-
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
AVTOMATIZACIJA ČISTILNE NAPRAVE
Študent: Robert Rudaš
Študijski program: visokošolski, Elektrotehnika
Smer: Avtomatika
Mentor: red. prof. dr. Riko ŠAFARIČ
Somentor: doc. dr. Suzana URAN
Maribor, september 2008
-
II
-
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
AVTOMATIZACIJA ČISTILNE NAPRAVE
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
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 2
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.
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 3
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.
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 4
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
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 5
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.
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 6
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
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 7
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.
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 8
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.
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 9
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.
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 10
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.
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 11
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
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 12
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
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 13
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.
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 14
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.,
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 15
• 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]
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 16
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
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 17
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.
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 18
• 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.
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 19
� 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.
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 20
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
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 21
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]
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 22
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
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 23
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]
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 24
Slika 4.2: Okno Options (možnosti)
Slika 4.3: Okno Input (vhodi)
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 25
Slika 4.4: Okno Telephone (telefon)
Slika 4.5: Okno SMS
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 26
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.
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 27
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
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 28
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
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 29
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;
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 30
• 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.
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 31
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)
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 32
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.
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 33
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.
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 34
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]
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 35
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)
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 36
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.
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 37
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)
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 38
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)
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 39
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
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 40
5:34:30 5:35:00 vklop pogona 04.02.01, ki spusti vreteno za
110 mm
5:35:00 5:39:00 pavza, da predvidena količina vode
gravitacijsko odteče skozi dekanter
5:39:00 5:39:30 vklop pogona 04.02.01, ki spusti vreteno za
110 mm
5:39:30 5:43:30 pavza, da predvidena količina vode
gravitacijsko odteče skozi dekanter
5:43:30 5:44:00 vklop pogona 04.02.01, ki spusti vreteno za
110 mm
5:44:00 5:48:00 pavza, da predvidena količina vode
gravitacijsko odteče skozi dekanter
5:48:00 5:48:30 vklop pogona 04.02.01, ki spusti vreteno za
110 mm
5:48:30 5:55:00 pavza, da predvidena količina vode
gravitacijsko odteče skozi dekanter
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;
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 41
• 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]
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 42
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.
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 43
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
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 44
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.)
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 45
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.
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 46
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.
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 47
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
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 48
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
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 49
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
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 50
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]
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 51
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]
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 52
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]
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 53
Slika 5.18: Tehnološka shema Zalogovnik blata (bazen 7)
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 54
Slika 5.19: Tehnološka shema čistilne naprave
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 55
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
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 56
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
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 57
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.
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 58
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
-
Robert Rudaš: Avtomatizacija čistilne naprave 59
8 PRILOGE
• Električni načrti.
• Program v PDF obliki