AVTOMATIZACIJA ČRPALIŠ ČA k. +120 v Premogovniku …Proizvodnja/storitve: • HTZ I. P., d. o....

Jože Tevž

AVTOMATIZACIJA ČRPALIŠČA k. +120 v

Premogovniku Velenje, d. d.

Diplomsko delo

Maribor, september 2009

I ______________________________________________________________________

Diplomsko delo visokošolskega strokovnega študijskega programa

AVTOMATIZACIJA ČRPALIŠČA k. +120 v Premogovniku Velenje, d. d.

Študent: Jože Tevž

Študijski program: VS ŠP Elektrotehnika

Smer: Avtomatika

Mentor: izr. prof. dr. NENAD MUŠKINJA, univ. dipl. inž. elektrot.

Somentor: izr. prof. dr. BORIS TOVORNIK, univ. dipl. inž. elektrot.

Lektor(ica): Polonca Kolenc Ozimic

II _________________________________________________________________________

III _________________________________________________________________________

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju, izr. prof. dr. NENADU

MUŠKINJI, za pomoč in vodenje pri opravljanju

diplomskega dela. Prav tako se zahvaljujem

somentorju, izr. prof. dr. BORISU TOVORNIKU.

Hvala tudi kolektivu Premogovnika Velenje, d. d.,

PRIPRAVA DELA, oddelek TPEN.

Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili

študij.

IV _________________________________________________________________________

Avtomatizacija črpališča k.+120 v Premogovniku Velenje, d. d.

Ključne besede: avtomatizacija, vizualizacija, črpališče, programabilni logični krmilnik UDK: 681.521.3(043.2) Povzetek

V diplomskem delu je izdelana predvidena avtomatizacija črpališča k.+120 v

Premogovniku Velenje, ki vključuje trenutno delovanje črpališča, napajanje črpališča, Ex-

zaščito naprav, vso potrebno programsko in strojno opremo, simulacijo v InTouch

programu ter stroške avtomatizacije. Predvidena avtomatizacija je izdelana za pet črpalk,

od katerih sta dve namenjeni črpanju umazane vode, tri pa črpanju čiste vode. V

diplomskem delu je razvidno, da bi avtomatizacija omogočila velike prednosti v primerjavi

s sedanjim ročnim vklopom. Le-te so: oddaljen nadzor in upravljanje črpališča, samostojno

delovanje, natančnejše delovanje, časovni nadzor nad napravami ter nadzor zgodovine

procesa.

V _________________________________________________________________________

Automation of pumping stations k.+120 in Premogovnik Velenje, d. d. Key words: automation, visualization, pump station, programmable logic controller UDK: 681.521.3(043.2) Abstract

The diploma work is designed for the intended automation of pumping k. +120 in

Premogovnik Velenje, which includes the current operation of pumping stations, water

pumping, Ex-protection devices, all the necessary software and hardware, simulation in

the InTouch program, and the costs of automation. Intended automation is designed for the

five pump stations, two of which are intended to be used in filthy water and three pump

stations in clean water. From the diploma work is visible that automation enables major

advantages compared to the current manual activation. They are: remote monitoring and

management of pumping stations, independent operation, more accurate operation, time

control devices and the control of the process history.

VI _________________________________________________________________________

KAZALO VSEBINE 1 UVOD............................................................................................................................ 1 2 PREDSTAVITEV Premogovnika Velenje, d. d............................................................ 2 3 ČRPALIŠČE k.+120 V JAMI ŠKALE ......................................................................... 8

3.1 Sistem črpanja ....................................................................................................... 8 3.2 Tehnični podatki pred avtomatizacijo ................................................................. 10 3.3 Zagon črpališča pred avtomatizacijo ................................................................... 10 3.4 Splošno o avtomatskem obratovanju črpalk........................................................ 12 3.5 Opis predvidene avtomatizacije........................................................................... 14

4 NAPAJANJE ČRPALIŠČA Z ELEKTRIČNO ENERGIJO ...................................... 15 4.1 Glavno napajanje ................................................................................................. 15 4.2 Rezervno napajanje.............................................................................................. 15 4.3 Visokonapetostna oprema.................................................................................... 16 4.4 Varnostni tehnološko-informacijski sistem......................................................... 16

5 PROTIEKSPLOZIJSKA ZAŠČITA ........................................................................... 17 5.1 Podrobnejši opis .................................................................................................. 19

6 PROGRAMSKA IN STROJNA OPREMA AVTOMATIZACIJE ............................ 21 6.1 Omron CJ1 M...................................................................................................... 21

6.1.1 Vhodno-izhodni modul krmilnika .................................................................... 22 6.1.2 Cx-programmer ................................................................................................ 25

6.2 Omron prikazovalnik procesa.............................................................................. 28 6.3 Digi One IA Modem............................................................................................ 29 6.4 Programski paket InTouch 9.5............................................................................. 30

6.4.1 Uporabniki in zgodovina podatkov .................................................................. 31 6.5 Industrial SQL ..................................................................................................... 32 6.6 Merilnik tlaka ...................................................................................................... 33 6.7 Merilnik nivoja .................................................................................................... 34 6.8 Elektromagnetni ventil ........................................................................................ 35 6.9 Omron releji......................................................................................................... 36 6.10 Motorsko polje 6Kt – 10 C 400 KSNm............................................................... 37 6.11 Elektromotor St-ZK-6-630-Ma4 ......................................................................... 38 6.12 Črpalka CVNRL-7-10S ....................................................................................... 38 6.13 Naprave za merjenje ostalih veličin..................................................................... 39

7 IZVEDBA AVTOMATIZACIJE ................................................................................ 40 7.1 Komunikacija ...................................................................................................... 40 7.2 Naloga PLC krmilnika in njegovega programa................................................... 42 7.3 Vizualizacija InTouch sistema............................................................................. 44 7.4 Simulacija ............................................................................................................ 46

7.4.1 Izpust zraka in zalivanje črpalke ...................................................................... 46

VII _________________________________________________________________________

7.4.2 Zagon črpalk ..................................................................................................... 47 7.4.3 Pogoji za zagon črpališča ................................................................................. 48

7.5 Meritve na elektromotorju in črpalki................................................................... 49 8 STROŠKI AVTOMATIZACIJE................................................................................. 51 9 SKLEP......................................................................................................................... 53 10 VIRI IN LITERATURA.............................................................................................. 55 11 PRILOGE .................................................................................................................... 56

11.1 Naslov študenta ................................................................................................... 56 11.2 Kratek življenjepis............................................................................................... 56 11.3 Karta jamskih prog Premogovnika Velenje, d. d................................................. 57 11.4 Primer regulacije pretoka zraka z iFix sistemom ................................................ 58

VIII _________________________________________________________________________

KAZALO SLIK Slika 1: Nadzor proizvodnje v InTouch. ............................................................................... 2 Slika 2: Shema črpališča........................................................................................................ 9 Slika 3: Primer protieksplozijske oznake v industriji (1.) in rudniku (2.) .......................... 17 Slika 4: Službeni nalog........................................................................................................ 18 Slika 5: Omron CJ1 Modular............................................................................................... 21 Slika 6: Vhodi krmilnika. .................................................................................................... 23 Slika 7: Izhodi krmilnika. .................................................................................................... 23 Slika 8: Pulzni izhod............................................................................................................ 24 Slika 9: Vezalna shema vhodno-izhodnih enot. .................................................................. 24 Slika 10: Določitev krmilnika.............................................................................................. 25 Slika 11: Cx-programmer .................................................................................................... 26 Slika 12: Prikazovalnik NS10-TV01-V2............................................................................. 28 Slika 13: Digi One IA Modem. ........................................................................................... 29 Slika 14: Baza zgodovine podatkov. ................................................................................... 31 Slika 15: Časovni potek zgodovine podatkov. .................................................................... 31 Slika 16: Merilnik tlaka FlexBar HART. ............................................................................ 33 Slika 17: Vezava merilnika FlexBar HART........................................................................ 33 Slika 18: Ultrazvočna sonda LU05...................................................................................... 34 Slika 19: Elektromagnetni ventil TIP 25. ............................................................................ 35 Slika 20: RELE G2R-1-SND (AC). .................................................................................... 36 Slika 21: Motorsko polje 6Kt – 10 C 400 KSNm ............................................................... 37 Slika 22: MI 400 in blokovna shema................................................................................... 39 Slika 23: Komunikacija. ...................................................................................................... 40 Slika 24: PLC in vhodno-izhodne naprave.......................................................................... 42 Slika 25: Vizualizacija InTouch. ......................................................................................... 44 Slika 26: Aplikacijska skripta.............................................................................................. 45 Slika 27: Izpust zraka in zalivanje črpalke .......................................................................... 46 Slika 28: Zagon črpalk......................................................................................................... 47 Slika 29: Maksimalni nivo vode v bazenu. ......................................................................... 48 Slika 30: Meritve na elektromotorju in črpalki. .................................................................. 49

IX _________________________________________________________________________

UPORABLJENI SIMBOLI IN KRATICE

SCADA -Supervisory Control and Data Acquisition (nadzor, kontrola in

alarmirane podatkovne enačbe)

PLC - Programmable logic controller (programirljiv logični krmilnik)

ATEX - Atmospheres Explosible (eksplozivna okolja)

k.+120 - 120 m nadmorske višine, ki se nahaja pod zemljo

DN 000 - notranji premer cevovodov

HMI - Human Machine Interface (vmesnik med človekom in strojem)

TEŠ - Termoelektrarna Šoštanj

HSE - Holding Slovenske elektrarne

RTP - razdelilna transformatorska postaja

OPC - server (strežnik)

JP - jamska postaja

CPU - centralno procesna enota

PC - Personal Computer (osebni računalnik)

MMI - man machine interface (vmesnik)

SQL - bazni strežnik

TCP/IP - komunikacija

RS 232, FINS, FTP IN SMTP - serijska komunikacija

A/D - analogno digitalna pretvorba

AC - izmenični signal

DC - enosmerni signal

TN, IPS, TW IPS, MVA, PVA, S-PVA - tehnologije pri izdelavi LCD zaslonov

LCD - Liquid Cristal Display (tekoče-kristalni zaslon)

IP54 - mehanska zaščita

Avtomatizacija črpališča k. +120 v Premogovniku Velenje, d. d. 1 _________________________________________________________________________

1 UVOD

Glavna dejavnost Premogovnika Velenje, d. d., je pridobivanje premoga (lignita), ki ga

uporablja TEŠ za proizvajanje električne energije. Zaradi visokih stroškov, ki nastajajo pri

pridobivanju premoga, je cilj Premogovnika izkoristi vse možnosti, da se ti stroški

zmanjšajo. Ker je v Premogovniku zelo velika poraba vode, je ena od teh rešitev imeti

lastna črpališča, kajti v vsakem primeru je črpanje vode iz jame nujno potrebno. To

pomeni, da iz lastne jame črpajo čisto vodo, ki je priključena na vodovodno omrežje, ter jo

uporabljajo za tehnološko vodo in umazano vodo, preostanek pa črpajo na površje v potok

Lepena. V jami obstaja več nahajališč vode in zato je potrebno tudi več črpališč, ki se

delijo na glavna in pomožna. Voda se črpa iz pomožnih v glavna ter naprej v vodovodni

sistem za uporabo tehnološke vode.

Diplomsko delo se nanaša na črpališče k.+120, katerega pomožno črpališče je k.+85, ki se

nahaja v jami Škale. Jama Škale ne obratuje več oziroma je v postopku likvidacije.

Črpališče na k.+120 je že obstoječe črpališče, ki ga nadzorujejo in upravljajo kvalificirani

delavci, da deluje brez napak in po predpisih. Tema naloge, ki jo opravljam, je predvidena

avtomatizacija obstoječega črpališča. Pomen le-te pa bi bilo samostojno delovanje

črpališča, brez prisotnosti kvalificiranih delavcev, nadzor pa bi potekal s strani nadzornika

izven jame, ki je v informacijskem centru. Diplomsko delo zajema opis Premogovnika

Velenje, delovanje črpališča k.+120 pred avtomatizacijo, napajanje črpališča z električno

energijo, Ex-zaščita naprav in instrumentov, programska in strojna oprema za

avtomatizacijo, simulacija v programu InTouch in stroški avtomatizacije. Ker trenutno

črpališče deluje v ročnem režimu, je možno v diplomskem delu avtomatizacijo samo

predvideti in prikazati simulacijo avtomatskega delovanja. Zaradi pravilnika o rudarstvu, v

katerem so zapisani določeni zakoni, je pomembno, da ga tudi upoštevamo pri izdelavi

predvidene avtomatizacije. Cilj avtomatizacije je samostojno delovanje črpališča,

pridobivanje podatkov o delovanju črpališča, zunanji nadzor nad njegovim delovanjem ter

zanesljivo delovanje črpališča, ki omogoča zgodovinski pregled procesa.


2 PREDSTAVITEV Premogovnika Velenje, d. d.

Slika 1: Nadzor proizvodnje v InTouch.


Premogovnik Velenje, d. d., je delniška družba, katere glavna dejavnost je pridobivanje

premoga, natančneje lignita, za potrebe Termoelektrarne Šoštanj. Ker je odkop omejen na

določeno obdobje in se bo z leti zmanjševal, se je podjetje pričelo preusmerjati tudi na

druge dejavnosti. Tako se podjetje širi in ustanavlja hčerinska podjetja, kot so:

Proizvodnja/storitve:

• HTZ I. P., d. o. o.; invalidsko podjetje, ki je bilo ustanovljeno v

sodelovanju z Ministrstvom za delo, družino in socialne zadeve z namenom čim

lažje vključitve delovnih invalidov v delovni proces. Seveda tudi to podjetje skuša

biti čim bolj konkurenčno na gospodarskem trgu.

• RGP d. o. o.; rudarski gradbeni program

• PLP, Lesna industrija, d. o. o. (delež)

• JAMA ŠKALE ; v zapiranju

• PV Invest, d. o. o.; naložbe, urejanje okolja, geodetske storitve


Rekreacija/oddih:

• GOST, d. o. o.; turistična dejavnost

• TRC Jezero (rekultivizacija ekološkega okolja premogovnika

zaradi rudarjenja ter ponudba turističnih storitev ob jezeru, ki je nastalo kot

posledica rudarjenja)

Čiste tehnologije/za okolje:

• ERICO Velenje, d. o. o.; inštitut za ekološke raziskave (delež)

• Karbon, d. o. o.; reciklaža odpadnih avtomobilov (delež)

Vizija in strategija Premogovnika Velenje:

� zagotoviti čim boljše delovne pogoje zaposlenim

� omogočiti čim večjo varnost zaposlenih

� reševanje ekoloških problemov, ki nastajajo zaradi energetskih dejavnosti

� zagotoviti proizvodnjo premoga, da bo podjetje delovalo optimalno

Premogovnik Velenje je združen s HSE (Holding Slovenske elektrarne), kajti 100 %

proizvedenega premoga je namenjenega Termoelektrarni Šoštanj (TEŠ). Holding je bil

ustanovljen z namenom enotnega združenja slovenskih proizvajalcev električne energije in

Premogovnika Velenje na domačem in tujem trgu. Njegova ustanovitev pa je pomembna

tudi za dvig konkurenčnosti na trgu ter za realizacijo izgradnje verige hidroelektrarn na

spodnji Savi.


V Premogovniku je zaposlenih okoli 1800 ljudi, letna proizvodnja je okoli 4 milijone ton

lignita, ki je ves namenjen Termoelektrarni Šoštanj. Povprečna kurilna vrednost

odkopanega lignita je približno 11000 KJ/kg premoga. Energijska vrednost premoga,

proizvedenega v celotnem letu, znaša okoli 39000 TJ ali gledano s perspektive

Termoelektrarne Šoštanj, je to približno 3100 GWh električne energije proizvedene v

termoelektrarni (TEŠ) letno. Zaloge premoga v Šaleški kadunji se ocenjujejo na okoli 220

milijonov ton, kar naj bi zadoščalo še za 50 let oskrbovanja TEŠ-a pri tej proizvodnji.

Premogovnik Velenje je leta 1998 pridobil certifikat kakovosti ISO 9001 ter leta

2000 certifikat o ravnanju z okoljem ISO 14001.

Premogovništvo je dejavnost, ki zahteva od tistih, ki se z njo ukvarjajo, veliko predanosti,

znanja ter občutka za ljudi in naravo. Je dejavnost, ki je močno povezana s tradicijo, s

pripadnostjo, solidarnostjo, odgovornostjo zase in za druge.

Prvi geologi, ki so raziskovali in opisovali sestavo hribin v Šaleški dolini, so znani že iz

prve polovice 19. stoletja. Že leta 1829 je geolog Kaferstein [L. 1] objavil krajši geološki

opis okolice Topolšice. Lignit ni bil iskana dobrina od začetka delovanja velenjskega

premogovnika v letu 1887 pa do začetka druge svetovne vojne. To stanje pa se je

spremenilo že leta 1941. Načrte za obsežno vključitev šaleškega lignita v nemške

energetske potrebe so v obdobju okupacije pripravili že Nemci. Njihovo izvedbo je

preprečil za Nemce neugoden konec vojne. Po drugi svetovni vojni, z začetkom novega

družbenega reda v takratni Jugoslaviji, se je začela pospešena industrializacija, zato so bili

v ta proces vključeni vsi razpoložljivi energetski viri – tudi lignit. Velenjskemu

premogovniku so zadali nalogo, da doseže zmogljivost za odkopavanje 1 500 000 t lignita

letno, kasneje pa tudi 3 000 000 t letno. Prvi zakon o rudarstvu je izšel šele leta 1959.

Dotlej pa so se strokovnjaki sklicevali na stare zakone. Premogovnik Velenje tako postane

pomemben člen v proizvodnji kakovostne in zanesljive energije. Toda večanje obsega

ni imelo samo pozitivnih posledic. Kmalu po začetku delovanja TEŠ so prišle do izraza

tudi nekatere negativne strani pretvarjanja toplotne energije (od lignita) v električno

energijo. Te negativne posledice so v zadnjem desetletju dosegle kritične razsežnosti.

Delovanje toplotnih elektrarn, kakršna je zgrajena v Šaleški dolini in tudi drugod po svetu,

s svojimi škodljivimi učinki zelo negativno vpliva na širšo okolje. Težnja podjetja je, da bi

kar se da učinkovito rekultiviralo okolico podjetja in s tem, v največji možni meri,

omogočilo znosno in humano življenje za prebivalce v Šaleški dolini. Poleg ekoloških


problemov, ki jih predstavlja za Šaleško dolino Termoelektrarna Šoštanj, predstavlja velik

problem za dolino pogrezanje kot posledica rudarjenja. Zaradi tega je v dolini nastalo več

jezer, največje med njimi je Velenjsko jezero, ki meri okoli 135 hektarjev. Škoda nastaja

predvsem zaradi ugreznitve kakovostnega kmetijskega zemljišča ter krčitve urbanega

okolja. V zadnjem času je bilo ogromno narejenega na rekultivizaciji tega področja. Veliko

je bilo storjeno na turistično–rekreacijski ponudbi tega področja, saj jezero ponuja

neizmerne možnosti za turizem. Pristopilo je k takšnemu načinu odlaganja pepela iz

Termoelektrarne Šoštanj, ki je omogočil zaprtje sistema kroženja vode za transport pepela

in posledično s tem ekološko sanacijo Velenjskega jezera. Vzporedno s tem se je

preusmerilo črpanje jamske vode na odlagališče pepela, kar je dobilo pravi smisel z

izgradnjo zaprtega krogotoka vode iz Termoelektrarne Šoštanj. Z amoniakom in drugimi

primesmi onesnažena jamska voda ne odteka več v reko Pako. Z izvedbo projekta

Sanacija iztokov je problem nadaljnjega onesnaževanja Velenjskega jezera in reke Pake

odpravljen. V Premogovniku Velenje so v teku raziskovalno–razvojni projekti o možnostih

odlaganja odpadnih snovi pod zemljo. Vračanje pepela iz Termoelektrarne v jamske

prostore je tehnološko že izvedljivo, intenzivno se pripravljajo podobne rešitve za

odlaganje produktov razžvepljevanja dimnih plinov in drugih neoporečnih odpadkov v

jamo. Pogrezanju terena, širjenju jezerskih površin in preoblikovanju izgleda doline se tako

v velenjskemu premogovniku temeljito posvečajo. Pristopa se k trajnemu urejanju prostora

na osnovi strokovne podlage urbanističnih ureditvenih načrtov. Prav z namenom varovanja

okolja in ekološke sanacije Šaleške doline se je oblikovala skupina strokovnjakov, ki je

kasneje prerasla v Institut za ekološke raziskave (Erico).

Premog v Velenjski premogovni kadunji je lignit iz obdobja pliocena (starost okoli 2,5

milijona let). Ležišče je v obliki leče dolžine 8,3 km, širine 2,5 km, debeline preko 160 m

in globine od 200 do 500 m. Nad slojem premoga je plast izolacijske gline, ki omogoča

odkopavanje pod vodnimi akumulacijami, ki se nahajajo v dolini. Skozi nahajališče poteka

več geoloških tektonskih prelomov. Nahajališče se smatra, v smislu eksploatacijskih

pogojev, kot eno težjih v evropskem in svetovnem merilu.

Težavne rudarske in geološke razmere v velenjskem premogovniku, rudarjem ob

postopnem uvajanju mehanizacije v 60. letih dvajsetega stoletja niso omogočale

uporabljati katere od že uveljavljenih evropskih odkopnih metod. Zato so rudniški

strokovnjaki sami razvili sodobno odkopno metodo, ki jo danes v svetovni strokovni


literaturi predstavljajo kot velenjsko odkopno metodo. Tej metodi so tudi prilagodili

vrhunske hidravlične podpore. Zaradi svoje visoke produktivnosti je dokazano najbolj

primerna za odkopavanje debelejših slojev premoga. Omogoča tudi zapolnjevanje in

utrjevanje prostora za odkopom. Po pripravi dostavne in izvozne proge ter montažnega

prečnika poteka odkopavanje od odkopne meje proti jašku v ploščah dolžine 400 do 800

m in višine 3 do 15 m. Odkopne plošče, etaže so po višini zastavljene ena pod drugo.

Število odkopov, ki v jami hkrati obratujejo, se spreminja v odvisnosti od potreb in razvoja

odkopnih polj in znaša od 4 do 7. Pridobivanje je popolnoma mehanizirano. Osnovni

parametri tehnologije odkopavanja so naslednji:

- dolžina odkopov: 150-210 m

- odkopna višina: 3-15 m

- napredek odkopa: 2-4 m/dan

- dnevni izkop: 4000-9500 t/dan (na odkop)

- letni izkop: 3,5-4,5 MIO ton/leto

Izkopan premog se transportira iz odkopov in pripravnih delovišč s pomočjo strgalnih

transporterjev in transporterjev z gumijastim trakom. Transport materiala in opreme

poteka s talnimi lokomotivami in z visečimi diesel lokomotivami (VDL). Pridobivalni

prostor velenjskega premogovnika je zaradi rudarjenja podvržen neprestanim

spremembam, tako na površju kakor tudi pod njim. S svojimi 1500 ha, na katerih se

nahajajo urbana naselja, infrastrukturni objekti, kmetijske in vodne površine, predstavlja

velik dejavnik, ki močno vpliva na svojo okolico. Spremembe površine ter rudarskih

podzemnih objektov in del potekajo zelo hitro, saj se letno z izkopom premoga izdela v

globinah do 500 m pod zemeljskim površjem več kakor 20 km jamskih prog ter okoli 3

milijone m3 velik prazen prostor, v katerega se zrušijo masivi nad njim ter povzročajo

ogromne spremembe na površju. Za uspešno obvladovanje tako obsežnega in dinamičnega

prostora je potrebno uporabljati najnaprednejšo tehnologijo.

Varno delo omogočata tudi varnostno-informacijski sistem in izurjena jamska reševalna

četa. Poleg primarne dejavnosti – pridobivanja premoga – izvajajo v Premogovniku

Velenje različne dejavnosti s področja geotehnologije: rudarsko, strojno in elektro

projektiranje podzemnih objektov in površinskih kopov, izdelavo vseh vrst podzemnih

objektov, geomehanske raziskave ter vodijo prostorsko bazo podatkov.


3 ČRPALIŠČE k.+120 V JAMI ŠKALE

Jama Škale je v postopku likvidacije prog in tako ni več odkopa v njej. Vse, kar je ostalo

v njej aktivnega, je Muzej premogovništva Slovenije, črpališče k.+120 ter pomožno

črpališče k.+85.

Črpališče k.+120 vsebuje zbiralnik umazane vode ter zbiralnik čiste vode. Kapaciteta

zbiralnika umazane vode znaša 1655 kubičnih metrov, od tega predstavlja zgornji nivo 940

kubičnih metrov, 700 kubičnih metrov pa je rezerva v slučaju izpada električne energije.

Poleg zbiralnikov umazane vode je črpališče opremljeno tudi z dvema rezervoarjema čiste

vode, in sicer je kapaciteta posameznega rezervoarja 5 kubičnih metrov, kar skupaj znaša

10 kubičnih metrov. V kolikor bi prišlo do izpada električne energije, bi se odvečna čista

voda prelila v zbiralnik umazane vode.

3.1 Sistem črpanja

Za črpanje umazane vode sta nameščena dva sesalna koša dveh črpalk, ki se ne uporabljata

hkrati, razen v slučaju prevelike količine umazane vode. Umazana voda se črpa po tlačnem

cevovodu skozi triadni vpadnik Hrastovec v potok Lepena. Pri črpanju čiste vode pa se

uporabljata dva sesalna koša treh črpalk. Prvi sesalni koš je priključen na skupni sesalni

vod dveh črpalk, drugi pa je namenjen rezervni črpalki. Voda se črpa po tlačnem cevovodu

v omrežje in se uporablja kot tehnološka voda, ki je namenjena za proces pridobivanja

premoga. Črpanje vode poteka neprekinjeno, kajti v nasprotnem primeru bi lahko prišlo do

zalitja jamskih predelov. »Slika 2« prikazuje shemo črpališča k.+120, iz katere je razviden

potek cevovodov, nameščenih zasunov, sesalnih merilnikov tlaka, tlačnih merilnikov tlaka

ter postavitve črpalk.


Slika 2: Shema črpališča.


3.2 Tehnični podatki pred avtomatizacijo

Črpanje umazane vode poteka z že delujočima črpalkama z oznako CVNRL-7-10S, ki

imata kapaciteto črpanja 4200 l/min. Vsaka črpalka ima svoj sesalni cevovod DN 250 ter

svoj odcep na skupni tlačni cevovod DN 200 z nazivnim tlakom 40 bar. Za črpanje čiste

vode bomo uporabili oz. so že delujoče 3 črpalke CVNRL-7-10S, in sicer imata dve črpalki

skupni sesalni vod DN 250 ter ena od treh svojega. Vse tri črpalke pa imajo svoje odcepe

na skupni tlačni vod DN 200 z nazivnim tlakom 40 bar. Vsako črpalko poganja

elektromotor St-ZK-6-630-Ma4, ki ima nazivno moč 400 kW ter priključno napetost 6 kV.

3.3 Zagon črpališča pred avtomatizacijo

Pred izvršitvijo zagona črpalk je potrebno, s pomočjo merilnika nivoja, preveriti količino

vode. Merilnik nato vpliva na sledečo signalizacijo:

• gornji nivo k.+119,10 – rumena luč

• nivo za vklop črpalke k.+118,90 – zelena luč

• nivo za izklop črpalke k.+118,10 – rdeča luč

• spodnji nivo k.+117,90 – rdeča luč

Ko so izpolnjeni pogoji, da gori zelena luč in je nivo vode nad k.+118,90, lahko zaposleni

vklopi črpalko po naslednjem postopku (črpalki 2 in 3):

• najprej je potrebno odpreti ventil Zi za izpust zraka na črpalki;

• nato ventil Ni za zalivanje črpalke, ki je povezan s komunalno vodo preko ventila

Nvi ali s tlačnim vodom preko ventila Nvi;

• preko ventila Zi polni črpalko tako dolgo, da pri ventilu Zi teče voda brez zračnih

mehurčkov s konstantnim tlakom;

• za tem je potrebno zapreti ventil Zi in ventil Ni ter delno odpreti zasun MTZi, in

sicer za 3-4 vrtljaje;


• ko je vse to opravljeno, se lahko zažene črpalka in če je tlak na manometru enak 28

barov ali več, se lahko počasi odpira zasun MTZi;

• v kolikor tlak pade pod 28 barov, je potrebno izklopiti črpalko ter postopek

ponoviti oziroma narediti poizkus na drugi črpalki.

Ravno tako, kot je potrebno vklopiti črpalko za umazano vodo, je potrebno vklopiti tudi

črpalko čiste vode. Za črpanje čiste vode so namenjene tri črpalke, in sicer črpalke 4, 5 in

6.

Postopek vklopa pa je naslednji:

• ker imata črpalki 4 in 5 skupni sesalni vod, je potrebno paziti, da ne obratujeta

istočasno;

• da lahko zaženemo črpalko 4 je potrebno najprej zapreti ventil ZV »DN« 250 na

sesalnem vodu črpalke št. 5;

• nato je potrebno zapreti ventil ZV 7 DN 100 na povratnem vodu črpalke št. 5;

• potem odpremo ventil ZV 9 DN 250 na sesalnem vodu črpalke št. 4;

• in tako lahko zaženemo črpalko po predpisih;

• ventil ZV 10 DN 100 je namenjen za regulacijo pretoka skozi črpalko;

• če hočemo zagnati črpalko št. 5, se ventili odpirajo oz. zapirajo po obratnem

vrstnem redu in je za regulacijo pretoka namenjen ventil ZV 7;

Tako kot imamo postopek za zagon črpalke, imamo tudi postopek za zaustavitev črpalke.

Prvi korak pri zaustavitvi je do polovice zaprt zasun MTZi na tlačnem vodu, temu sledi

zaustavitev črpalke s pritiskom na tipko izklop. Pomembno je, da takoj po pritisku na tipko

ventil MTZi popolnoma zapremo.

Zagon črpališča pred avtomatizacijo nam hkrati podaja pogoje, ki jih moramo upoštevati

pri izdelavi programa za PLC. Poleg teh pogojev bodo izvedene tudi obratovalne ure,

poraba črpališča, nadzor tlaka, obratovalne temperature črpalke in elektromotorja itd.


3.4 Splošno o avtomatskem obratovanju črpalk

Za zagotovitev procesnega vodenja oziroma avtomatskega in zanesljivega obratovanja

sistema črpalk, je potrebno elektro-strojno opremo dopolniti z napravami za ugotavljanje

stanj oziroma vrednosti, in sicer:

� NIVO VODE V ZBIRALNIKIH

Zelo je pomembno kakšno je stanje nivoja vode v zbiralnikih preden zaženemo ali

ustavimo črpalko pri določenih nivojih. Da lahko ugotovimo nivo vode uporabimo tipala

za ugotavljanje visokega ali nizkega nivoja (digitalni vhodi), ki omogočajo izklop črpalk.

K dodatni varnosti pripomorejo tipala, ki onemogočijo ekstremne razmere kot je suhi tek

ali pretirano povišan nivo vode, kar pomeni vklop dodatne črpalke. Ekstremno nizek nivo

naj služi za izklop električne napetosti v primeru, ko zataji izklop kontaktorja

elektromotorja. Izvedeno mora biti tudi kontinuirano (zvezno) merjenje nivoja vode

(analogni vhod).

� TLAK VODE V SESALNEM VODU

Merjenje tlaka in podtlaka v sesalnih vodih je zelo pomembno, da zavarujemo črpalke. Če

imamo pred zagonom črpalke pravo vrednost tlaka, to pomeni, da je zagotovljeno zalitje

črpalke. Tako kot prava vrednost tlaka, je pomembna tudi prava vrednost podtlaka, saj tako

ne more priti do suhega obratovanja črpalnih agregatov. V kolikor bi prišlo do

nepredvidljivih sprememb podtlaka, lahko smatramo, da je prišlo do okvare elektro-strojne

opreme ali prenizkega nivoja vode v zbiralniku.


� TEMPERATURA LEŽAJEV ČRPALKE

Ker se lahko pojavijo aksialni (osni) pomiki rotorja črpalke, je zelo pomembno, da

spremljamo ta parameter. Posledica, ki lahko nastane ob okvari ležaja, pomeni uničenje

črpalke.

� TLAK VODE V TLAČNEM CEVOVODU

Kontrola tlaka vode v tlačnih cevovodih je pomembna za kontrolo nivoja zalitja tlačnega

cevovoda preden zaženemo črpalke. Med obratovanjem mora biti tlak konstanten oziroma

lahko minimalno odstopa (cca. 1 bar). V kolikor je odstopanje večje, pomeni, da je

prisotno slabo tesnjenje cevovoda ali črpalk.

� NIVO VODE V ČRPALKI

Nivo vode v črpalki je zelo pomemben, kajti črpalka ne sme delovati na »suho«, ker bi

lahko prišlo do uničenja le-te. Vzrok za ta pojav je lahko v nepravilni namestitvi sesalnega

koša ali v prenizkem nivoju vode.

� PROCES ZALIVANJA ČRPALKE

Zalivanje črpalke je omogočeno na dva načina. Črpalko lahko zalijemo z vodo iz

vodovodnega omrežja ali tlačnega cevovoda in s sesanjem vode z vakuum črpalko iz

vodnega zbiralnika. V ta namen morata biti v instalacijo vgrajena motorni ventil in

kontaktni manometer. Kontrola stanj mora biti izvedena tako, da je omogočeno avtomatsko

upravljanje zalivanja črpalk.


� ZAŠČITA ELEKTROMOTORJA

Razen standardne električne zaščite motorja predvidevamo še kontrolo naslednjih

parametrov:

• temperatura navitja motorja

• temperatura ležajev motorja

• obremenitev motorja

• obratovanje motorja

• prisotnost napetosti

3.5 Opis predvidene avtomatizacije

Črpališče na k.+120 bi lahko avtomatizirali s pomočjo OMRON krmilnika tipa CJ1 M,

OPC strežnika, InTouch programskim paketom ter merilniki, ventili in pretvorniki.

Avtomatizacija je predvidena zaradi lažjega nadzora nad črpališčem ter samostojnim

delovanjem črpališča.

Sistem bi lahko deloval tako, da bi s krmilnikom nadomestili dosedanje delo zaposlenih ter

zagotovitev delovanja črpalk na takšen način, da bodo imele črpalke približno enako

število delovnih ur. OPC strežnik bi skrbel za komunikacijo med PLC krmilnikom ter

InTouch programskim paketom. InTouch programski paket je namenjen za izdelavo

črpališča v grafični obliki ter za sam prikaz rezultatov delovanja posameznih segmentov.

InTouch programski paket se uporablja v SCADA sistemih, kar pomeni Supervisory

Control And Data Acquisition. Zaradi varnosti bi sistem lahko deloval v avtomatskem in

ročnem načinu. V avtomatskem načinu delovanja bo nalogo izvrševal OMRON krmilnik,

če pa bi slučajno prišlo do kakšne napake ali remonta, pa lahko preklopimo na ročno

delovanje. Za shranjevanje in obdelavo zgodovine podatkov pa Premogovnik uporablja

SQL industrial programsko opremo.


4 NAPAJANJE ČRPALIŠČA Z ELEKTRIČNO ENERGIJO

4.1 Glavno napajanje

Razdelilna postaja RP k.+120 se z električno energijo napetosti 6 kV napaja iz razdelilne

transformatorske postaje RTP 20/6 kV Nove Preloge, sistema zbiralnik II, z močjo

transformacije 2x4 MVA. Zmogljivost RPT 20/6 kV Nove Preloge zadostuje potrebi po

električni energiji za vse porabnike. Razdelilna transformatorska postaja RTP 20/6 kV

Nove Preloge se z električno energijo napetosti 20 kV napaja iz razdelilne

transformatorske postaje RTP 110/20 kV TE Šoštanj.

Napajanje razdelilne postaje RP K.+120 je izvedeno po enem kablu tipa XHP 84 3x95/16

mm na kvadrat, dolžine 3900 m. Dovodni kabel poteka iz RTP 20/6 kV Nove Preloge po

kabelskem kanalu do ustja izvoznega odkopa Pesje, po izvoznem odkopu, nekdanji izvozni

progi do jaška Škale ter vodni progi do črpališča k.+120 in je vezan v polje 10.

4.2 Rezervno napajanje

Rezervno napajanje razdelilne postaje RP k.+120 z električno energijo je izvedeno po

obstoječem kablu XHP 84 3x70/16 mm na kvadrat, dolžine 1182 m.

Dodatno rezervno napajanje razdelilne postaje RP k.+120 z električno energijo napetosti 6

kV je izvedeno iz razdelilne transformatorske postaje RTP 20/6 za rezervno napajanje VP

PESJE in črpališče na k.+120 v jami Škale z močjo transformacije 2,5 MVA. Zmogljivost

RTP 20/6 s transformatorjem 2,5 MVA za rezervno napajanje VP PESJE in črpališča na

k.+120 zadostuje potrebi po električni energiji za vse porabnike na k.+234, vseh 500 V

električnih porabnikov, napajanih iz RP k.+120, ter obratovanju dveh 6 kV črpalk v

črpališču k.+120.


4.3 Visokonapetostna oprema

V razdelilni postaji RP k.+120 v jami Škale je vgrajenih deset visokonapetostnih stikalnih

polj.

• dve dovodni polji (polji 1 in 10), tip 6KT-10A 630 KSND, RADE KONČAR

• pet polj motorjev (polja 2, 3, 4, 5 in 6), tip 6KT-10C 400 KSNM, RADE

KONČAR

• dve odvodni transformatorski poli (polji 8 in 9), SIEMENS – TIP 8SN2

• odvodno-dovodno polje (polje 7) SIEMENS – tip 8SN2

4.4 Varnostni tehnološko-informacijski sistem

Iz razdelilne postaje RP k.+120 v jami Škale se podobno kot iz vseh ostalih 6 kV

razdelilnih postaj prenašajo podatki v informacijski center, ki je zunaj jame, in sicer se

prenašajo podatki o obratovalnem stanju posameznih stikalnih polj (vklopljeno –

izklopljeno ). Prenos informacij iz vseh VN polj je izveden preko jamske postaje JP25.

Posebnost energetskega dela v Premogovniku Velenje, d. d. je to, da imajo IT zaščito

ozemljitve izoliranega sistema, kar pomeni, da je ničelni vodnik posredno preko

Petrsenove tuljave izoliran ter je v sistem vključen mrežni merilnik, ki nadzira stanje

izolacije in v primeru okvare izklopi porabnike. Petrsenova tuljava je namenjena za

kompenzacijo, ki omogoča »gašenje« zemljestičnih tokov.


5 PROTIEKSPLOZIJSKA ZAŠČITA

Ker je jama Premogovnika Velenje, d. d., metanska jama, je obvezno, da so vse naprave in

elementi, ki jih uporabljamo, protieksplozijsko zaščiteni. To pomeni, da so vgrajene v

takšno ohišje, katero varuje do take mere, da v slučaju iskrenja ali eksplozije ne bi prišlo v

stik z zrakom, ki lahko vsebuje metan. Vsaka naprava mora biti protieksplozijsko

zaščitena, kot npr.:

1.

2.

Slika 3: Primer protieksplozijske oznake v industriji (1.) in rudniku (2.).

• εx … oznaka za zaščito

• І … rudniki ogroženi z jamskim plinom, П … ostali eksplozivni prostori

• M1 … ni obvezen izklop napajanja, M2 … obvezen izklop napajanja

• G … za eksplozivne atmosfere, ki jih povzroča plin, D … atmosfere, ki jih

povzroča prah

• T1-T6 … temperaturni razred (vžigna temperatura plina, pare)

• Ib … lastna varnost

• SP … akreditivni preizkuševalci

Vsaka naprava, ki je namenjena za jamo, mora imeti certifikat o ustreznosti, izjavo o

skladnosti ali ATEX direktivo.

Ker OMNRON krmilnik ali podobna naprava ni protieksplozijsko zaščitena, je za takšne

naprave izdan službeni nalog. Naprave morajo biti v najmanj IP54 mehanski zaščiti.


Slika 4: Službeni nalog.


5.1 Podrobnejši opis

Razred 1, Cona 1 AEx

Ex

EEx

NEC 500 Razred 1, Razporeditev 1, Skupine A,B,C,D,T6

NEC 505 IEC CENELEC

ed ed ed

IIC IIC IIC

T6 T6 T6

Xε

PORAZDELITEV CON nevarnost stalna nevarnost občasna nevarnost redka dolgotrajna kratkotrajna

CENELEC/ICE cona 0 , cona 20 (prah) cona I, cona 21 (prah) cona 2, cona 22 (prah)

USA NEC 50 (plin) cona 0 cona 1 cona 2

I M 2

PORAZDELITEV EKSPLOZIJSKO OGROŽENIH OKOLIJ nevarnost stalna nevarnost kratkotrajna,

ali občasna redka

USA NEC 500

Razred I (plin)

Razred II (prah) Razporeditev 1 Razporeditev 2

Razred III (vlakna)

Razredi in skupine po NEC 500

Tipični plini Skupina

prah,

puh, vlakna

Acetilen Razred I Skupina A

Vodik Razred I Skupina B

Etilen Razred I Skupina C

Temperaturni razredi

Najvišja dovoljena ZDA

temperatura na površini NEC 500

450 °C T1

300 °C T2

280 °C T2A

260 °C T2B


Propan Razred I Skupina D

Metan Rudniki

Kovin. prah Razred II Skupina E

Premog. prah Razred II Skupina F

Žitni prah Razred II Skupina G

puh/vlakna Razred III

230 °C T2C

215 °C T2D

200 °C T3

180 °C T3A

165 °C T3B

160 °C T3C

135 °C T4

120 °C T4A

100 °C T5

85 °C T6 Skupina naprav I (Rudniki)

Kategorija M1 Kategorija M2 zelo visok nivo visok nivo varnosti

varnosti

Dovolj visok 2-kratni varnostni pri pojavu Ex

nivo varnosti ukrepi tudi pri 2 okolja mora

zaporednih napakah naprava izklopiti

Skupina naprav II (vsi ostali eksplozijsko ogroženi prostori)

Kategorija 1 Kategorija 2 Kategorija 3

zelo visok nivo visok nivo običajni nivo

varnosti varnosti varnosti

Skupine po CENELEC, IEC, NEC 505 Eksplozijska Tipični plin

skupina

I Metan

IIA Propan

IIB Etilen

Vodik

Temperaturni razredi Najvišja dovoljena temp. CENELEC, IEC

na površini naprave USA (NEC 505)

400 °C T1

300 °C T2

200 °C T3

135 °C T4

100 °C T5

85 °C T6

Vrste protieksplozijske zaščite

Vrste zaščite

-povečana varnost, -zalitje v olju,

-neprodorni krov, -zasipanje s peskom

-nadtlak,

-lastna varnost,

-zalitje z umetno maso,

-vrsta zaščite n.


6 PROGRAMSKA IN STROJNA OPREMA AVTOMATIZACIJE

6.1 Omron CJ1 M

Omron CJ1 M je krmilna naprava, ki bi se uporabila v črpališču k.+120 za krmiljenje petih

črpalk, krmilila pa bi glede na stanje sond, stikal in ventilov.

Slika 5: Omron CJ1 Modular.


PLC krmilnik OMRON CJ1 je sestavljen iz več modulov, ki skupaj predstavljajo celotni

krmilnik. Prvi modul (Slika 5) je napajalnik krmilnika, ki transformira napetosti iz 230 V

na krmilniku primerno napetost 5, 12 in 24 V. Naslednji modul je centralno procesna enota

(CPU), ki ima funkcijo, da s pomočjo programa, ki ga naložimo v enoto, krmili preko

vhodno-izhodnih enot ventile, el. motorje in podobno. CPU vsebuje tudi priključek za

ETHERNET, ki nam omogoča komunikacijo z računalnikom in obratno, komunikacija pa

se izvršuje preko OPC strežnika. Prednost ETHERNETA je v tem, da lahko krmilnik

programiramo in nadzorujemo na daljavo po TCP/IP, UDO/IP ter Omronovih standardnih

protokolih, kot so FINS, FTP in SMTP. Za prenos programa lahko uporabimo tudi serijsko

komunikacijo RS-232, 422, 485, katere slabost je, da moramo biti v bližini krmilnika, ki ga

programiramo in nadzorujemo. Zaradi te slabosti bi lahko uporabili modem, ki pretvori

RS232 v TCP/IP. Kot je razvidno iz slike 5, ima novi CJ1 krmilnik tudi možnost

vstavljanja pomnilniške kartice (Flash Memory Card), ki nam omogoča dodatni

pomnilniški prostor. Krmilnik je po dimenziji zelo majhen in ima še naslednje posebnosti:

• instrukcije se hitro izvajajo

• več prostora za vnos programa

• tako programsko kot tudi sistemsko je kompatibilen s CS-krmilniki

• uporaba do 40 enot (velika razširitev)

• pritrdimo ga lahko direktno na montažno letev, ker je brez sistemske plošče

• možnost programiranja na daljavo

6.1.1 Vhodno-izhodni modul krmilnika

CJ1-M kot tudi vsi ostali krmilniki uporabljajo vhodno-izhodno enoto, ki skrbi za fizično

povezavo z ostalimi napravami v avtomatizaciji. Krmilnik, ki bi se lahko uporabil, ima

možnost nadgradnje z vhodno-izhodnimi moduli. Tako lahko dodamo analogni in digitalni

vhodni modul kot tudi analogni in digitalni izhodni modul. V tem procesu pa bi lahko bila

uporabljena oba.


Vhodi so zgrajeni na naslednji način:

Slika 6: Vhodi krmilnika.

Analogni vhod v krmilnik vsebuje delilnik napetosti, RC-člen, zaščitni diodi ter optični

sklopnik. Tako najprej pride analogni signal na delilnik, nato gre skozi RC-filter ter na

optični sklopnik, ki nam galvansko loči sistem od krmilnika ter posreduje signal na A/D

pretvornik, poleg tega pa tudi ščiti krmilnik pred motnjami in prevelikimi napetostmi. Pred

optičnim sklopnikom se nahajata dve zaščitni diodi, ki sta namenjeni za zaščito ob izklopu

v slučaju prevelikih tokov.

Izhodi so zgrajeni na naslednji način:

Slika 7: Izhodi krmilnika.


OUT 4 in OUT5 sta analogna izhoda, ki vsebujeta optični sklopnik, RC-člen, MOSFET

tranzistor ter zaščitno diodo za izhodni tranzistor. Signal iz krmilnika preko galvanske

ločitve dobimo na MOSFET tranzistor in nato tranzistor deluje kot stikalo na izhodu.

Slika 8: Pulzni izhod.

OUT1 do OUT3 ima enota pulzni izhod, ki mu s spreminjanjem širine spremenimo

izhodno karakteristiko na ON/OFF. Vrednost na izhodu se spreminja od 10–90 %, to pa je

od 4.75 V do 26.4 V. Maksimalni odzivni čas je 0.1 ms.

Slika 9: Vezalna shema vhodno-izhodnih enot.


6.1.2 Cx-programmer

Cx-programmer je program, ki je namenjen za programiranje OMRON krmilnikov.

Program je narejen tako, da lahko programiramo v lestvičnem načinu ali s pisanjem v

višjem programskem jeziku.

Za pričetek programiranja moramo najprej odpreti nov projekt in nato določiti tip

krmilnika (CJ1M).

Slika 10: Določitev krmilnika.

Po določitvi krmilnika lahko pričnemo s pisanjem programa v lestvičnem načinu, ki nam

omogoča lažjo predstavo, ker je to na nek način grafično programiranje. Program se piše

od leve proti desni tako, da najprej postavimo, s pomočjo stikala, nek logični bit (levo),

nato na desni strani dodamo instrukcijo, ki nam omogoča neko funkcijo.


Slika 11: Cx-programmer.

Najpogostejše instrukcije, ki jih uporabljamo, so:

• IZHODNE (OUT, OUTNOT, SET, RSET)

• ČASOVNIKI, ŠTEVCI (CNT, CNTX, TIM, MTIM)

• PRIMERJALNIK (CMP, BCMP)

• PREMIK PODATKOV (MOV, MOVB, MOVD)

• MATEMATIČNE (+, - ,*,…)

• KODNA PRETVORBA (BCD, BIN, HEX, NEG)

• REGULACIJA, SKALIRANJE (PID, SCL, SCL2, AVG)

• LOGIČE (ANDL, COM, ORW)

• SUBRUTINE (SBS, SBN, RET)


Program ima možnost, da lahko njegovo delovanje nadzorujemo preko etherneta na

oddaljenem PC-ju. To nam omogoča odkrivanje raznih napak v programu ter njegovo

izvajanje. Cx-programmer je novejša verzija SYSWIN programa, zato ima tudi lažji

pristop k programiranju. Njegove prednosti so v tem, da je bolj pregleden, ima veliko

število knjižnic, možnost uporabe funkcij preko orodnih vrstic ter pomoč (help), ki nam

omogoča spoznavanje katere koli funkcije ali ukaza, ki ga potrebujemo.


6.2 Omron prikazovalnik procesa

Slika 12: Prikazovalnik NS10-TV01-V2.

Poleg krmilnika je lahko v zaščitno omaro vgrajen tudi prikazovalnik NS10-TV01-V2, ki

nam omogoča celotni pregled procesa. Prikazovalnik komunicira preko ETHENETA ali

RS-232 s krmilnikom in ima podoben grafični prikaz procesa kot InTouch. Prikazovalnik

deluje na principu dotika zaslona (Touch Screen), kar je zelo praktično, ker ne

potrebujemo vhodno-izhodne naprave za upravljanje (miške ali tipkovnice).

Vizualizacija črpališča v nadzornem centru je lahko podobna tehnološki shemi na

prikazovalniku NS10-TV01-V2 v črpališču. Prikazujemo lahko več zaslonskih oken, preko

katerih se spreminjajo razni parametri, kot so:

• nivoji vseh rezervoarjev

• stanje elektroventilov za čisto vodo

• stanje elektoventilov za umazano vodo

• tlaki in pretoki čiste in umazane vode

• zaščita (kratkostična, bimetalna, zemljestična zaščita)

Zemlje-stična zaščita ne deluje takrat, ko je naprava vklopljena, kajti to funkcijo

opravlja mrežni kontrolnik. V slučaju izklopa naprave prevzame funkcijo delovanja

zemljestična zaščita, ki onemogoča vklop tako dolgo, dokler je izolacijska vrednost

prenizka.

• prikazovanje raznih opozoril in napak, ki so lahko predvidene

• temperature, električna poraba itd.

• upravljanje črpališča v smislu vklopov in izklopov črpalk ter nadzor nad

obratovalnimi urami

LCD prikazovalniki so lahko narejeni v različnih tehnologijah, kar pomeni, da je od

posamezne tehnologije odvisna kvaliteta prikazovalnika. Poznamo tehnologije kot so: TN,

IPS, TW IPS, MVA, PVA, S-PVA …

NS10-TV01-V2 ima 32,768 barv, VGA 640x480 pikslov, 60 MB zaslonskega spomina.


6.3 Digi One IA Modem

Slika 13: Digi One IA Modem.

Za povezavo komunikacije med PLC krmilnikom in PC terminalom pri nadzorniku

črpališča je možno uporabiti že obstoječo telefonsko linijo. Kot komunikacijski pretvornik

iz RS232 v TCP/IP bi glede na lastnosti lahko uporabili IA Modem, ki zagotavlja

zanesljivo komunikacijo. Modema priključimo na PC ter na PLC preko serijskega

komunikacijskega porta RS232 ter ju med sabo povežemo s telefonskim kablom, ki

vsebuje vsaj 2 parici. Aplikacija za komunikacijo med PC-jem in PLC-jem bo izvedena na

istem računalniku, kjer imamo aplikacijo InTouch-a.

Lastnosti:

• pretvorba iz serijskih RS232 v mrežne TCP/IP podatke

• prenos do 230 Kb/s

• enostavna konfiguracija preko spletnih vmesnikov

• varnost preskrbljena s podporo protokolu SSHv2

• možnost oddaljenega odpravljanja napak

V Premogovniku že uporabljajo optično komunikacijo, vendar je ta namenjena za aktivni

del jame in je pri tej avtomatizaciji ne bi bilo mogoče uporabljati, ker je črpališče v jami

Škale, ki ni več aktivna.


6.4 Programski paket InTouch 9.5

InTouch programska oprema se uporablja za izdelavo SCADA sistemov v industriji.

SCADA sistem je namenjen za vodenje in nadzor diskretnih in zveznih procesov v

industriji. Sistem ima velik pomen in veliko moč pri delovanju in je sorazmerno lahek za

uporabnike. Glavni namen sistema je komunikacija med človekom in strojem (HMI), ki se

izvede na najbolj enostaven način v čim krajšem času. V primeru avtomatizacije je

pomembno, da InTouch deluje v WINDOWS okolju, ki ga uporablja Premogovnik

Velenje, d. d. Programsko orodje InTouch uporablja mnogo podjetij, saj se jim s to opremo

zmanjšajo izgube in poveča kakovost proizvoda.

Proizvajalec Wonderware Corporation, ki izdeluje to programsko orodje, je leta 2005 na

trgu predstavil najnovejšo verzijo InTouch 9.5, pri kateri je v primerjavi z verzijo 9.0

mnogo sprememb in izboljšav, kot so npr. inteligentni simboli (Smart Symbols). To pa

uporabnikom omogoča še učinkovitejše in prijaznejše delo s to programsko opremo.

Prednost inteligentnih simbolov je v tem, da jih lahko hitro in enostavno prenašamo med

okni, aplikacijami s tem, da poleg prenašajo vse svoje parametre. Ti simboli delujejo na

principu objektno orientirane tehnike, ki se združuje z InTouch-evo grafiko, in sicer s

predlogi, ki jih je možno enostavno spreminjati in znova uporabiti. Ta sprememba se

avtomatično odziva na aplikacijo in to tudi preko številnih računalniških vozlišč. Vse to pa

nam omogoča večjo produktivnost, razvoj in fleksibilnost pri uporabi. InTouch je zgrajen

na osnovi Microsoftovih operacijskih sistemov, saj je bilo podjetje Wonderware prvo, ki je

gradilo HMI na osnovi MS Windowsov.

HMI/SCADA sistem je namenjen nadzoru proizvodnih procesov na podlagi zajemanja

realnih podatkov, njihovemu grafičnemu prikazu in nadaljnji obdelavi le-teh. Poleg

HMI/SCADA lastnosti, kot so alarmi, vizualizacija, historizacija itd., nam InTouch ponuja

tudi integrirano razvojno okolje, ki zmanjša potrebo po kupovanju dodatnih modulov.

Da je uporaba grafičnega vmesnika enostavna, je razlog v sodelovanja Wonderware in

Microsoft podjetja, kar posledično vpliva na najhitrejše in največje prilagoditve ter

dolgoročno varnost naložbe. InTouch 9.5 pa ima tudi to dobro lastnost, da ima 60 različnih

gonilnikov I/O (OPC, TCP/IP, DDE). Wonderware ima v 100.000 tovarnah prodane

licence, kar pomeni 30 odstotkov vseh tovarn z več kot 20 zaposlenimi. Razvili so tudi

svoj panelni računalnik na dotik, ki pa je že predstavljen na trgu.


6.4.1 Uporabniki in zgodovina podatkov

Slika 14: Baza zgodovine podatkov.

Program InTouch omogoča prikaz objekta preko zaslona v trenutnem času (Real-time) ter

kot zgodovino podatkov (Historical). Kot je razvidno iz slike 14 ter tudi razloženo v

naslednjem naslovu, lahko vidimo, da je zgodovina podatkov povezana tudi z bazo

podatkov in uporabniškim dovoljenjem.

Dostop do InTouch programa bo lahko imel vsak, ki dobi uporabniško ime in geslo za

dostop do pregleda. Ampak to pomeni, da uporabniki lahko samo opazujejo trenutne

dogodke procesa ter zgodovino procesa, ki bi bil v našem primeru črpanje vode. Vse te

podatke zajema iz baze podatkov v katero, InTouch-eva operacija HISTORICAL pošilja in

odvzema. Za poseg v proces ali za spreminjanje vizualizacije InTouch-a pa ima podjetje

zaposlenega administratorja, ki se nahaja pri nadzorniku Premogovnika.

Zgodovino podatkov opazujemo preko funkcijske odvisnosti enega parametra od drugega.

Tej funkcijski odvisnosti pa lahko spreminjamo časovni razpon, vrednostno skalo,

ločljivost, število podatkovnih vrednosti ter barvno shemo izrisa, ki je zelo pomembna, da

lahko pregledno ločimo med različnimi poteki, ki se izvajajo v istem trenutku.

Slika 15: Časovni potek zgodovine podatkov.


6.5 Industrial SQL

V Premogovniku Velenje, d. d., imajo zaradi kompleksnega tehnološkega procesa opravek

z veliko količino različnih podatkov. Takšna količina podatkov pa zahteva informacijski

sistem, ki obdeluje, posreduje in shranjuje vse informacije. V podjetju so uvedli

informacijski sistem z relacijsko bazo podatkov, ki je primerna za veliko količino podatkov

in je dovolj enostavna pri dostopu do podatkov. Tako uporabljajo jedro informacijskega

sistema Industrial SQL bazo podatkov, ki je v primerjavi s klasičnimi relacijskimi bazami

sposobna sprejemati podatke v tolikšni količini in s takšno hitrostjo.

Server Industrial SQL uporabljajo poleg SCADA sistemov, in sicer je nadgradnja InTouch

aplikacije proizvajalca Wonderware. Industrial SQL je naložen na premogovniški

informacijski sistem ter je povezan na vse obstoječe InTouch aplikacije, vendar poteka

zajemanje podatkov povsem neodvisno od obstoječih InTouch aplikacij.

Podatki se shranjujejo v standardni MS SQL ter se pretvorijo v željeno obliko s SQL

procedurami. Podatke, ki se shranijo, pa uporabljajo za različne namene, kot so npr:

- kot grafični prikaz zgodovine podatkov za InTouch aplikacijo

- za obdelavo podatkov za InTouch aplikacije

- dostop do programov kot so Word, Excel, Access

- za različne programe in lastne aplikacije

V tej avtomatizaciji črpališča bi se lahko uporabljal Industrial SQL predvsem za

shranjevanje grafične zgodovine podatkov, katere lahko kasneje s pomočjo InTouch-a

pregledujemo in odkrivamo različne napake na sistemu. To pomeni, da se v SQL

shranjujejo vsi dogodki tehnološkega procesa odkopa premoga kot tudi dogodki vsakega

črpališča posebej. Da pa lahko pridobimo npr. grafični podatek, ki se je zgodil v

preteklosti, je potrebno datumsko določiti pregled dogodka.

Industrial SQL pa pridobi veliki pomen, ko ga povežemo z intranetom. S to povezavo

omogočimo enostaven dostop do podatkov vsem uporabnikom, ki jih v danem trenutku

potrebujejo. Intranet omogoča uporabnikom trenutni prikaz procesov, ki se izvajajo, da

proizvodnja deluje maksimalno brezhibno in varno.


6.6 Merilnik tlaka

Slika 16: Merilnik tlaka FlexBar HART.

Ker je zelo pomembno, kakšen tlak se ustvarja v cevovodu, bi bilo potrebno namestiti tudi

merilnik tlaka. Vsaka črpalka bi rabila po dva merilnika tlaka, kar pomeni, da bi jih

potrebovali deset. Pet merilnikov tlaka bi morali namestiti na tlačnem cevovodu in ostalih

pet na sesalnem cevovodu. Pri zagonu nas sicer zanima tako tlak na tlačnem cevovodu kot

tudi na sesalnem cevovodu. Za merilce tlaka bi lahko uporabili FlexBar HART, ki je glede

na lastnosti in karakteristike primeren. Pri merjenju tlaka nas zanima relativni tlak, ki je

tudi v praksi bolj uporaben kot absolutni. Absolutni tlak se meri od absolutne ničle in zato

je razlika med absolutnim in relativnim tlakom atmosferski koeficient.

Slika 17: Vezava merilnika FlexBar HART.

Lastnosti merilnika so:

• robustno ohišje in lokalni prikazovalnik

• območje tlaka od (-1) 0 do 400 bar

• izhod od 4 do 20 mA

• boljša točnost od 0,2 %

• nastavitev ničle

• Ex zaščita


6.7 Merilnik nivoja

Slika 18: Ultrazvočna sonda LU05.

Če hočemo ugotoviti, kakšen je nivo vode v bazenu, potrebujemo merilnik nivoja, iz

katerega dobimo določen analogni signal glede na nivo vode v bazenu. Ultrazvočna sonda

deluje na principu potovanja ultrazvoka od sonde do merjene tarče in nazaj. Vsebuje

sprejemnik in oddajnik ultrazvoka ter izmeri čas od oddaje do sprejema ultrazvoka.

Merilnik ima naslednje lastnosti:

• sonda ima možnosti različnih merilnih dosegov

• točnost ± 0,15 % merilnega območja

• izhodni signal 4-20 mA

• napajalna napetost 12-28 V DC

• uporaba možna tudi kot končno stikalo

V našem primeru bi s pomočjo merilnika zagotovili, da nivo vode v bazenu ne bo

premajhen, oziroma da ne bo presegal maksimalne dovoljene vrednosti. V kolikor bi prišlo

do minimalnega nivoja, je pogoj, da se izključi ena črpalka, oz. da se črpalke popolnoma

izključijo. V kolikor bi voda dosegla maksimalen nivo, pa je potrebno vključiti dodatno

črpalko, ki bi omogočila večje črpanje vode. Sondo bi bilo potrebno vgraditi v ohišje z IP

54 zaščito, ker naprava ni v Ex zaščiti. Za avtomatizacijo potrebujemo 3 takšne sonde, ker

so v črpališču trije bazeni.


6.8 Elektromagnetni ventil

Slika 19: Elektromagnetni ventil TIP 25.

Elektromagnetni ventil je namenjen za odpiranje in zapiranje pretoka vode. Če črpalka ne

obratuje, je potrebno s pomočjo ventila zapreti pretok vode, oziroma ga odpreti pred

zagonom črpalke (DN 200 ). Trenutno so poleg glavnih ventilov nameščeni tudi reducirni

ventili, ki imajo nalogo, da v tlačnem cevovodu zadržijo vodo, ki se pri naslednjem zagonu

prične izčrpavati poleg sveže. Pri avtomatizaciji reducirnih ventilov ne bi rabili, kajti

lastnost ventila TIP 25 je, da potrebuje na izhodu tlačno diferenco, ki znaša min. 1 bar.

Ventil deluje na principu elektromagneta, kar pomeni, da s pomočjo napetosti zvezno

odpiramo in zapiramo zasun ventila. Dobra lastnost teh ventilov je, da jih lahko dobavimo

glede na napetostne potrebe in želeno moč. Loputa ventila se odpre, ko pripeljemo na

tuljavico napetost. Ravno tako bi lahko uporabil ventil TIP 25 za izpust zraka iz črpalke in

za zalivanje črpalke, le da bi za izpust zraka uporabil DN 30 ter za zalivanje črpalke DN

100.

Lastnosti elektromagnetnega ventila:

• sedežni ventil s krožnikom

• prirobnični DN15-DN300 (uporabljeno DN30, DN100, DN200 in DN250)

• 1-40 bar, tlačna diferenca min. 1 bar (uporabljeno max. 40 barov)

• izvedbe glede na priključno napetost AC 24, 42, 110, 230 V (uporabljeno 230 V)

• moči od 21-200W (uporabljeno 200W)

• zaščita IP65 po DIN 40050

• Ex zaščita in nerjaveče jeklo (AISI316Ti)


6.9 Omron releji

Slika 20: RELE G2R-1-SND (AC).

Ker sem se odločil, da bi uporabili vhodno-izhodni modul PLC-ja, ki ima tranzistorske

izhode, je potrebno na izhode najprej priključiti releje. Primerni bi lahko bili 24 V releji, ki

so v Premogovniku že preizkušeni, so proizvajalca OMRON ter se ujemajo s krmilnikom.

Glavni pomen relejev je, da lahko preko njih krmilimo motorska polja, kajti direktno brez

relejev zadeva ni izvedljiva. Krmilna napetost v motorskem polju znaša 100 V, kar pa je

prevelika napetost za direktni priklop na tranzistorske izhode. Uporabimo lahko releje, ki

imajo delovni in mirovni kontakt in delujejo na principu tuljavice, na katero priključimo

24 V, da pritegne kontakt.

Tehnični podatki relejev in kontaktov:

• maks. napetostna obremenitev kontaktov 250 V (AC)

• maks. tokovna obremenitev kontaktov 7,5 A

• maks. moč obremenitve kontaktov 150 W

• vklopni čas releja maks. 15 ms

• izklopni čas releja maks. 10 ms

• napajalna napetost 24 V, tok 46,5 mA

Rele G2R-1-SND nima Ex zaščite, zato bi jih morali vgraditi poleg krmilnika v najmanj IP

54 zaščitno omarico. Je pa primeren, ker dosega dovolj veliko kontaktno obremenitev.


6.10 Motorsko polje 6Kt – 10 C 400 KSNm

Slika 21: Motorsko polje 6Kt – 10 C 400 KSNm.

Motorsko polje je namenjeno za priključitev, upravljanje in zaščito elektromotorjev v

rudnikih. V tem primeru obstajajo 6 kV-ni motorji, ki potrebujejo tudi 6 kV-na motorska

zaščitna polja. Polje ima vgrajen vakuumski odklopnik oziroma vakuumsko stikalo, ki ima

lastnost, da lahko na njem izvedemo veliko število vklopov in izklopov. Sestavni del polja

so tudi varovalke ter sam krmilni del, ki ga je možno uporabiti za krmiljenje s pomočjo

PLC-ja. Nazivni tok močnostnega dela je 150 A, napetost 6 kV ter nazivna izklopna moč

200-400 MVA. Krmilna napetost je 100 V in tok, ki teče pri obremenitvi, znaša približno 1

A, to pa je pomembno za določitev releja in relejskega kontakta, ki mora imeti takšne

lastnosti, da lahko nanj priključimo krmilno napetost motorskega polja.


6.11 Elektromotor St-ZK-6-630-Ma4

Za črpanje vode potrebujemo elektromotor, ki poganja vodno črpalko. Motor je priključen

preko motorskega polja na napetost 6 kV, ta pa ščiti motor pred prenapetostjo, ga

močnostno krmili ter temperaturno ščiti s pomočjo bimetala, kar pomeni, da ne more priti

do pregretja. Za delovanje črpališča obstaja pet takšnih motorjev in pet črpalk, kajti vsaka

črpalka potrebuje svoj pogon. Ker so motorji že obstoječi in trenutno delujejo v načinu

ročnega krmiljenja ter so vse ostale naprave protieksplozijsko zaščitene, so tudi motorji

izdelani v protieksplozijski zaščiti. Ti motorji pa še niso dotrajani in v jih v primeru

avtomatizacije ne bi bilo potrebno menjati.

Tehnični podatki elektromotorjev:

• napajalna napetost 6 kV

• trifazni asinhronski

• nazivna moč 400 kW

• nazivni tok 45 A

• vrtljaji: 1480 vrt./min

• proizvajalec RO Sever Subotica

6.12 Črpalka CVNRL-7-10S

Že v prejšnjem projektu črpališča so bile glede na višinsko razliko prečrpavanja vode

izbrane črpalke CVNRL-7-10S, ki jih poganjajo zgoraj omenjeni elektromotorji St-ZK-6-

630-Ma4. Črpalka ima pretok 0,060 kubičnih metrov na sekundo ter črpa vodo na višinsko

razliko 360 m. Vsaka črpalka ima priključen sesalni in tlačni cevovod, in sicer je na

sesalnega priključen sesalni koš, ki je potopljen na določen nivo v bazenu, tlačni pa je

speljan po triadnem vpadniku Hrastovec na površje ter do Muzeja premogovništva in

potok.

Tako elektromotorji kot tudi črpalke imajo vgrajena tipala za merjenje temperature navitja,

ležajev in tesnil.


6.13 Naprave za merjenje ostalih veličin

Za merjenje toka, napetosti in moči bi lahko uporabili programabilni merilni pretvornik proizvajalca ISKRA MI 400.

Slika 22: MI 400 in blokovna shema.

Ta pretvornik omogoča merjenje vseh treh veličin, ki jih potrebujemo, ter še mnoge druge.

Pomembno je, da bi bilo potrebno posebno naročilo pretvornika, kajti opravka imamo z

visokimi napetostmi. Merilni pretvornik ima omogočeno komunikacijo preko RS 232 in

RS 485, kar nam omogoča, da lahko napravo pravilno nastavimo preko programa MI4SET

ter nato pridobivamo podatke o meritvi veličin.

Pretvornik meri tokove z merilnim transformatorjem B, kot je prikazano zgoraj v blokovni

shemi, in nam zagotavlja tudi galvansko ločitev. Napetost meri s pomočjo napetostnega

delilnika A, nato pa vhodni signal po A/D pretvorbi obdela procesor ter ga posreduje.

Preko komunikacije F pa je mogoče nastavljati in posredovati naslednje podatke:

• efektivno vrednost vhodne napetosti

• efektivno vrednost vhodnega toka

• nazivno jalovo in delovno moč

• frekvenco

• itd.

Razred točnosti ima ta naprava za večino veličin 0.5, prenos podatkov 115.200 bit/s, nizko

porabo ter univerzalno AC in DC pomožno napajanje. Dobra lastnost pretvornika je

sorazmerno lahko programiranje, hitra menjava omrežja ter možnost nadgradnje.


7 IZVEDBA AVTOMATIZACIJE

7.1 Komunikacija

Slika 23: Komunikacija.

Komunikacija celotnega procesa (Slika 23) prikazuje, katere naprave in programsko orodje

potrebujemo, da lahko komuniciramo vse od InTouch-a pa do samega zagona

elektromotorja ter nam prikazuje vrstni red povezave med njimi. Program InTouch in OPC


server delujeta s pomočjo PC-ja in sta med seboj povezana. Tako skrbi OPC server za

komunikacijo med PLC krmilnikom ter InTouch-em, kar pomeni, da OPC server prejme

točke od PLC krmilnika ter jih posreduje InTouch-u, s pomočjo katerega lahko izdelamo

vizualizacijo sistema. Drugi del komunikacije poteka med PLC krmilnikom ter napravami

kot so senzorji, motorji in motorska polja itd. Komunikacija od PC-ja do PLC krmilnika bo

potekala preko že obstoječih telefonskih paric, ki se trenutno uporabljajo za telefonijo med

črpališčem ter samim telefonskim omrežjem pri nadzornem. PLC krmilnik bo nato

povezan preko relejev z motorskimi polji tako, da bo za vsako črpalko potreben po en

izhod in s tem tudi rele. Motorska polja nam omogočajo vklop in izklop elektromotorjev

pri 6 kV napetosti.


7.2 Naloga PLC krmilnika in njegovega programa

Slika 24: PLC in vhodno-izhodne naprave.

Glavno funkcijo celotne avtomatizacije bi imel PLC krmilnik, vgrajen v samem črpališču.

Kot sem že omenil, ima PLC vhodni in izhodni modul, na katerega so priključene naprave,

ki glede na njegov ukaz izvršijo nalogo, da črpališče deluje v avtomatskem režimu. Na

vhodni modul bi priključili tlačne in sesalne merilnike tlaka ter senzorje nivoja vode v

bazenu. Od teh naprav dobimo informacijo o tlaku v tlačnem in sesalnem cevovodu ter

nivoju vode v bazenih. Te informacije pretvorimo z A/D pretvornikom ter jih vključimo v

sam program PLC krmilnika. S njihovo pomočjo program pošlje informacijo na izhodni

modul. V kolikor bi bila vhodna naprava digitalna, pretvorba ni potrebna. Na izhodni

modul bodo priključene naprave, ki izvršujejo neko nalogo v procesu črpanja vode.

Izhodne naprave so velikih moči in imajo veliko napajalno napetost, kar pomeni, da jih ni

možno priključiti direktno na izhodni modul PLC-ja, ampak so lahko priključene preko

izhodnih relejev (Slika 20). Na izhod bi bil preko prej omenjenega releja ter motorskega

polja priključen elektromotor, ki bo fizično povezan s črpalkami za črpanje umazane in

čiste vode. Ostale izhodne naprave so elektromagnetni ventili, katerih naloga je odpiranje


in zapiranje pretoka čiste, umazane vode in vode za zalivanje črpalke pred vklopom. Za

ventile, ki so namenjeni odpiranju in zapiranju pretoka čiste in umazanje vode, bi bilo

potrebno narediti regulacijo, ker se ne smejo odpirati in zapirati diskretno temveč zvezno.

Uporabljen bi bil še en ventil, ki je namenjen za izpust zraka iz črpalke pred zagonom le-te.

V pisanje programa za PLC krmilnik ni bilo poglabljanja, zato bi bil dovolj kratek opis

funkcije, ki bi jo izvrševal. Kot je že opisano, se program izdela s pomočjo Cx-

programmer orodja in se nato naloži v krmilnik. Program je lahko narejen tako, da najprej

preko vhodnega modula zajema podatke od vhodnih naprav in jih pretvori v digitalno

obliko ter jih shrani na svojo pomnilniško lokacijo. Nato glede na vhodne podatke in

določene primerjalne vrednosti program ugotovi, ali so pogoji izpolnjeni za zagon

določene črpalke. Primerjalnik ima v programu funkcijo, da primerja dejansko vrednost

npr. nivoja vode in vrednost, katera je željena za vklop določene naprave. Tako v primeru,

da je pogoj izpolnjen, primerjalnik potrdi izvršitev obratovanja na izhod. Poleg tega pa je

potrebno vse podatke in funkcije obdelati (npr. s skalirno funkcijo), da jih lahko uporabimo

za točke v InTouch sistemu. V programu so lahko uporabljeni tudi časovniki in funkcije za

nadzor nad obratovalnimi urami elektromotorjev in posredno tudi črpalk. Zadevo je možno

programsko tako izvesti, da vklopimo črpalko glede na njeno zadnje obratovanje in na

celotni obratovalni čas. To je pomembno zato, da bodo imele črpalke podobno obrabo ter

da ne pride do pregrevanja določene črpalke. V naslednjih točkah pa bo natančneje opisan

proces zagona črpalk.


7.3 Vizualizacija InTouch sistema

Slika 25: Vizualizacija InTouch.

S pomočjo programskega orodja InTouch sem naredil simulacijo črpališča k.+120. Kot je

razvidno (Slika 25), sem hotel čim bolj realno prikazati podobo črpališča. V naslednjih

točkah bom simuliral njegovo delovanje. Sama izdelava grafične podobe je potekala tako,

da sem si najprej zamislil podobo sistema, nato sem ga sestavil z že prirejenimi

inteligentnimi simboli posameznih naprav. S pomočjo text display funkcije sem opremil

celotni objekt z napisi za boljšo orientacijo in preglednostjo nad procesom. Vsak simbol

naprave lahko definiramo in nato v Application Script (Slika 26) napišemo program, ki

glede na pogoje aktivira ali izključi določeno napravo. Če bi imel v realnosti narejeno

avtomatizacijo, bi od krmilnika prejemal točke posamezne meritve in jih vključil v


inteligentni simbol naprave. Na spodnji sliki je prikazan primer napisanega program za

aktiviranje simulacije črpalk in tlačnih zasunov. Poudariti je potrebno, da simulacija v

naslednjih točkah ne prikazuje popolne funkcije avtomatizacije, ki bi bila možna v

realnosti.

Slika 26: Aplikacijska skripta.


7.4 Simulacija

7.4.1 Izpust zraka in zalivanje črpalke

Slika 27: Izpust zraka in zalivanje črpalke.

Prvi korak pred zagonom črpalk je, da s pomočjo senzorjev nivoja preverimo ali je dovolj

tekočine v bazenu. Nato izpustimo zrak iz črpalk (na sliki zgoraj to predstavljata goreči

oranžni lučki). Drugi korak po izpustu zraka je postopek zalivanja črpalk preko cevovoda

in ventila, ki je zgoraj obarvan modro. Zalivanje črpalke je potrebno zato, da ne bi prišlo

do suhega zagona. Pomembno je omeniti tudi to, da se mora ventil za zrak obvezno prej

zapreti, preden zalivamo črpalko, kar pa ni razvidno iz slike, ker nisem delal posebej slike

za ta korak.


7.4.2 Zagon črpalk

Slika 28: Zagon črpalk.

Ko smo izpustili zrak in zalili črpalke, se bodo črpalke avtomatsko vključile, ker je nivo

vode po moji simulaciji dosegel 60 % prostornine bazenov. Seveda pa se mora poleg

črpalke odpreti tudi tlačni zasun, ki je v mirovanju zadrževal vodo v cevovodu. Da sta

črpalki aktivirani, nam poleg obarvanih simbolov črpalke signalizirata tudi zeleni lučki.

To, da trenutno delujeta črpalki Č2 in Č4, ni naključje, kajti spodaj, pod signalizacijo, sem

naredil števec obratovalnih ur. Ker je števec pod vrednostjo 50, pomeni, da trenutno

delujeta črpalki 2 in 4, če pa bi bil števec nad vrednostjo 50 in do 100, pa bi delovali

črpalki 1 in 3. Bazeni imajo vgrajene senzorje nivoja in na podlagi njih lahko opazujemo

nivo vode v bazenu, ki pa je tudi prikazan v odstotkih. Poleg prikaza nivoja imamo tudi


možnost prikaza tlaka v tlačnem in sesalnem cevovodu, ki ob normalnem obratovanju

prikazuje 40 barov tlaka. V kolikor bi tlak padel pod 28 barov, bi se zagon ponovil ali pa

celo ustavil.

7.4.3 Pogoji za zagon črpališča

Slika 29: Maksimalni nivo vode v bazenu.

Če kljub obratovanju črpalk prične voda v bazenu naraščati in po moji simulaciji doseže 80

%, se vključita dodatni črpalki, in sicer za čisto vodo ali za umazano vodo, ki pripomoreta

k hitrejšemu črpanju vode iz bazenov. Signalizacija nas z rumenima lučkama opozori, da je

dosežen zgornji nivo vode. Ravno tako pa imamo narejeno signalizacijo za izklop črpalk

ter za spodnji nivo v bazenu, kar pa se javlja preko rdeče luči. Ker se za merjenje nivoja


uporabljajo senzorji z relejno karakteristiko, sem v simulaciji naredil histerezo vklopa in

izklopa črpalk. To je izvedeno zato, ker nivo v bazenih niha in bi v nasprotnem primeru

prišlo do prepogostih vklopov in izklopov, kar pa je zelo neugodno za življenjsko dobo

črpalke. V moji simulaciji pride do izklopa črpalk pri 40 %, če pa voda doseže 20 %

pomeni, da smo dosegli spodnji nivo rezervoarja in se prižgeta zadnji rdeči lučki.

7.5 Meritve na elektromotorju in črpalki

Slika 30: Meritve na elektromotorju in črpalki.


V avtomatizaciji je poleg meritev pretoka in nivoja pomembno, da imamo nadzor nad obrabljivimi deli elektromotorja in črpalke. PLC krmilnik bo zajemal podatke o temperaturi ležajev, tesnil in navitja ter toka, napetosti, moči in jih posredoval InTouch-u. Za meritev teh temperatur so v črpalki in elektromotorju nameščene temperaturne sonde. Kot je razvidno iz Slike 25, bomo imeli na InTouch-u prikaz posamezne vrednosti, ki se bodo med delovanjem tudi spreminjale. V slučaju prekoračitve mejne vrednosti temperature, toka, napetosti ali moči, pa se izvrši zaustavitve črpalke in elektromotorja.


8 STROŠKI AVTOMATIZACIJE

Ker so za vsako investicijo pomembni stroški, ki jih nameni neko podjetje, je kot zadnje

narejen približen izračun avtomatizacije. V te stroške ni vključeno delo programiranja,

montaža v črpališču, omare za montažo krmilnika, vodniki itd. Seveda je avtomatizacija

cenejša, ker je nekaj od spodaj navedenih naprav že v uporabi in jih ne bi bilo potrebno

kupovati. To so takšne naprave, ki bi v nasprotnem primeru znatno povečale stroškovni del

avtomatizacije.

NAZIV KOLIČINA EM CENA/KOS ZNESEK (EUR)

OMRON CJ1M

1. CJ1W-PA205R 1 KOM 215,42 215,42

Napajalnik PLC

2. CJ1M-CPU13-ETN 1 KOM 1.110,90 1.110,90

Centralna procesna enota

3. CJ1W-IC101 1 KOM 164,73 164,73 Osnovna plošča PLC

4. CJ1W-TER01 2 KOM 63,43 126,86

Enota za PLC

5. CS1W-CN713 1 KOM 107,46 107,46

Kabel za povezavo

6. CJ1W-ll101 1 KOM 190,07 190,07

Razširitvena plošča PLC

7. CJ1W-OC211 CHN 2 KOM 182,13 364,26

Enota digitalni izhodi 16 ch

8. CJ1W-AD081-V1 NL 4 KOM 494,50 1978,00

Enota analogni vhodi 8 ch

9. CJ1W-ID211 CHN 1 KOM 130,80 130,80

Enota digitalni vhodi 8 ch

.


RELE

1. G2R-1-SND 20 KOM 15,00 300,00

MODEM

1. IA MODEM 4 KOM 220,00 880,00

PRIKAZOVALNIK NA DOTIK

1.NS10-TV01-V2 1 KOM 2639,69 2639,69

MERILNIK TLAKA

1. FlexBar HART 10 KOM 635,00 6350,00

MERILNIK NIVOJA

1. LU05 3 KOM 244,50 733,50

ELEKTROMAGNETNI ZASUN

1. TIP 25, DN200 (glavni ventil) 5 KOM 925,00 4625,00

2. TIP 25, DN100 (zalivanje) 5 KOM 754,00 3770,00

3. TIP 25, DN30 (zrak) 5 KOM 466,00 2330,00

MERILNI PRETVORNIK

1. MI 400 5 KOM 248,40 1242,00

INTOUCH 1 KOM OBSTOJEČE

CX-PROGRAMMER 1 KOM OBSTOJEČE

INDUSTRIAL SQL 1 KOM OBSTOJEČE

MOTORSKO POLJE

1. 6Kt-10C 400RSNm 5 KOM OBSTOJEČE

EL. MOTOR

1. St-Zk-6-630-Ma4 5 KOM OBSTOJEČE

ČRPALKA

1. CVNRL-7-10S 5 KOM OBSTOJEČE

SKUPNI ZNESEK 27258,69

DDV (20%) 5451,73

SKUPNI ZNESEK + DDV 32710,43


9 SKLEP

Ker je v Premogovniku Velenje, d. d., poleg proizvodnje premoga nujo potrebno črpanje

vode iz jame, se bodo odločili za avtomatizacijo črpališča k.+120. Vodo je potrebno črpati

365 dni v letu, kajti v nasprotnem primeru bi prišlo do zalitja jamskih predelov in

posledično do gmotne škode.

Avtomatizacija bi omogočala natančno delovanje črpališča ter seveda dobro razporeditev

obratovalnih ur črpalk. Najpomembnejše pa je sam nadzor nad črpališčem. Imeli bi

oddaljen nadzor nad črpališčem in s tem bi lahko olajšali delo zaposlenih v njem. Zelo

koristno je tudi arhiviranje delovanja procesa s pomočjo InTouch HISTORYCAL funkcije,

kajti v slučaju okvare lahko pregledamo zgodovino obratovanja ter ugotovimo, zakaj je

prišlo do okvare itd.

Z avtomatizacijo bi zagotovili delovanje brez napak in hitro reakcijo na zaustavitev

procesa v slučaju okvare ali neizpolnjenih pogojev za obratovanje. Zelo pomembno pa je

tudi to, da se bo dosedanji ročni zagon ohranil, kajti v slučaju izpada PLC krmilnika ter

InTouch sistema, bi bil potreben ročni zagon črpalk. Ročni zagon in odpiranje tlačnega

zasuna bi bil izveden vzporedno z avtomatiziranim zagonom.

Od elementov, ki sem jih opisal v diplomskem delu, bi stoodstotno lahko bili v projektu

uporabljeni PLC krmilnik, Cx-programmer, InTouch, črpalka, motorsko polje,

komunikacijski modem, LCD prikazovalnik ter SQL Industrial. Kar se tiče ventilov,

merilnikov nivoja, pretvornikov, tipal, itd., pa so izbrane naprave glede na njihove

karakteristike ter zahteve in pogoje v črpališču k.+120.


Za izdelavo diplomskega dela so mi bili v pomoč nekateri predmeti iz obdobja študija. Ti

predmeti so bili avtomatizacija procesnih obratov, aktuatorska tehnika, avtomatizacija

proizvodnih obratov ter seveda še ostali. Pri predmetu avtomatizacija procesnih obratov, ki

ga je poučeval mentor sem se prvič konkretno srečal s sistemom SCADA (iFix) in naredil

regulacijo pretoka zraka, ter jo dodal v priloge diplomskega dela. Glede ostalih

pomembnih stvari s katerimi se srečamo v jamah Premogovnika Velenje, d. d., mi je bil v

pomoč kolektiv, s katerim sem sodeloval pri opravljanju praktičnega dela. Predelal sem

nekaj projektov, ki so se nanašali na avtomatizacijo in pravila avtomatizacije v jamah ter

veliko debatiral s kolektivom, ki ima izkušnje s tega področja.


10 VIRI IN LITERATURA

[1] I. Zadnik, B. Sredenšek, B. Škarja, M. Penšek

Centralna visokotlačna črpalna postaja za emulzijo in visokotlačno tehnološko vodo, Velenje, marec 2006

[2] B. Fošner, V. Gostečnik, M. Hudej, C. Kemperle, M Lampret, J. Meh, P. Skornšek,

Možnost avtomatizacije tehnološkega procesa pridobivanja premoga v jamah Rudnika lignita Velenje, Študija, Velenje, november 1990

[3] A. Juršnik, Š. Jelenko, J. Ambrožič, Črpališče na k.+120 v stebru 11, Velenje

februar 1984 [4] M. Krenker, Avtomatizacija črpalke v rudniškem črpališču, diplomska naloga,

Maribor, november 2005 [5] ISKRA MIS, pridobljeno 12. 5. 2009 s http://www.iskra-mis.si [6] DAT-CON, pridobljeno 5 .6. 2009 s http://www.dat-con.si/ [7] ANITON, pridobljeno 17. 6. 2009 s http://www.aniton.si [8] MIEL, pridobljeno 20. 8. 2009 s http://www.miel.si/


11 PRILOGE

11.1 Naslov študenta

Jože Tevž

Otok 20

3342 Gornji Grad

FERI

Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko

Smetanova ulica 17

2000 Maribor

Tel.: 031/886-474

e-mail: [email protected]

11.2 Kratek življenjepis

Sem Jože Tevž, rojen 5. 2. 1983 v Slovenj Gradcu. Obiskoval sem Osnovno šolo Frana Kocbeka Gornji Grad, po končani osemletki sem se vpisal na PTERŠ Poklicno, tehniško elektro in računalniško šolo v Velenje ter dokončal poklic elektrotehnik elektronik. Po končani srednji šoli sem se vpisal na FERI Fakulteto za elektrotehniko, računalništvo in informatiko v Maribor, smer elektrotehnika avtomatika.


11.3 Karta jamskih prog Premogovnika Velenje, d. d.


11.4 Primer regulacije pretoka zraka z iFix sistemom

Izdelan iFix SCADA sistem pri predmetu avtomatizacija procesnih obratov.

AVTOMATIZACIJA ČRPALIŠ ČA k. +120 v Premogovniku …Proizvodnja/storitve: • HTZ I. P., d. o....

Documents

Transcript of AVTOMATIZACIJA ČRPALIŠ ČA k. +120 v Premogovniku …Proizvodnja/storitve: • HTZ I. P., d. o....