avtomatizacija Čistilne naprave · 2018. 8. 24. · ima tudi uv svetlobnik svoje krmilje , ki ga...

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,

RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO

Robert Rudaš

AVTOMATIZACIJA ČISTILNE NAPRAVE

Diplomska naloga

Maribor, avgust 2008

I

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO 2000 Maribor, Smetanova ul. 17

Diplomska naloga visokošolskega študijskega programa


Študent: Robert Rudaš

Študijski program: visokošolski, Elektrotehnika

Smer: Avtomatika

Mentor: red. prof. dr. Riko ŠAFARIČ

Somentor: doc. dr. Suzana URAN

Maribor, september 2008

III

ZAHVALAZAHVALAZAHVALAZAHVALA

Iskreno se zahvaljujem mentorju dr. Riku Šafariču in somentorici dr. Suzani UranUranUranUran za usmerjanje in strokovno pomoč pri pisanju diplomskega dela.

Prav tako bi se zahvalil vsem profesorjem in asistentom, ki so mi pomagali pri opravljanju študija ter podjetju Telem d.o.o., ki mi je omogočilo opravljanje praktičnega izobraževanja, mentorju Borisu Tomažinu in vsem sodelavcem. Zahvala gre tudi družini

in prijateljem za podporo in vzpodbudo pri mojem študijskem izobraževanju.

IV


Ključne besede: avtomatizacija, čistilna naprava, program Unity UDK: 681.51:621.32(043.2) Povzetek:

Cilj moje diplomske naloge je predstaviti projekt avtomatizacije čistilne naprave v Črni

gori. Predstavil bom podjetje Telem d.o.o., pri katerem sem opravljal projekt, zgradbo in

delovanje čistilne naprave; vgrajeno opremo (senzorji, frekvenčniki, krmilnik, modem) in

programsko opremo za programiranje krmilnika in modema, delovanje čistilne naprave ter

funkcijo vgrajene električne opreme.

V

AUTOMATISATION OF PURIFYING PLANT

Key words: automation, purifying plant, programme Unity

UDK: 681.51:621.32(043.2)

Abstract:

The aim of my diploma work is to present a project of automation of purifying plant in

Monte Negro. I will present Telem d.o.o. company where I was working during the

execution of my project, the structure and the operation of the purifying plant; built-in

equipment (sensors, variable speed drivers, programmable logic controller, modem) and

equipment for programming the programmable logic controller and modem, the

functioning of the purifying plant and the function of in-built electrical equipment.

VI

KAZALO VSEBINE:

1. UVOD ......................................................................................................................................... 1

1.1 PREDSTAVITEV PODJETJA TELEM D.O.O. ............................................................................................... 2

2. PREDSTAVITEV ČISTILNE NAPRAVE ......................................................................... 4

3. PREDSTAVITEV VGRAJENE ELEKRIČNE OPREME .................................................... 11

3.1 PROCESOR DRUŽINE MODICON M340 ................................................................................................ 11

3.2 LANGE SC1000 MODUL ....................................................................................................................... 12 3.2.1 Predstavitev LDO sonde ......................................................................................................................... 14 3.2.2 Predstavitev solitax sonde ..................................................................................................................... 15

3.3 ALTIVAR 71 ......................................................................................................................................... 16 3.3.1 Predstavitev menija zaslona ................................................................................................................... 17

3.4 PINKERTON PKN4 GSM MODEM ......................................................................................................... 19

4. PREDSTAVITEV UPORABLJENE PROGRAMSKE OPREME ...................................... 22

4.1 GSMANAGER2 ..................................................................................................................................... 22 4.1.1 Opis zapisanega programa ..................................................................................................................... 23

4.2 OPIS PROGRAMSKEGA ORODJA UNITY PRO XL .................................................................................. 26 4.2.1 Uporabniški vmesnik ............................................................................................................................. 27 4.2.2 Podrobnejša predstavitev iskalnika projektnih aplikacij (project browser) ........................................... 28 Funkcije posameznih projektnih oken: ............................................................................................................ 29

4.3 PREDSTAVITEV PROGRAMIRANJA V UNITY LEDDER (LD) DIAGRAMU .................................................... 33

5 PRIKAZ PODROBNEGA DELOVANJA ČISTILNE NAPRAVE IN DELI PROGRAMA ZA NJENO DELOVANJE ............................................................................................................. 35

5.1 VHODNO ČRPALIŠČE ........................................................................................................................... 35

5.2 ČRPALIŠČE Z GRABLJAMI ..................................................................................................................... 37

5.3 ZADRŽEVALNI BAZEN Z MAŠČOBNIKOM ............................................................................................. 38

5.4. BIOLOŠKI BAZEN 4 .............................................................................................................................. 39

5.5 BIOLOŠKI BAZEN 5 ............................................................................................................................... 50

5.6 UMIRJEVALNI BAZEN Z UV DEZINFEKCIJO ........................................................................................... 51

5.7 ZALOGOVNIK BLATA ........................................................................................................................... 52

VII

6 SKLEP ........................................................................................................................................ 56

7 UPORABLJENI VIRI IN LITERATURA ............................................................................... 58

8 PRILOGE ................................................................................................................................... 59

VIII

KAZALO SLIK:

Slika 1.1 : Slika podjetja Telem d.o.o……………………………………………………....2

Slika 1.2 : Organizacija podjetja………………………….………………………………...3

Slika 2.1: Slika čistilne naprave.……………………………………………………………4

Slika 2.2: Slika grabelj……………………………………………………………………...5

Slika 2.3: Dekanter……………………...………………………………………………….6

Slika 2.4: Bazen z UV žarnicami……….…………….…………………………………….6

Slika 2.5: Električna omarica z merilnikom SC1000………………………………………7

Slika 2.6: Zabojnik s krmilno omarico………….……………………………….………….8

Slika 2.7 : Sinoptika, zunanji del krmilne omare………..………………………………….9

Slika 2.8: Krmilna omarica ……………………………………………………………….10

Slika 3.1: Pogled na krmilje ………………………………………………………………11

Slika 3.2: Procesor BMX P34 2020.……………………………………….……………...12

Slika 3.3: SC1000 modul..………………………………………………………………...13

Slika 3.4: Princip delovanja LDO sonde ………………………………………………….14

Slika 3.5: Princip delovanja SOLITAX sonde…………………………………………….15

Slika 3.6: Altivar 71……………………………………………………………………….16

Slika 3.7: Primer prikaza zaslona…………………………………...….…………….........17

Slika 3.8: Pinkerton PKN4 GSM modem …………………..…………………………….19

Slika 3.9: Tehnološka shema PKN4 GSM modema………...…………………………….20

Slika 4.1: Glavno okno GSManeger-ja …………………………………………………...22

Slika 4.2: Okno Options (možnosti).………………………………………………………24

Slika 4.3: Okno Input (vhodi) …………………………………………………………….24

Slika 4.4: Okno Telephone (telefon) ……………………………………………………...25

Slika 4.5: Okno SMS………………………………………………………………………25

Slika 4.6: Uporabniški vmesnik Unity Pro XL …………………………………………...27

Slika 4.7: Project Browser ………………………………………………………………...28

Slika 4.8: Opis strojnega dela krmilnika ……………………………………………….....29

Slika 4.9: Tabela spremenljivk …………………………………………………..………..30

Slika 4.10: Nastavitev ethernet naslova (IP Configuration) …………………..………,…31

Slika 4.11: Okno za ustvarjanje nove programske sekcije ……………………………,….32

Slika 4.12: Animacijska tabela (Animation Tables) …………………………...……….....33

IX

Slika 4.13:Grafična paleta z naborom ukazov za programiranje v LD diagramu ..…........33

Slika 5.1: Tehnološka shema vhodnega črpališča (bazen 1) …………………………......35

Slika 5.2: Programski del vhodnega črpališča …………………………………………....36

Slika 5.3: Tehnološka shema črpališča z grabljami (bazen 2).……………………………37

Slika 5.4: Tehnološka shema zadrževalnega bazena z maščobnikom (bazen 3) …………38

Slika 5.5: Časovna delovanje biološkega bazena …………………………………………39

Slika 5.6: Tehnološka shema biološkega bazena (bazen 4) ………………………………42

Slika 5.7: Programski časovni števec za biološki bazen 4 ………………………………..43

Slika 5.8: Programski del, ki nam pove, kdaj je kateri pogon vklopljen pri biološkem

bazenu 4 ………………………………………………….…...…………………...…....…44

Slika 5.9: Programski del za preverjanje prevelike sušnosti v biološkem bazenu 4…........45

Slika 5.10: Program za dejanski vklop črpalk ………………………………………….....46

Slika 5.11: Programski regulator ……………………………………………………….....47

Slika 5.12: Programsko postavljanje parametrov za regulator …………………………....48

Slika 5.13: Programsko prebiranje vrednosti meritev s pomočjo modbus komunikacije....49

Slika 5.14: Programski blok za združenje 2 celih števil in spremembo v realno število.....50

Slika 5.15: Tehnološka shema biološkega bazena (bazen 5 ……………………………....51

Slika 5.16: Programska zakasnitev števca za biološki bazen 5 ……………………...…....51

Slika 5.17: Tehnološka shema umirjevalnega bazena z UV dezinfekcijo (bazen 6) ….......52

Slika 5.18: Tehnološka shema Zalogovnik blata (bazen 7) …………………………...…..53

Slika 5.19: Tehnološka shema čistilne naprave ……………………………………….......54

Slika 5.20: Programski del za postavitev alarma na Pingerton GSM modem.…………….55

.

Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 1

1. UVOD

V svoji diplomski nalogi bom predstavil projekt, ki sem ga izvedel v času svojega

praktičnega izobraževanja, ter podjetje, pri katerem sem delal. Naloga našega podjetja

Telem d.o.o. je bila električno ožičenje in avtomatizacija čistilne naprave, ki jo je izdelalo

podjetje Regeneracija d.o.o. iz Vodic.

Čistilna naprava, ki sem jo avtomatiziral, se nahaja v Črni gori blizu mesta Budva.

Napravo je delno financirala Evropska unija, drugi del pa občina Budva. Sestavljena je iz

sedmih bazenov; vsak izmed njih ima svojo vlogo. Prvi bazen je črpališče za umazano

vodo iz kanalizacije, ki jo pripelje do čistilne naprave. Drugi bazen ima grablje, ki

odstranjujejo večje kose, ki se nahajajo v sami kanalizacijski vodi. Ko se voda prečisti

grobih predmetov, se prečrpa v tretji bazen. Naloga tega bazena je, da odstrani maščobo, ki

bi se nahaja v vodi. S tem je voda pripravljena za biološka bazena štiri in pet, ki s pomočjo

bakterij očistita umazano vodo. Da se bakterije hitro in efektivno razmnožujejo, je treba

ustvariti določene pogoje, ki jih bom predstavil v podrobnejšem opisu vseh delovanj. Cikel

v biološkem bazenu traja 6 ur. V tem času se voda zadostno očisti, da je pripravljena za

šesti bazen. V šestem bazenu se s pomočjo UV svetlobe uničijo vse bakterije v vodi. S tem

je voda primerna za iztok v bližnjo reko Jaz. Zraven čistilnega dela je sedmi bazen, ki

sprejema vodo iz bioloških bazenov štiri in pet, ko se bo na dnu nabere preveč umazanije.

Ta bazen črpa umazanijo nazaj pred grablje, ki se nahajajo v drugem bazenu.

Pri svojem delu sem se moral poučiti o delovanju čistilne naprave in o mnogih

elementih električne opreme, ki jo je bilo treba nastaviti in programirati.

V diplomski nalogi bom najprej predstavil podjetje, pri katerem delam, nato pa bom v

drugem in tretjem poglavju predstavil programski paket Unity PRO XL in vgrajeno

opremo, ki sem jo moral programirati. To so krmilnik, modem in GSManeger2, s katerim

sem sprogramiral modem, frekvenčnik, zaslonski modul in sonde, ki so bile priklopljene na


ta modul. Četrto poglavje zajema natančnejši opis delovanja čistilne naprave in delov

programa. Sledi sklep in opisi poteka avtomatizacije s težavami, na katere sem naletel.

1.1 PREDSTAVITEV PODJETJA TELEM D.O.O.

Slika 1.1 : Slika podjetja Telem d.o.o.

Podjetje Telem d.o.o. je bilo ustanovljeno leta 1992 in uspešno posluje že več kot 16 let.

Nahaja se v Mariboru na Teznem, v ulici Borovje 8. Razdeljeno je v več sekcij; te sekcije

so tajništvo, vodstvo, projektiranje in izvajanje, komerciala, načrtovanje in razvoj ter

podporni procesi. Podjetje ima kader z dolgoletnimi izkušnjami, ki se mu vedno znova

pridržuje mladi kader, ki se sproti izobražuje. Na trgu so prisotni na področju

avtomatizacije, inženiringa in distribucije svetovno znane opreme (Siemens, Schneider,

Smartec,….). Podjetje opravlja dela po vsej Sloveniji ter prodira tudi na trge v bivših

jugoslovanskih državah in državah EU.


Slika 1.2 : Organizacija podjetja

Osnovna dejavnost je projektiranje, izvajanje ter vodenje inženiringa na področjih:

• industrijske in ekološke naprave oziroma linije, s poudarkom na avtomatizaciji

tehnoloških procesov, vključujoč meritve in regulacije s spremljanjem in

upravljanjem preko nadzornih sistemov,

• meritve, regulacije, upravljanje in avtomatizacija v elektroenergetskih objektih

(hidroelektrarne),

• komunikacijske rešitve - povezovanje distribuiranih tehnoloških sistemov s

pomočjo GSM omrežja ali industrijskega etherneta,

• varnost kompleksnih objektov in oprema za nadzor, nadzor deformacij v betonskih

strukturah, distribuirane meritve, nadzor zemeljskih premikov v 3D preko satelitov.


2. PREDSTAVITEV ČISTILNE NAPRAVE

Vloga čistilnih naprav je v današnjem času zelo pomembna, saj se vedno znova

srečujemo s problemom onesnaženja vode. Nekateri ljudje se ne zavedajo, kako zelo je

čista voda pomembna, povprečno gospodinjstvo pa dnevno porabi od 80 do 250 litrov

vode. V Črni gori, kjer se nahaja predstavljena čistilna naprava, je voda že tako

onesnažena, da ni pitna, zato s pomočjo Evropske unije izvajajo ukrepe, da bi stanje

izboljšali. Mednje sodi gradnja čistilnih naprav, s katerimi čistijo vodo in izboljšujejo

njeno kakovost. Čistijo tako pitno, kot kanalizacijsko vodo, ki se je do nedavnega iztekala

v reke in morje in jih še bolj onesnaževala.

Slika 2.1: Slika čistilne naprave


Zgornja slika prikazuje čistilno napravo, katere večji del je zakopan v zemljo, zato so

vidni le zgornji pokrovi bazenov ter dve omarici, v katerih se nahajata puhali, ki dovajata

kisik v biološka bazena.

Slika 2.2: Slika grabelj

Grablje so montirane v bazen, zraven pa stojita omarica za krmiljenje le-teh ter

prenosno ročno dvigalo, s katerim so v bazene vstavljali črpalke. Te grablje so del drugega

bazena in se uporabljajo za odstranjevanje grobih delov ter večjih umazanij iz vode. Imajo

lastno krmilje, ki jih vklaplja glede na pretok vode.


Slika 2.3: Dekanter

Dekanterji s pomočjo vretena spuščajo oziroma dvigajo cevi in tako gravitacijsko

odvajajo očiščeno vodo v bazen z UV svetlobo. Ta svetloba uničuje bakterije, ki se v

velikih količinah nahajajo v očiščeni vodi in bi lahko škodile okolju. Tako kot pri grabljah,

ima tudi UV svetlobnik svoje krmilje, ki ga vklaplja glede na prisotnost vode.

Slika 2.4 : Bazen z UV žarnicami


Blizu bioloških bazenov se nahaja električna omarica. Vsebuje merilnik SC1000; na

njem si je možno ogledati vrednosti kisika in sušnosti v bioloških bazenih. V to omarico so

pripeljana nivojna stikala, nekatere črpalke in puhala. Vsi signali tega ožičenja, vključno z

meritvami, se posredujejo naprej na krmilno električno omarico. Meritve se prenašajo

direktno na krmilnik preko modbus komunikacije.

Slika 2.5: Električna omarica z merilnikom SC1000

Krmilna omarica se nahaja v zabojniku. V njem se zraven krmilne omarice nahajajo

tudi nekateri elementi druge čistilne naprave, s katero je podjetje STRIX, prav tako iz

Slovenije, pridelovalo pitno vodo.


Slika 2.6: Zabojnik s krmilno omarico

V notranjem delu zabojnika je krmilna omarica. Na njej se nahaja sinoptika, na kateri

lahko ročno vklapljamo pogone čistilne naprave in opazujemo njeno avtomatsko

delovanje. Zanjo smo se odločili, saj je tako delo in vzdrževanje naprave najbolj

enostavno. Ta sinoptika prikazuje tehnološko shemo čistilne naprave, vključno z vgrajeno

opremo.


Slika 2.7 : Sinoptika, zunanji del krmilne omare

Uporaba sinoptike je enostavna. Na njej so prikazani nivoji vode v bazenih in delovanje

posameznih pogonov. Pogone lahko vklapljamo tudi ročno, s tem da moramo stikalo

zraven pogona najprej postaviti na ročno delovanje. V primeru, da pride do napake na

pogonu, nam začne led dioda, ki prikazuje delovanje pogona, utripati.


Slika 2.8: Krmilna omarica

V krmilni omarici je krmilnik, ki krmili celotno čistilno napravo, varovalke, zaščite ter

dva frekvenčnika Altivar 71, ki poganjata puhala.


3. PREDSTAVITEV VGRAJENE ELEKRIČNE OPREME

3.1 PROCESOR DRUŽINE MODICON M340

Procesorji družine Modicon M340 so visoko tehnološki procesorji z možnostjo

razširitve lastnega pomnilnika s SD pomnilniškimi karticami. Ti procesorji nimajo lastnih

vhodov in izhodov, ampak dodajamo vhodne in izhodne digitalne ali analogne module,

lahko pa dodamo tudi modul za ethernet povezavo. Največja možna razširitev je do enajst

modulov na eno polico.

Za projekt sem uporabil procesor BMX P34 2020. Ta procesor ima serijsko vgrajeno

ethernet povezavo ter modbus komunikacijo, ki smo jih uporabljali pri avtomatizaciji

čistilne naprave. S pomočjo ethernet povezave sem napravil nadzor s SCADA sistemom.

Modbus komunikacijo sem uporabil za prebiranje podatkov s SC1000 merilne naprave.

Slika 3.1: Pogled na krmilje


Slika 3.2: Procesor BMX P34 2020

Zraven procesorja sem uporabil DDI-6402K, ki je digitalni vhodni modul s 64-timi

vhodi. Normalna vhodna napetost za vhode znaša 24V (enosmerna). Za digitalne izhode

smo uporabili DDO-6402K modul, ki ima izhodne napetosti 24V z maksimalnim tokom

0.5A. Uporabili smo tudi analogni izhodni modul AMO–0210, s katerim smo krmilili

frekvenčnik Altivar 71. Kartica lahko oddaja tokovni signal v vrednosti 0-20 mA ali

napetostni signal od 0-10 V. Signal, ki ga uporabimo, programiramo v programu za

programiranje procesorja. [1]

3.2 LANGE SC1000 MODUL

Sc1000 je modul, na katerega lahko priklopimo en grafični modul ter 8 različnih sond

tipa SC, ki jih modul sam prepozna. Grafični modul je grajen na linux platformi in je

občutljiv na dotik. Velikost diagonale LCD zaslona je 14cm. Na njem lahko gledamo

hkrati do 4 različne meritve. Grafični modul ima tudi možnost razširitve s SD spominskimi


karticami. Na kartico lahko poljubno shranjujemo vrednosti meritve in si jih kasneje na

računalniku ogledamo. Prav tako ima zaslon vgrajen GSM podatkovni modul; če vložimo

sim kartico, si lahko pošiljamo podatke o vrednosti meritev. Na zaslon se lahko priklopimo

tudi z osebnim računalnikom s pomočjo mrežne kartice, saj ima sonda 100Mbit ISA

vmesnik. Potrebujemo le internetni brskalnik in ethernet cross-over kabel.

Osnovni SC1000 modul ima vgrajeno analogno izhodno kartico, ki s pomočjo analogne

kartice daje meritve v obliki signala od 0-20 mA, ali 4-20 mA, ki ga lahko peljemo na

krmilnik, natančneje na analogni vhod, in ga tam obdelujemo. Ker pa sem se odločil za

krmilnik, ki podpira modbus1 komunikacijo, sem se odločil, da to analogno kartico

zamenjam s fieldbus2 modulom in s pomočjo RS-485 komunikacije prenašam vrednosti

meritev na krmilnik. [2]

Slika 3.3: SC1000 modul

Moje delo je bilo programirati, katere vrednosti in v katerih enotah se naj te vrednosti

prikazujejo na zaslonu. Najprej sem nastavil, da se prikazujejo vse 4 vrednosti meritev, ki

sem jih imel v čistilni napravi. Naslednji korak je bil programiranje modbus naslova, ki mi

je omogočil povezavo s krmilnikom prek modbus komunikacije na ta modul in prebiral

1Modbus – Serijski komunikacijski protokol za krmilnike. 2 Fieldbus – Industrijsko omrežje za realno časovno kontrolo.


vrednosti. Vrednosti, ki sem jih prenašal na krmilnik, sem nastavil v oknih za fieldbus

komunikacijo.

3.2.1 Predstavitev LDO sonde

LDO sondo uporabljamo za merjenje količine kisika v bioloških bazenih. Naslednja

slika prikazuje princip delovanja te sonde.

Slika 3.4: Princip delovanja LDO sonde

Najprej z modro led diodo pulzno osvetlimo občutljivo plast sonde. Glede na

koncentracijo kisika dobimo odboj rdeče svetlobe, ki jo zaznamo s foto-diodo

(photodiode). Referenčno diodo (reference LED) uporabljamo za kalibracijo sonde. To

sondo lahko uporabimo tudi za merjenje temperature.

Zanimivejše specifikacije sonde so naslednje:

• merilno območje (količina kisika ) je od 0 do 20.00 mg/l O2. Točnosti do 1 mg/l

je +/- 0.1 mg/l, točnost nad 1mg/l pa je +/- 0.2mg/l.,


• merilno območje (temperatura) je od 0 do 50 ºC s točnostjo +/- 0.2 ºC,

• sonda se shranjuje pri vrednostih od -20 pa do 70 ºC, da ne bi prišlo do okvare,

uporablja pa se v območju od 0 do 50 ºC. [3]

3.2.2 Predstavitev solitax sonde

S pomočjo SOLITAX sonde merimo sušnost v bioloških bazenih, kar pomeni, da

merimo, koliko umazanije se je nabralo.

Slika 3.5: Princip delovanja SOLITAX sonde

Kot lahko vidimo na sliki, sonda deluje na odboj svetlobe, ki jo sama oddaja (Light

source). Ima dva senzorja; en senzor prejema direkten odboj (Backscarttered light

detector), drugi (90º scattered light detector) pa pobira svetlobo, ki se pravokotno odbije

od delcev sušnosti (Turbidity particles). Sonda ima tudi lasten brisalec (Wiper), ki

preprečuje nabiranje delcev na njeni glavi. [4]


3.3 ALTIVAR 71

Uporaba frekvenčnika Altivar 71 nam omogoča, da izboljšamo izkoristek motorja ter da

asinhroskim motorjem spreminjamo frekvenco in s tem omogočimo uporabnost motorja za

mnoge različne aplikacije. Visokofrekvenčnim motorjem lahko Altivar 71 poveča tudi

frekvenčni razpon, omogoča mehkejše zagone ter natančnejše in bolj stabilno frekvenčno

delovanje. Z njim lahko krmilimo motorje od 0.37 pa tja do 500 kW ter v frekvenčnem

razponu od 0 do 1000 Hz.

Slika 3.6: Altivar 71

Altivar 71 je dobavljen s sedem segmentnim grafičnim zaslonom, ki ga lahko

odstranimo in ni bistven za delovanje frekvenčnika. Uporablja se za nastavitve in

opazovanje delovanja.

Zaslon je osemvrstični, tik pod njim se nahajajo štiri nastavljive funkcijske tipke, ki so

označene od F1 do F4 ter tipke levo; STOP/RESET za izklop motorja, RUN za vklop

motorja in tipke desno; FWD/REV za spremembo smeri motorja in tipko ESC, s katero

prekinemo vnos kakega parametra in ga vrnemo v prejšnje stanje. Na sredini je


navigacijska tipka, s katero spreminjamo, torej povečujemo in zmanjšujemo vrednosti

parametrov in jih shranimo, tako da pritisnemo navigacijsko tipko, ki ima podobno

funkcijo kot tipka ENTER. Prav tako s to tipko navigiramo med meniji na zaslonu.

3.3.1 Predstavitev menija zaslona

Slika 3.7: Primer prikaza zaslona

• Osnovni meni (MAIN MENU):

� 1. DRIVE MENU – V tem meniju imamo možnost za nastavitve in

opazovanje vseh parametrov pogona.

� 2. ACCESS LEVEL – Meni nam omogoča izbiro vrste dostopa do

menijev (osnovno, omejeno, napredno in profesionalno).

� 3. OPEN/SAVE AS – Meni nam omogoča prenos podatkov med

pogonom in programiranimi vrednostmi ter kasnejši ogled teh

vrednosti.

� 4. PASSWORD – Tu lahko zaščitimo naše nastavitve z geslom.

� 5. LANGUAGE – Meni nam omogoča izbiro med šestimi različnimi

jeziki (angleščina, nemščina, francoščina, španščina, italijanščina in

kitajščina).

� 6. MONITORING CONFIG. – Tu nastavimo zaslonske vrstice in

obliko prikaza vrednosti.

� 7. DISPLAY CONFIG. – Dusplay config. uporabljamo za

nastavitve lastnosti prikazov, osvetlitve…

Parametri, ki so izredno pomembni za uporabo Altivar 71-ja, se nastavljajo v meniju

DRIVE MENU.


• Pogonski meni (DRIVE MENU):

� 1.1 SIMPLY START – Simply start je poenostavljen meni za hitre

dostope.

� 1.2 MONITORING – Monitoring prikazuje trenutne vrednosti

motorja, vhodov, izhodov ter komunikacij.

� 1.3 SETTINGS – Settings omogoča dostop do spremenljivih

parametrov, ki jih lahko spreminjamo med samim obratovanjem.

� 1.4 MOTOR CONTROL – Motor control omogoča dostop do

parametrov motorja z njihovimi nastavitvami, ki jih lahko

spreminjamo.

� 1.5 INPUTS/OUTPTS CFG – V tem meniju programiramo

vhodno-izhodne signale.

� 1.6 COMMAND – Command rogramira komando in referenčni

signal.

� 1.7 APPLICATION FUNCT. – Tu nastavljamo aplikativne

funkcije, kot so PID regulator in nastavljive hitrosti.

� 1.8 FOULT MANAGEMENT – Tu nastavljamo delovanje v

napaki.

� 1.9 COMMUNICATION – Tu nastavljamo komunikacijsko

omrežje.

� 1.10 DIAGNOSTICS – Diagnostics mogoča diagnostiko motorja in

pogona, integrirano testno proceduro in opis napake.

� 1.11 IDENTIFICATION – Identification omogoča repoznavanje

motorja in notranjih možnosti.

� 1.12 FACTORY SETTINGS – Factory settings omogoča vrnitev

tovarniških nastavitev.


� 1.13 USER MENU – User menu omogoča dostop do parametrov, ki

si jih nastavi sam uporabnik.

� 1.14 PROGRAMMABLE CARD – programmale card omogoča

ostop do parametrov kontrolerja na programibilni kartici. [5]

3.4 PINKERTON PKN4 GSM MODEM

Nadzor nad celotno čistilno napravo bo potekal prek SCADA3 sistema. Ker v Črni gori

dostop do ADSL linije s statičnim IP naslovom ni bil mogoč in jo bodo vgradili naknadno,

sem se odločili, da uporabim Pinkerton GSM modem, ki ga uporabljamo za opozarjanje na

napake pogonov na čistilni napravi preko SMS sporočil.

Slika 3.8: Pinkerton PKN4 GSM modem

3 SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) – Industrijski računalniški nadzor in kontrola nad procesom.


Pinkerton je GSM modem s štirimi vhodi in štirimi izhodi. Jaz sem uporabil prvi vhod,

ki sem ga programiral tako, da v primeru, ko pride na ta vhod 24V DC napetost, ki jo dobi

iz krmilnika, pošlje SMS sporočilo, da je prišlo do napake na čistilni napravi. Potrebno je

bilo uporabiti izhod iz krmilnika, ki je v primeru napake postavil izhod na logično 1, ter

programirati, kako se naj v tem primeru obnaša modem. Modem se programira tako, da

program, ki ga ustvarimo v GSManager-ju, naložimo na SIM kartico.

Slika 3.9: Tehnološka shema PKN4 GSM modema

Modem ima štiri vhode (Alarm Input) in štiri izhode (Output). Prav tako omogoča

pošiljanje glasovnih sporočil, a te funkcije v našem primeru nisem uporabljal. Dejanje, ki

pride na vhod, lahko programiramo na dva načina (to dejanje je lahko postavitev izhoda na

GSM modemu, oziroma pošljanje SMS ali glasovnega sporočila), podobno kot pri

krmilniku, ali pa naredimo dejanje, ko zmanjka napetosti na vhodu, ali ko se pojavi

napetost na vhodu. Ta napetost je lahko od 9V pa do 35V, če ne uporabimo baterijskega


napajanja. V primeru, da uporabimo dodatno baterijsko napajanje, vrednost vhodne

napetosti ne sme presegati 15V DC. Enake vrednosti upoštevamo tudi pri napajanju GSM

modema. .

Za preverjanje GSM signala je uporabljena plava LED dioda (GSM Network Status

LED), ki v intervalih utripa. Glede na število utripov vidimo moč GSM signala. Pri enem

utripu je zelo slab signal, pri petih pa je signal poln.

Druga, zelena LED dioda (System Status LED), nam prikazuje stanje na vhodu. Če

sveti, so vhodi aktivni, če začne utripati pa pomeni, da je prišel alarm na vhod.

Tretja, rdeča LED dioda (Play/Record LED), nam prikazuje snemanje oziroma

predvajanje glasovnega sporočila. Glasovno sporočilo se snema s pomočjo tipke

PLAY/REC, ki se drži tako dolgo, da rdeča led dioda zasveti in jo držimo tako dolgo, da

posnamemo sporočilo. Posneto sporočilo lahko poslušamo s hitrim pritiskom na gumb.

Glasovna sporočila zbrišemo tako, da držimo tipko kot pri snemanju ter jo takoj ob prižigu

LED diode spustimo. [6]


4. PREDSTAVITEV UPORABLJENE PROGRAMSKE OPREME

4.1 GSMANAGER2

GSManager je programska oprema za programiranje SIM kartice za Pinkerton GSM

modeme. Tu se uporabljajo navadne SIM kartice, na katere je potrebno naložiti program za

delovanje GSM modema. Jaz sem ga uporabil za signalizacijo napak na opisani čistilni

napravi. Za lažjo predstavo in za poznavanje tega programskega paketa bom opisal

elemente programa.

1

2

3

4

Slika 4.1: Glavno okno GSManeger-ja


1 – osnovna okna za lažje programiranje

2 – zapis in branje programa s SIM kartice

3 – program za SIM kartico, ki krmili Pinkerton GSM modem

4 – okence za vpis zapiskov, ki bi nam lahko bili v pomoč pri kasnejšem ogledu

napisanega programa

4.1.1 Opis zapisanega programa

• #1ALM_CN_BUDVA = 0 je SMS sporočilo, ki ga dobimo v primeru alarma.

Sprednji #1 pomeni, da je alarm na prvem vhodu, #2 SMS sporočilo pa pomeni,

da je alarm na drugem vhodu in tako naprej do #4. #5 je sistemski periodični

alarm GSM modula (nastavitve v oknu SMS).

• IF1 = 3 je filter, ki preverja, če se alarm nahaja na vhodu 1 več kot 3 sekunde, ki

nam pove =3 preden se pošlje sporočilo. To naredimo zato, da se izognemo

pošiljanju, če pride le do kakega šuma na vhodu. Za vhod 2 bi uporabili IF2 in

tako naprej (nastavitve v oknu Input).

• IP1 = 2 definira obliko signala za vhod 1. V našem primeru to pomeni, da ko je

alarm, imamo na vhodu 24V. V primeru da bi dali IP1=1, kar bi pomenilo, da je

napaka v primeru prekinitve napetosti na vhodu 1 (nastavitve v oknu Input).

• LK1 = 0123 pomeni vrstni red pošiljanja SMS sporočil za vhod 1. To pomeni,

da se bo sporočilo poslalo na številke, ki se nahajajo pod številko 0, 1, 2, 3

(nastavitve v oknu Input).

• TK0 = 0038640298410 je varnostna telefonska številka, ki se nahaja na mestu 0

(maksimalno število varnostnih števil je 10). S tem definiramo telefonsko

številko, s katero lahko spreminjamo nastavitve s pomočjo SMS sporočil

(nastavitve v oknu Telephone).

• TL0S = 0038641861234 je telefonska številka, ki sprejema SMS sporočila.

Maksimalno število teh telefonskih števil je 10 (nastavitve v oknu Telephone).

[6]


Slika 4.2: Okno Options (možnosti)

Slika 4.3: Okno Input (vhodi)


Slika 4.4: Okno Telephone (telefon)

Slika 4.5: Okno SMS


4.2 OPIS PROGRAMSKEGA ORODJA UNITY PRO XL

Unity Pro je program za programiranje krmilnikov tipa Modicon M340, Premium,

Quantum in Atrium krmilnikov. Vsi ti krmilniki in programska oprema so od podjetja

Schneider Electric.

Program nam omogoča programiranje:

1. v treh grafičnih načinih:

• Ladder (LD);

• Function Block Diagram (FBD);

• Sequential Function Chart (SFC) in

2. v dveh tekstovnih programskih jezikih:

• Structured Text (ST);

• Instruction List (IL).

Za svoj projekt sem uporabljal krmilnik družine Modicon M340, ki sem ga programiral

v Ledder-ju. V to družino spada standardni krmilnik BMX P34 1000 in trije visoko

zmogljivi krmilniki BMX P34 2010, BMX P34 2020 in BMX P34 2030. Odločil sem se za

visoko zmogljivi krmilnik BMX P34 2020, ki ima vgrajen priključek za modbus

komunikacijo in ethernet priključek, katera sem uporabljal v svojem projektu. Razlogi za

izbor tega krmilnika je bila cena, saj je bil cenovno najbolj ugoden, izpolnjevanje pogojev,

ki so bili potrebni pri avtomatizaciji čistilne naprave ter licenca, ki sem jo imel za uporabo

programskega paketa za programiranje krmilnikov Unity Pro XL.

Za predstavitev programskega paketa bom uporabil slike iz lastnega projekta.


4.2.1 Uporabniški vmesnik

Slika 4.6: Uporabniški vmesnik Unity Pro XL

1 - osnovni meni, kjer lahko dostopamo do vseh funkcij programa

2 - meni, kjer dostopamo do največ uporabljenih funkcij v programu

3 - paleta z naborom ukazov za programiranje v Ledder jeziku

4- iskalnik projektnih aplikacij (konfiguracija krmilnika, opis spremenljivk, ethernet

nastavitve, animacijske tabele, programske sekcije,…)

5- osnovno okno za opis in programiranje krmilnika (opis krmilnika, nastavitve krmilnika,

I/O moduli, analogne kartice,…)

6- programsko okno za pisanje programa


7- diagnostično okno (javlja napake sintakse programa, omogoča iskanje posameznih

spremenljivk…)

4.2.2 Podrobnejša predstavitev iskalnika projektnih aplikacij (project browser)

Spodnja slika prikazuje dele programa, ki se načeloma vedno uporabljajo:

Slika 4.7: Project Browser


Funkcije posameznih projektnih oken:

1. Programiranje strojnega dela krmilnika:

Slika 4.8: Opis strojnega dela krmilnika

Pri programiranju strojnega dela krmilnika si najprej izberemo šino (Rack), na katero

vnašamo strojno opremo krmilnika, vključno z napajalnikom in krmilnikom. Praviloma

nanašanje opreme poteka v naslednjem vrstnem redu:

• najprej vstavimo napajalnik, ki napaja krmilnik in ostale razširitvene kartice,

• na Rack 0 vstavimo uporabljen procesor,

• na ostala mesta lahko poljubno vstavljamo digitalne in analogne vhode in

izhode module.

S temi nastavitvami si določimo posamezne naslove modulov. Za primer si oglejmo

naslov za digitalni vhod 2:

Digitalni vhod 2 ima v našem primeru naslov %I0.1.2. Če to razčlenimo,

dobimo:

• % - pomeni, da se uporablja fizična naslov krmilnika;

• I - pomeni digitalni vhod (IW-analogni vhod, Q-digitalni izhod, QW-

analogni izhod);

• 0 - številka šine;

• 1 - nahajanje modula na šini;


• 2 - številka vhoda na DDI kartici.

V mojem primeru so bili uporabljeni naslednji procesor in moduli, ki jih lahko

vidite na sliki 24:

• CPS –2000 - napajalni modul;

• P34–2020 - izbrani procesor;

• DDI–6402k - digitalno vhodni modul s 64-timi vhodi;

• DDO–6402k - digitalno izhodni modul s 64-timi izhodi;

• AMO–0210 - analogno izhodni modul z 2-ma izhodoma.

2. Kratek opis uporabljenih spremenljivk

Slika 4.9: Tabela spremenljivk

Tu lahko definiramo posamezne naslove, jim damo neko ime, da bo program bolj

pregleden, ko spremenljivko uporabimo v programu. Pod menijem Name damo naši

spremenljivki ime, ki jo označuje. S Tayp določimo obliko signalov; jaz sem se odločil za

EBOOL, ki nam omogoča spremljanje naslova tudi v času spreminjanja iz digitalne 0 v

digitalno 1 in obratno. Pod Address (naslov) pa določimo, kateri naslov bo imel določeno

ime.


3. Nastavitev IP naslova krmilnika

Na sliki imamo okence za nastavitev IP naslova krmilnika. Ko ta naslov

sprogramiramo in nastavitev prenesemo na krmilnik, imamo možnost programiranja

krmilnika tudi preko ethernet povezave ter možnost, da se povežemo s SCADO, prav tako

preko ethernet povezave.

Slika 4.10: Nastavitev ethernet naslova (IP Configuration)


4. Sekcije in podrutine programa za krmilnik

Slika 1: Okno za ustvarjanje nove programske sekcije

Novo programsko sekcijo ustvarimo tako, da v Project Browser-ju izberemo

Program- Tasks- MAST – Sections. Nato se z desnim klikom na miško pojavi okno, kjer

izberemo New Sectio (okno prikazuje zgornja slika).

Tu izberemo, v katerem programskem jeziku bomo programirali in poimenujemo

sekcijo, lahko pa jo lahko tudi zaščitimo. Postopek za ustvarjanje subrutine je enak, le da

namesto Sections izberemo SR Sections. Podrutine se izvajajo v krmilniku le takrat, ko jih

kličemo iz neke sekcije v samem programu.


5. Animacijske tabele

Slika 4.12: Animacijska tabela (Animation Tables)

Animacijske tabele uporabljamo za testiranje programa. V njih lahko gledamo

določene vrednosti meritev, poljubno forsiramo vhode in izhode, kar je zelo uporabno, ko

naš program testiramo na objektu, da preverimo, če je vse pravilno zvezano.

4.3 PREDSTAVITEV PROGRAMIRANJA V UNITY LEDDER (LD) DIAGRAMU

Slika 2:Grafična paleta z naborom ukazov za programiranje v LD diagramu

Contacts – So elementi LD, ki prenašajo binarno informacijo v horizontalno v obliki IN

(AND) proti desni strani, kjer lahko postavljamo s temi pogoji novo spremenljivko,

izvedemo kakšno operacijo, oziroma postavljamo kakšen izhod na krmilniku na logično 1.


1. Coils - So binarni elementi, ki jih postavljamo na 1 pod določenimi pogoji, kot so

elementi Contacts ter klice podrutin.

2. Links - Uporabljamo jih za povezave med Contacts elementi in za prenos

informacij za Coils elemente.

3. Operate and Compare Blocks - Operacijski bloki se uporabljajo predvsem za

določene računske operacije in pretvorbo vrednostih števil. Primerjalni bloki pa se

uporabljajo za primerjavo dveh vrednosti.

4. Control Elements - Uporabljamo jih za skok med sekcijami programa in vrnitev iz

podrutin.

5. Elementary Function bloks - So elementarni funkcijski bloki, ki so vgrajeni v sam

program in jih lahko poljubno uporabljamo. Tu lahko najdemo časovnike,

regulatorje, branje informacij, ki so pripeljane na krmilnik in še mnogo več.

6. Text Object – Ti elementi ne vplivajo na delovanje samega programa, uporabljajo

se za komentarje v programu.[7]


5 PRIKAZ PODROBNEGA DELOVANJA ČISTILNE NAPRAVE IN DELI

PROGRAMA ZA NJENO DELOVANJE

Čistilna naprava je sestavljena iz sedmih bazenov (vhodno črpališče, črpališče z

grabljami, zadrževalni bazen z maščobnikom, biološki bazen 4, biološki bazen 5,

umirjevalni bazen z UV dezinfekcijo, zalogovnik blata). Na krmilni omarici je sinoptika,

na kateri lahko gledamo nivoje in delovanje posameznih črpalk. V primeru napake začne

dioda za delovanje pogona utripati.

5.1 VHODNO ČRPALIŠČE

Voda iz vhodnega črpališča po tlačnem vodu s pomočjo črpalk (01.01.01-02) doteka v

poliestrsko kineto z grabljami. Črpalki se vklapljata s pomočjo plovnih stikal LISL 1.1 in

LISHA 1.2, ki se izmenično vklapljata. Ko kanalizacijska voda doseže plovno stikalo

LISH 1.2, se vklopi prva črpalka, ki črpa tako dolgo, da voda doseže spodnji nivo LISL

1.1. Ko voda v bazenu znova naraste do LISH 1.2, se vklopi druga črpalka in kot je črpala

prejšnja, črpa do spodnjega nivoja LISL 1.2. V primeru, da pa pride do napake na eni

izmed črpalk, druga avtomatsko sprejme funkcijo delovanja črpalke, pri kateri se je napaka

pojavila. [8]

Slika 5.1: Tehnološka shema vhodnega črpališča (bazen 1)


Slika 5.2: Programski del vhodnega črpališča

Za delovanje črpalke so potrebni izpolnjeni določeni pogoji… %M1 pomeni

avtomatsko delovanje čistilne naprave, ki se postavi na logično 1, ko se stikalo na sinoptiki

postavi na avtomatsko delovanje. %M16 pomeni, da je v bazenu voda narasla do zgornjega

nivoja. %M100 omogoča izmenično delovanje črpalk v bazenu; na začetku je na logični 0.

%M17 pomeni spodnji nivo v bazenu. Ko so vsi ti pogoji izpolnjeni, se vklopi črpalka 1. S

tem ko vklopimo črpalko, dosežen zgornji nivo vode ni več pogoj, saj ALI funkcija

omogoča, da se črpanje nadaljuje. Črpalka je namreč vklopljena dokler ni dosežen spodnji

nivo. %M3 označuje napako na črpalki 2 in s tem omogoča, da črpalka 1 prevzame

funkcijo črpalke 2. Izmenični vklop se izvaja s %M100, ki se postavi na logično 1, ko se

prva črpalka izklopi, in na logično 0, ko se druga črpalka izklopi. Na enak princip deluje

tudi druga črpalka.


5.2 ČRPALIŠČE Z GRABLJAMI

Odpadne vode po tlačnem vodu iz črpalk vhodnega črpališča pritekajo v poliestrsko

kineto, kjer so montirane grobe grablje Ro9 (02.01.01), ki se vklopijo ob diferenci nivoja

vode pred in za grabljami (komplet v elekro omari, ki je dobavljena z grabljami). Tako se

vklopijo grablje, ki odstranijo večje mehanske delce, jih stisnejo in transportirajo v sistem

vreč. Plovno stikalo (LIASH 2.3) je vgrajeno v kineto pred grabljami in je kazalec, da je

nivo vode pred grabljami narasel in da voda odteka preko preliva v reko Jaz.

Voda iz kinete odteka naprej v črpališče, kjer se izmenično vklapljata črpalki (02.02.01-

02). Ko nivo vode doseže plovno stikalo, ki prikazuje zgornji nivo (LISHA 2.2), se črpalka

vklopi in črpa vodo v zadrževalni bazen 3 ter izklopi, ko je dosežen spodnji nivo vode

(LISL 2.1). Delovanje teh dveh črpalk je identično z vhodnim črpališčem, zato je tudi

programski del podoben, uporabljeni so le drugi vhodi, izhodi in markerji.[8]

Slika 5.3: Tehnološka shema črpališča z grabljami (bazen 2)


5.3 ZADRŽEVALNI BAZEN Z MAŠČOBNIKOM

Voda iz črpališča priteka v maščobnik, kjer se na površju izločijo maščobe, katere se

odstranjuje preko prelivnega žleba z ročnim vklopom nožastega zasuna. Dotok vode v

bazen omogoča hidrofor v vodohranu; tako se nivo vode v maščobniku dvigne. Voda, oz.

na površju nabrane maščobe, se preko prelivnega žleba vračajo nazaj na grablje.

Voda iz maščobnika gravitacijsko, preko preliva, teče v zadrževalni bazen, kjer se s

pomočjo črpalke (03.01.01), ki ima na voljo 3 ure, dozira v biološki bazen pozicija 4 in

preko črpalke (03.01.02), s 3 urnim zamikom glede na črpalko 03.01.01, dozira v biološki

bazen pozicija 5. Vsaka od črpalk ima na voljo 3 ure, da prečrpa vodo v biološki bazen.

Črpalka se vklopi, ko je dosežen zgornji nivo (LISH 3.3) in izklopi, ko voda doseže

spodnji nivo (LISL 3.1). Če se biološki bazen napolni do zgornjega nivoja (LISHA 4.2 ali

LISHA 5.2), se črpalka za doziranje izklopi.

Plovno stikalo (LISAH 3.2) je alarmno stikalo, ki nas opozori, da sta biološki stopnji

polni. Tako se prekine delovanje črpalk 03.01.01-02, črpalk 02.02.01-02 in voda preko

preliva pred grabljami odteka v reko Jaz. Sistem zopet začne črpati, ko se ena od bioloških

stopenj izprazni in je pripravljena na novi cikel. [8]

Slika 5.4: Tehnološka shema zadrževalnega bazena z maščobnikom (bazen 3)


5.4. BIOLOŠKI BAZEN 4

Tu poteka biološko čiščenje odpadne vode v ponavljajočih se 6 urnih ciklih. Cikel je

sestavljen iz več faz:

Slika 5.5: Časovna delovanje biološkega bazena

Rdeča = Polnjenje = IN � delovanje 03.01.01 – pogoj za delovanje: časovni interval,

LISHA 4.2, LISH 3.3, LISL 3.1, LISAH 3.2

Zelena = mešanje = MIX � delovanje mešala 04.01.01 – pogoj za delovanje: časovni

interval delovanja (od 0 – 1, 2 – 2:45, 3:30 – 4) brezpogojni ON,

4:30 - 6 brezpogojni OFF

Modra = Aeracija = AIR � delovanje 04.04.01 - pogoj za delovanje: časovni interval

delovanja (od 1-2, 2:45-3:30, 4-4:30), XICA–O2 4.3

Bela = Sedimentacija � vse miruje – časovni interval od 4:30 do 5:30

Svetlo modra = Izločanje = OUT � delovanje 04.02.01 - pogoj za delovanje: časovni

interval (5:30 – 5:55) , LISL 4.1

Tabela 1: Regulacija dekanterja

Vklop Izklop Delovanje

5:30:00 5:30:30 vklop pogona 04.02.01, ki spusti vreteno za

110 mm

5:30:30 5:34:30 pavza, da predvidena količina vode

gravitacijsko odteče skozi dekanter



110 mm




110 mm




110 mm




110 mm



Rjava = Povratek blata = RECYCLE � delovanje 04.03.01 - pogoj za delovanje: časovni

interval (5:55 – 6:00), XICA-blato 4.4)

Opis faz:

• polnjenje bazena - prečrpavanje odpadne vode iz zadrževalnega bazena s

pomočjo potopne črpalke (03.01.01). Vodo dozira v biološki bazen 4. Črpalka

se vklopi ob določenem času, ko je po krmilnem programu določena faza

polnjenja (dotoka), ob pogoju, da plovno stikalo LISH 3.3 dovoljuje vklop

črpalke. Črpalka ima za črpanje na voljo do 3 ure. Po preteku 3 ur se po

programu izklopi, izklopi pa se tudi v primeru, da v črpališču ni dovolj vode

(plovno stikalo LISL 3.1 izklopi črpalko) ali če nivo vode v biološkem bazenu

dosega maksimalen nivo (LISHA 4.2);

• mešanje – vklop mešala (04.01.01) časovni interval; 0 – 1, 2 – 2:45, 3:30 – 4;


• prezračevanje – z vklopom puhala 04.04.01, po vsaki fazi mešanja, ki deluje v

časovnih intervalih 1 – 2, 2:45 – 3:30, 4 – 4:30. Vrednosti kisika v bazenu

narasejo na 6 mgO2/l, ki ga zabeleži kisik sonda XICA-O2 (4.3). Nato ga s

puhalom in frekvenčnim regulatorjem skušamo do konca faze prezračevanja

vzdrževati na tej vrednosti;

• sedimentacija in bistrenje – faza mirovanja, v časovnem intervalu od 4:30 do

5:30 in traja 60min, se ne meša in ne prezračuje;

• iztok očiščene vode – po fazi sedimentacije, v časovnem intervalu od 5:30 do

5:55 je vklopljen dekanter (04.02.01), skozi katerega voda gravitacijsko odteka

v umirjevalni bazen (glej Tabela 1). Iztok se preneha po 25. min oz. do min

nivoja (LISL 4.1);

• povratek blata – po potrebi 2 min na koncu cikla, v časovnem intervalu od 5:55

do 6:00 se vklopi črpalka 04.03.01.

Cikel traja 6 ur; tako se v enem dnevu zvrstijo 4 cikli v vsaki posodi posebej.

V biološkem bazenu je sonda za merjenje sušine (XICA-blato 4.4). Sonda meri on–line

meritve in ko vrednosti sušine med fazo aeracije tri dni zaporedoma presegajo vrednost 7

g/l, se po fazi iztoka (doseženem nivoju LISL 4.1) za 5 min vklopi črpalka za povratek

blata v zalogovnik blata (črpalka 04.03.01 oz. 05.03.01).

V primeru, da po fazi sedimentacije sonda za merjenje sušine (XICA-blato 4.4) še

vedno zazna vrednost sušine nad 1 g/l, se po fazi iztoka (po doseženem nivoju LISL 4.1) za

5 min vkopi črpalka za povratek blata v zalogovnik (črpalka 04.03.01 oz. 05.03.01). [8]


Slika 5.6: Tehnološka shema biološkega bazena (bazen 4)

Celotni cikel čiščenja v bazenu traja 6 ur. Ker je čiščenje časovno vezano, potrebujemo

časovni števec. Za izdelavo časovnega števca potrebujemo sistemski bit %S6, ki je

polovico sekunde na logični 1 ter polovico sekunde na logični 0. Ta bit sem prekopiral v

marker, ki sem ga lahko prožil na pozitivno fronto in tako dobil sekundni pulz. Te pulze

sem štel in jih shranjeval v programsko besedo %MW4.


Slika 5.7: Programski časovni števec za biološki bazen 4

Kot je že omenjeno, bi %S6 dajal sekundni pulz, če bi ga lahko prožili na pozitivno ali

negativno fronto, ker pa je to sistemski bit, ga ne moremo prožit na fronto. To težavo

rešimo s tem, da ga prekopiramo v marker; v našem primeru %M130. %M137 nam

preprečuje začetek štetja, ko pride do 5 minutne zakasnitve, in se postavi na logično 1, ko

nam števec doseže 355 minut. INC funkcija pomeni povečevanje programske besede;

vsako sekundo se programska beseda %MW4 poveča za 1. Ko programska beseda doseže

vrednost 60, se nam poveča vrednost v programski besedi %MW5 za 1 in %MW4 se

postavi nazaj na 0. Ko %MW5 doseže vrednost 355, torej 355 minut, se postavi nazaj na

logično 0 in ponastavi %M137. Programski časovni števec za 5 minutno zakasnitev je

narejen po enakem postopku, s tem da ponastavi %M137 in s tem omogoča, da se lahko

znova začne štetje glavnega števca.

Glede na zgornji programski števec se vrednosti časa primerjajo s časom, ko so pogoni

vklopljeni in postavljajo markerje na logično 1. Časi se zapišejo v prvem ciklu, ko se


krmilnik zažene. To naredimo tako, da s sistemskim bitom %S13, ki se postavi na ena v

prvem ciklu, ko se krmilnik zažene, zapišemo čase v programske besede. S tem

omogočamo, da s pomočjo SCADA sistema spreminjamo čase delovanja pogonov v ciklu

čiščenja.

Slika 5.8: Programski del, ki nam pove, kdaj je kateri pogon vklopljen pri biološkem

bazenu 4

( V tem programskem delu se primerjajo časi med sabo, torej čas, ko preteče od začetka

čiščenja, s časom, ko mora bit pogon vklopljen. Pri polnenju bazena marker %M137

preprečuje, da bi se polnil bazen v času pet minutne zakasnitve; ta zakasnitev je potrebna,

saj se v primeru, da se v bazenu nabere preveč blata, vklopi pogon 04.01.01, ki vrača to

blato v sedmi bazen, ki je zalogovnik blata. Pri iztoku pa %M25 preprečuje iztok blata, ko

je v četrtem bazenu dosežen spodnji nivo vode.)


Kot je razvidno iz funkcijskega opisa delovanja, je na koncu cikla čiščenja, torej iztoku,

še dodatni cikel, ki se pojavi v primeru, če se je nabralo preveč blata na dnu bazena. V tem

ciklu se vklopi črpalka 04.01.01, ki prenese blato v bazen 7, ki je zalogovnik blata.

Slika 5.9: Programski del za preverjanje prevelike sušnosti v biološkem bazenu 4

Puhalo deluje, ko je vrednost %M134 na logični 1. Če sušnost presega vrednost 7.0,

dobivamo sekundne pulze in tako s temi sekundnimi pulzi dobivamo programski časovni

števec. Ko vrednost doseže 3 dni, kar je 1620 minut, se nam nastavita markerja %M140 in

%M141. S tem se v fazi sušnosti vklopi črpalka 04.01.01 (programska slika 5.8). Na koncu

te faze se ponastavi %M140. Ko pride program do faze mirovanja %M135, preveri, če

sušnost tukaj še vedno presega 1.0. Če se nastavi marker %M142, bo le-ta zopet omogočil

delovanje črpalke 04.01.01 in se bo ponastavil na koncu cikla sušnosti.


Slika 5.10: Program za dejanski vklop črpalk

Na zgornji sliki imamo prikazane vklope pogonov, pri čemer se spust in dvig dekanterja

vršita ročno in avtomatsko preko programa. Ko pride signal na dekanter, se le-ta spusti,

signal pa potrebujemo tudi za njegov dvig. V projektantskem opisu je bila v tem primeru

storjena napaka, saj je bil signal načrtovan samo za spust, ne pa tudi za dvig dekanterja.

Napako sem rešil tako, da sem uporabil dodaten izhod iz krmilnika ter zanj napisal

program, ki je omogočil signal za dviganje dekanterja. %M35 in %M36 sta končni stikali,

ki ustavita dviganje ali spuščanje, %M37 in %M38 pa sta stikali, ki se sprožita, ko sila

navora preseže določeno vrednost. To se zgodi, če je delovanje vreten dekanterja ovirano.

V biološkem bazenu je potrebno krmiliti vrednost kisika, saj ima bistven pomen za

razvoj bakterij, ki čistijo umazano vodo. Za to sem uporabil sistemski PI regulator, ki je

vgrajen v programski paket. Natančnih parametrov za PI regulator se ni dalo določiti, saj se

v bazenu še niso nahajale bakterije, ki bi porabljale kisik in je bilo potrebno počakati nekaj

mescev, da pride do razmer, iz katerih bo razvidno, če je ta korak potreben.

Zaradi pogoste uporabe regulatorja v avtomatizaciji je pomembno, da ga podrobneje

predstavim.


Slika 5.11: Programski regulator

Elementi regulatorja so:

• EN – Pomeni klic regulatorja. V primeru, da povežemo tako, kot prikazuje slika,

je regulator vedno klican.

• PV – Tu nastavimo, kje se nahaja vrednost meritve (torej, na kateri pomnilniški

lokaciji se nahaja ta vrednost), saj nam s tem pove, kakšna je vrednost meritve,

da lahko regulator regulira.

• SP – Tu se nastavi vrednost, na katero naj regulator regulira.

• MAN_AUTO – Nastavimo na 1 za avtomatsko regulacijo.

• PARA – Tu se nahajajo vsi parametri regulatorja, kot so diferencialna in

integralna vrednost regulatorja, maksimalna in minimalna vrednost izhoda

regulatorja, oblika delovanja (inverzno ali direktno), zgornja in spodnja vrednost

procesne veličine. Do tabele teh parametrov pridemo z dvoklikom na napis

PARA in jo lahko poljubno poimenujemo. To ime tabele nato uporabimo za ta


PARA vhod (Jaz sem uporabil ime PARAMETRI_O2, kot je razvidno iz slike

5.11).

• TR_I – Je vrednost za izhod regulatorja v primeru, da na vhod TR_S pride

logična enica.

• TR_S – Se uporablja za postavljanje izhodne vrednosti na izhod regulatorja v

primeru, da na njega dobimo logično enico.

• OUT – Tu spremljamo vrednost izhoda in ga glede na regulacijo zmanjšujemo,

oziroma povišujemo. Na vhodu (OUT na levi strani) je vrednost pred regulacijo,

na izhodu pa dobimo vrednost (OUT na desni strani) po regulaciji. To lahko

gledamo kot povratno povezavo.

Vrednosti za PARA lahko spreminjamo tudi izven tabele, saj imamo tako boljši pregled

nad vsemi parametri.

Slika 5.12: Programsko postavljanje parametrov za regulator


Vrednost izhoda regulatorja je v obliki realnih (REAL) vrednosti, ki jih nato s funkcijo

REAL_TO_INT() spremenimo v cele vrednosti. Nato to vrednost nesemo na izhod; v

našem primeru je to analogna kartica, ki krmili frekvenčnik Altivar 71.

Za meritve v tem bazenu se uporablja merilnik SC1000, ki prenaša vrednosti meritev

kisika in sušnosti na krmilnik preko modbus komunikacije, saj lahko s pomočjo tega

krmilimo vrednost kisika v biološkem bazenu in opazujemo vrednosti meritev na SCADA

sistemu.

Slika 5.13: Programsko prebiranje vrednosti meritev s pomočjo modbus komunikacije

To prebiranje vrednosti meritev poteka v dveh delih. Prvi del je ADDM, ki vzpostavi

komunikacijo z modbus napravo na naslovu, kjer se nahaja. Ta naslov smo določili na

samem merilniku SC1000 in je v našem primeru 1. Naslov se vnese na vhod IN v bloku

ADDM. Izhod iz tega bloka peljemo na READ_VAR in sicer na vhod ADR. Tu beremo

meritve vsako sekundo, kot lahko vidimo na sliki, saj je na vhod bloka IN povezan

sekundni pulz. Vrednosti meritve se vpisujejo v naslove od %MW100 do %MW120, ki

jih določimo s tabelo programskih besed. Ker smo na vhod OBJ prinesli %MW,

dobivamo v tabeli cele vrednosti, torej ne decimalnih števil, saj nam jih sonda pošilja v taki

obliki, s tem da dobimo vrednosti decimalnega dela in vrednost celega dela. Vrednost

meritve se torej nahaja v dveh programskih besedah; vrednost kisika v bazenu se shranjuje


v programskih besedah %MW100 in %MW101, vrednost sušnosti pa v %MW102 in

%MW103.

Za ogled vrednostih meritev uporabimo programski blok, ki združi obe vrednosti. Ta

blok je WORD_AS_REAL.

Slika 5.14: Programski blok za združenje 2 celih števil in spremembo v realno število

Za LOW vrednost uporabimo prvo prispelo besedo, za HIGH vrednost pa drugo

prispelo besedo. Torej v prejšnjem primeru %MW100 vsebuje LOW vrednost,

%MW101 pa HIGH vrednost; tako dobimo vrednost meritve sonde.

5.5 BIOLOŠKI BAZEN 5

Princip delovanja v tem biološkem bazenu je enak kot pri biološkem bazenu 4, le s

triurnim zamikom. Zaradi vgrajene opreme je pomembno prikazati tehnološko shemo tega

bazena.[8]


Slika 5.15: Tehnološka shema biološkega bazena (bazen 5)

Program je identičen programu za biološki bazen 4, le da imamo tri urni zamik. To sem

naredil tako, da se po treh urah postavi bit, ki omogoči štetje časovnika za ta bazen.

Slika 5.16: Programska zakasnitev števca za biološki bazen 5

5.6 UMIRJEVALNI BAZEN Z UV DEZINFEKCIJO

Očiščena voda, ki priteče iz biološkega bazena, se preko črpalke (06.01.01) prečrpa v

sistem za UV dezinfekcijo (06.02.01). Črpalka (06.01.01) s plovnim stikalom in

protipovratnim ventilom se vklopi takoj, ko dobi pogoj za delovanje (vklop z lastnim

plovnim stikalom) in dozira vodo na UV dezinfekcijo. [8]


Slika 5.17: Tehnološka shema umirjevalnega bazena z UV dezinfekcijo (bazen 6)

5.7 ZALOGOVNIK BLATA

Po potrebi se odvečno aktivno blato prečrpa v zalogovnik blata s pomočjo črpalk

(04.03.01 oz. 05.03.01).

Pogoj za vklop črpalke 07.02.01 je sonda XICA-blato 4.3, če med fazo prezračevanja

kaže manj kot 1,5 g/l. In sicer se črpalka 07.02.01 vklopi istočasno z vklopom črpalke

03.01.01; tako se aktivno blato delno vrača v biološki bazen 4.

Pogoj za vklop črpalke 07.02.01 je sonda XICA-blato 5.3, če med fazo prezračevanja

kaže manj kot 1,5 g/l. In sicer se črpalka 07.02.01 vklopi istočasno z vklopom črpalke

03.01.02; tako se aktivno blato delno vrača v biološki bazen 5. [8]


Slika 5.18: Tehnološka shema Zalogovnik blata (bazen 7)


Slika 5.19: Tehnološka shema čistilne naprave


V primeru napake na čistilni napravi del programa, ki se nahaja v sekciji poimenovani

alarmi, javlja, da je prišlo do napake. V tej sekciji so zbrani vsi alarmi, ki predstavljajo

napako na pogonu. Narejen je tako, da nam ob pojavu napake na pogonu postavi marker

%M90 na logično 1. Ta postavi izhod iz krmilnika

(Q_MODEM_ZA_POSILJANJE_NAPAKE) na logično 1. S tem potuje signal na

Pinkerton GSM modem, ki nam pošlje alarm. Izhod se postavi nazaj na logično 0 deset

minut po zaznani napaki in je tako zopet pripravljen na pošiljanje opozorila o novi napaki.

Slika 5.20: Programski del za postavitev alarma na Pingerton GSM modem


6 SKLEP

Cilj moje diplomske naloge je bil predstaviti delovanje čistilne naprave, vgrajeno

električno opremo, ki je bistven del za delovanje čistilne naprave ter vpogled v samo

avtomatizacijo. Diplomo sem razdelil na pet delov in sicer na uvod, predstavitev čistilne

naprave, vgrajeno opremo, programsko opremo ter na opis delovanja čistilne naprave s

programskim delom, ki prikazuje, kako je sprogramirana avtomatizacija.

V uvodnem poglavju sem na kratko opisal delovanje čistilne naprave ter predstavil

podjetje Telem d.o.o., pri katerem sem ta projekt izvajal. Drugo poglavje vsebuje slike

čistilne naprave, ki sem jo avtomatiziral. Zraven teh slik so opisani deli naprave in njihova

vloga. Tretje poglavje vsebuje opis uporabljene električne opreme, ki sem jo moral

obvladati, da sem lahko izvedel avtomatizacijo. Četrto poglavje prestavljajo programska

orodja, ki so bila uporabljena pri avtomatizaciji; za konfiguracijo modema ter

programiranje krmilnika, ki krmili avtomatsko delovanje čistilne naprave. V petem

poglavju so opisani posamezni bazeni, v katerih je potekalo čiščenje kanalizacijske vode.

Predstavil sem njihov pomen v čistilni napravi, njeno avtomatsko delovanje in zraven tudi

prikazal dele programa, ki krmilijo njeno delovanje.

Pri programiranju mi je največ težav povzročala komunikacija med krmilnikom in

merilnikom SC1000, saj dotlej še nisem uporabljal modbus komunikacije. Na srečo smo

imeli sondo na podjetju, tako da sva s pomočjo sodelavca lahko naredila in testirala

povezavo med njima. Drugih težav nisem imel, saj sem bil že precej dobro seznanjen s

programiranjem v ladder diagramu, predhodno pa sem tudi že programiral manjšo čistilno

napravo.

Pri testiranju delovanja programa nisem imel večjih težav, saj sem postopek čiščenja

opravil s simulacijo, ki jo omogoča programski paket Unity. Edino večjo spremembo je


predstavljalo delovanje dekanterjev, saj sem moral uporabiti dva dodatna izhoda.

Projektantsko bi se naj dekanter pomikal navzdol, ko ima signal, ko signal preneha, pa bi

se naj dekanter dvigal. Izkazalo pa se je, da temu ni tako in sicer mora dobit drugi signal na

drugem izhodu krmilnika, da se dekanter dvigne.

Pri projektu avtomatizacije čistilne naprave sem sodeloval od samega začetka. Najprej

sem spoznal, kako bo skonstruirana in kako bo delovala. S pomočjo sodelavca, ki je risal

načrte, sva se dogovarjala za vgrajeno električno opremo, ki je bila potrebna za

avtomatizacijo, zato sem moral tudi to opremo podrobneje spoznati in sem jo tudi na

kratko predstavil v tej diplomski nalogi. Po izbrani opremi, je sodelavec narisal električne

načrte za čistilno napravo, ki so bili nujni za njeno avtomatizacijo. S pomočjo teh načrtov

sem napisal program, ki krmili čistilno napravo, ter pripravil tudi program za SIM kartico,

ki je bila namenjena za alarmiranje napak na čistilni napravi. Nato smo se seveda odpravili

v Črni goro, kjer se nahaja čistilna naprava. Tam sem najprej sodeloval pri ožičenju celotne

čistilne naprave. Po ožičenju sem sprogramiral električno opremo, nato pa sem izvedel test

ožičenja s krmilnikom. Po uspešnem testiranju sem izvedel tudi testiranje sekvence

programa. Ker bi to testiranje vzelo precej časa, saj celotni cikel traja 6 ur, sem naredil test

tako, da sem spreminjal vrednosti časovnega števca. To sem naredil tako, da sem bil s

prenosnim računalnikom priklopljen na krmilnik ter opazoval delovanje pogonov, ki

morajo biti vklopljeni v določenem času in so opisani pri opisu delovanja čistilne naprave.

Avtomatizacijo čistilne naprave sem uspešno izvedel.


7 UPORABLJENI VIRI IN LITERATURA

[1] Schneider Catalogue, Modicon M340 automation platform, Ingoprint,

Barcelona, June 2007

[2] Lange, Operation Manual sc1000, HANC LANGE Gmbh, Germany, Oktober

2004

[3] Lange Product Information, LDO Dissolved Oxygen Probe, HANC LANGE

Gmbh,Germany, December 2006

[4] Lange Product Information, Solitax SC, HANC LANGE Gmbh, Germany,

Februar 2006

[5] Schneider Catalogue, Altivar 71, Ingoprint, Barcelona, March 2006

[6] Programska pomoč: Unity Pro XL 3.1

[7] Programska pomoč: GSManager2

[8] Regeneracije d.o.o., Projektantski opis delovanja, Junij 2008


8 PRILOGE

• Električni načrti.

• Program v PDF obliki

avtomatizacija Čistilne naprave · 2018. 8. 24. · ima tudi uv svetlobnik svoje krmilje , ki ga...

Documents