolgozására lehet használni, mégpedig úgy, hogy minden esetben más adatblokkba mentjük a tartalmát. Az ISP FB használatára mutat példát a következő 6.1232 ábra. Az ábrán látható az elkészült FB. A doboz bal oldalán a bemenetek helyezkednek, abban a sorrendben, ahogy azt az interface-en megadtam. Az IN bemenetre ebben az esetben a PT3635_2-es nyomás távadó jele érkezik. Látható, hogy a jelzési értékeket a HMI-n lehet módosítani, az elnyomások ki vannak kapcsolva és a HYS értéke 1. A bementi skála alsó és felső határértékeinek megadása a Siemens analóg bemeneti kártyáknak megfelelően van beállítva. Az is látható, hogy ebben az alkalmazásban az ISP FB a DB2-es adatblokk tartalmát használja, amiben a bemenetre kötött távadó bemeneti, kimeneti értékei és egyéb paraméterei foglalnak helyet. Az is látható, hogy a blokk PV kimenete egy átmeneti változóba íródik a további felhasználásának céljából. Oldal 45

23. ábra Az elkészült ISP adatblokk 6.1.2.3.3 A programban található egyéb FB-k A programban az általam készített FB-n kívül megtalálható még a kompresszor indításért és leállításáért felelős blokk (FB100), illetve a főmotor, az olajfűtés és az olajszivattyú vezérléséért felelős FB922, általános motorvezérlő blokk. Ennek megfelelően a FB100-at az FC1-ben, az FB922-őt pedig az FC8-ban, FC10-ben és FC9- ben használjuk fel. Az FB922 többszöri felhasználása úgy lehetséges, hogy minden esetben más adatblokkot használ a tartalma tárolására. 6.1.2.4 A programban használt adatblokkok (DB-k) Az adatblokkok a programban elhelyezett FC-k (kódblokkok), és FB-k adatainak tárolására szolgálnak. Adatblokkból alapvetően két típust használ a TIA portál. Az első típusú adatblokk az úgynevezett Global DB, ami az FC-k adatait tárolja, és azokhoz bármelyikük hozzáférhet. A második típus az Instance, azaz Eset DB. Az Eset DB-k tárolják a speciális FB-k adatait. Így például, amikor az általam elkészített bemeneti jelkezelő FB-t fel akarjuk használni egy FC-ben, akkor társítani kell hozzá egy Eset DB-t. Mivel az minden analóg jelet ilyen módon dolgozunk fel a programban így minden mérőkörhöz kellett készíteni egy Eset DB-t (DB_ISP mappa). Oldal 46

24. ábra A létrehozott adatblokkok A mérőkörökön kívül szüksége van Eset DB-re a kompresszor indulását és megállítását vezérlő FC100-nak (DB11), valamint a főmotort, az olajfűtést és az olajszivattyút vezérlő FC-knek, amelyek mind az FB922-őt használják különböző DB-kel (DB20, DB21, DB22). Globális adatblokkok a Modbuson elküldendő jeleket gyűjtő DB40 és a HMI-n keresztül, írható/olvasható tartalmú DB1. Egyéb speciális adatblokkok a DB9 és DB10 szabályozókhoz tartozó blokkok. 6.2 A HMI felület A kompresszor működtetéséhez szükség volt egy átlátható, egyszerűen használható megjelenítő/kezelő felület elkészítésére. Ezt a hardware-nek választott TP900-as érintőképernyős HMI-re szabva kellett megvalósítani, amely a TIA portálba integrált WinCC flexible szoftver segítségével történt meg. A következő ábra a HMI kezdőképernyőjét mutatja be: Oldal 47

25. ábra A HMI kezdőképernyője A kezdőképernyőn a kompresszor rajza, a szabályozószelepek, az olajtartály és a segéd olajszivattyú kapott helyet. Ezen a képernyőn láthatóak még az előbb felsorolt berendezésekhez közvetlenül kapcsolódó paraméterek: motor tekercshőfokok, motoráram, olajnyomások, olajáramlás kapcsolók, a szívó és nyomóági sósavgáz nyomás. Mivel a felület interaktív, így lehetőség nyílik az olajfűtés kézi bekapcsolására, a szabályozók beállítására: 26. ábra A szabályozók beállító felülete A két szabályzó felülete megegyezik. Itt állíthatjuk be a PID szabályozás arányos, integráló és differenciáló tagjának mértékét, valamint kézi vagy automata módba kapcsolhatjuk a szabályozásokat. Ezen felül itt adhatjuk meg a szabályozó alapjelét (milyen nyomást tartson) és a beavatkozó jelét (kézi módban a szelep nyitása/zárása). A kezdőképernyő alján végigfutó címsáv lehetőséget ad, hogy mindegyik képernyőről elérhessünk a címsávban lévő képernyőket: kezdőképernyő, indulási Oldal 48

feltételek, reteszek, paraméterek, hibák, hibanapló, nyugta, bejelentkezés (mérnöki), HMI kikapcsolás (mérnöki). Az én feladatom egy olyan felület megalkotása volt, amin az analóg körök méréshatárait (SL, SH) lehet beállítani. 6.2.1 Méréshatár beálltások képernyő elkészítése Az első lépés a megtervezett hardware konfiguráció alapján a HMI eszköz kiválasztása volt. Ez a TP900 Comfort 9 -os érintőképernyős HMI: 27. ábra A HMI eszköz hozzáadása a programhoz Az eszköz hozzáadása után hozzákezdhettem a felület létrehozásához. Mivel elvárás volt, hogy minden képernyő formailag egységes legyen, ezért a képernyő felsőrésze, - ahol a Simatic HMI logo, egy legördíthető menüsáv, a dátum és a pontos idő található és a címsáv központilag készült el. Ezt egy úgynevezett template segítségével lehet megvalósítani, amire aztán minden képernyőben hivatkoznunk kell. A template az egységes forma mellett lehetőséget ad, hogy minden képernyőről elérhető az összes további képernyő. Az első lépés a képernyő megnevezése volt. Ehhez egy középre igazított szövegdobozt használtam. Második lépésben definiálnom kellett két nyomógombot, amivel az előző, illetve a követkő képernyőre lehet lépni. Ezeket a Toolbox/Elements/Button úton értem el és Drag and Drop módszerrel helyeztem el a panelon. Ez után a gombra kattintva definiálható, hogy egy bizonyos eseményre (pl: release elengedés) milyen funkciót lásson el. Ez az Events menüpont alatt állítható. Itt kiválasztottam, hogy ha a gombot elengedik, akkor lépjen át (aktiváljon) egy másik képernyőt. Az aktiválni kívánt Oldal 49

képernyőt üresen hagytam (screen name), mert azt csak úgy lehet beállítani, ha a többi képernyő is rendelkezésre áll. Az eddig elkészült képernyőt és a léptető gombok beállítását mutatja a következő ábra: 28. ábra Nyomógombok beállítása A harmadik lépésben szövegdobozokat helyeztem el a beállítani kívánt mérőkörök, és a változtatni kívánt paraméterek megnevezéseivel. Az átláthatóság miatt a baloldalra csoportosítottam a nyomás, áram és tengelyelmozdulás méréseket, a jobb oldalra pedig a hőmérőket: 29. ábra A változtatni kívánt paraméterek Negyedik és egyben utolsó lépésként mindegyik változtatni kívánt paraméterhez be,- és kiviteli mezőket (I/O field) rendeltem. Az I/O field mint a neve is mutatja három dologra képes. Viselkedhet bemenetként, tehát amikor definiálunk benne egy Tag -et, Oldal 50