Gasanlagenmanagementsystem GMS Fiotronic 309 - Pietro Fiorentini

GMS
Fiotronic 309
GasanlagenManagementSystem
GMS Fiotronic 309

GMS Fiotronic 309

GMS Fiotronic 309
GasanlagenManagementSystem
GMS Fiotronic 309
EINLEITUNG
Das GasanlagenManagementSystem GMS Fiotronic 309 wurde auf Basis einer Partnerschaft zwischen Fiorentini Deutschland
und Alpha mess-steuer-regeltechnik entwickelt. Mit dem System wird für die Aufgabenstellung "Automatisierung von
Gasanlagen" eine flexibel, anpassbare Komplett-Lösung aus einer Hand angeboten.
Eingebunden in ein übergeordnetes Dispatching oder in eine Leitwarte ermöglicht die GMS Fiotronic 309 durch einen transparenten
Einblick und Eingriff im Zusammenhang mit einer optionalen Datenerfassung, Datenspeicherung und Datenauswertung
eine Optimierung der Netzführung von Gasversorgungssystemen. Das System kann standardisiert im Bereich kleinerer, zweischieniger
Anlagen, aber auch als Individuallösung für komplexe Stationen zur Anwendung kommen. Die Realisierung geschieht
hierbei auf Basis des Zusammenspiels zwischen der speicherprogrammierten Steuerung aus dem Hause Alpha und der
elektropneumatischen Regeleinheit aus dem Hause Fiorentini.
HAUPTMERKMALE
• Einsetzbar im Zusammenspiel mit pilotgesteuerten Regelgeräten
des Typs:
Aperval, Aperflux, Reval oder Reflux
oder mit Mengenregulierventilen des Typs
Synchroflux oder Deltaflux
• Je nach Regelgerät max. Eingangsdrücke bis 100 bar
und max. Ausgangsdrücke von 70 bar
• Inselbetrieb oder Verbundbetrieb mit Leitsystem
• Parallelbetrieb mehrerer Schienen möglich
REGELAUFGABEN / ÜBERWACHUNG
• QN- (Normkubikmeter-) Regelung zur Bezugsmengenregelung/-optimierung,
• QB- (Betriebskubikmeter-) Regelung,
• Pd- (Ausgangsdruck-) Regelung,
• Pdmax/min- Überwachung,
• Durchflusserfassung,
• Zählerschutz,
• Zählereichgrenzenüberwachung
• Kaskadenbetrieb mehrerer Schienen möglich
• Einfache Bedienung der APC927 durch bedienfreundliche
Menüführung
• Bei Stromausfall wird die aktuelle Stellung des Steuerventiles
beibehalten.
• Stellventil mit linearer Kennlinie
Optionen:
• Visualisierungssystem PCS7ooo
• Prüf- und Simulationsmodule
AUFBAU DES ELEKTROPNEUMATISCHEN TEILS DES AUTOMATISIERUNGSSYSTEMS

GMS Fiotronic 309
Die Auswahl der Geräte zu den Positionen 1., 2.,3. und 8. geschieht auf Basis der jeweiligen Rahmenbedingungen. Eine Auslegung
erfolgt somit individuell. Ist die pneumatische Absicherung eines minimalen Ausgangsdruckes nicht gefordert, so ist der
Einsatz der pneumatischen Pd min. Stufe nicht erforderlich. Der Proportionalregler Pos. 4 kommt bei Drücken > 16 bar zum Einsatz.
GRUNDSÄTZLICHE FUNKTION
Nachdem das Steuergas das Pilotsystem durchflossen hat, wird die Abströmmenge im Stellventil Fluidcontrol (Pos. 5) so begrenzt,
dass der Öffnungsgrad des Hauptstellglieds direkt beeinflusst wird. Dies geschieht durch den el. Stellantrieb, der an das
Stellventil Fluidcontrol angeflanscht ist. Die Steuersignale werden in Abhängigkeit der Regelaufgabe von der Regeleinheit APC
927 an den Stellmotor gegeben.
Das Hauptstellglied kann dicht geschlossen werden. Sofern von Kundenseite keine pneumatische Pdmin. Begrenzung vorgesehen
ist, kann die Anlage/Schiene durch entsprechende Ansteuerung des Stellmotors außer Betrieb genommen werden.
Bei Eingangsdrücken bis 16 bar wird das System ohne den zusätzlichen Proportionalregler betrieben. Oberhalb 16 bar wird
zwischen Pilotregler und Stellventil der Proportionalregler 304/A/2/CS/mod. eingesetzt. Dieser Regler versorgt das Stellventil mit
dem optimalen Eingangsdruck und stellt einen konstanten Eingriffspunkt für den Anfahrvorgang bei wechselnden Eingangsdrücken
sicher.
Zur Anpassung an die jeweiligen Bedingungen ist der Proportionalregler entsprechend einstellbar. Bei Bedarf kann zusätzlich
die Düsengröße im Stellventil variiert werden.
Fluidcontrol
ffff
1. Ventilgehäuse
2. Oberteil
3. Ventilführung
4. Ventilführung
5. Haltemutter
6. Verschlussmutter
7. Ventilsitz + Abdichtung
8. Ventilschieber
9. Ventilstange
10. Halteschraube
11. Stellungsanzeige

GMS Fiotronic 309
AUTOMATISIERUNGSSYSTEM APC927 “NATURAL GAS CONTROL SYSTEM”
Mit dem Erdgasregelsystem APC927 „Natural Gas Control System“ wird ein flexibles Gerät bereitgestellt, das sämtliche Belange
zur Automatisierung einer zweischienigen GDRM-Anlage erfüllt (Umfangreichere Aufgabenstellungen müssen ggf. durch
Adaption und/oder Ergänzungen abgeglichen werden).
Standardmäßig sind folgende Funktionen enthalten:
• QN- (Normkubikmeter-) Regelung zur Bezugsmengenregelung/optimierung,
• QB- (Betriebskubikmeter-) Regelung,
• Pd- (Ausgangsdruck-) Regelung,
• Pdmax/min- Überwachung
• Durchflusserfassung,
• Zählerschutz,
• Zählereichgrenzenüberwachung,
usw., die für die Erfüllung der Hauptaufgabe, der Bezugsoptimierung von großer Bedeutung sind.
Die Normdurchflussmenge wird von einem vorhandenen Mengenumwerter als Istwertmenge in Form von NF-Impulsen dem
Prozess- Regel- und Steuergerät APC 927 zur Verfügung gestellt.
Parallel dazu wird der Normdurchfluss aus dem Betriebsdurchfluss (d.h. Zählerfrequenz), dem Messdruck und der Temperatur
unter Berücksichtigung der Kompressibilität des Erdgases in Anlehnung an AGA NX 19 errechnet.
Dieser Wert wird verwendet, um zwischen zwei Normimpulsen des Mengenumwerters weiterzurechnen. Damit erhält die Regelung
einen stabilen Sollwert, ein sägezahnartiges Fahren der Menge wird verhindert. Ein weiterer Vorteil ist die weitgehende
Unabhängigkeit von der Impulswertigkeit und Impulsfrequenz der NF-Normimpulse. Durch dieses ausgewählte Verfahren ist
gewährleistet, dass bei Ausfall der Normvolumenimpulse die Regelung weiterarbeitet.

GMS Fiotronic 309
Die Bezugsmengenoptimierung erfolgt so, dass innerhalb einer Tarifperiode (z.B. 1 Stunde) ständig die Differenz zwischen
dem vorgegebenen Sollwert sowie dem integrierten Normmengen-Istwert errechnet wird. Dieser Wert wird auf die verbleibende
Restzeit der Tarifperiode projiziert und der verbleibende neue optimale Durchfluss-Sollwert wird vorgegeben. Damit wird erreicht,
dass ein Minderbezug am Anfang einer Tarifperiode zum Ende dieser Tarifperiode wieder ausgeglichen werden kann.
Die niederfrequenten Impulse des Mengenumwerters werden innerhalb der Tarifperiode aufsummiert und mit dem vorgegebenen
Bezugsmengensollwert verglichen (Bezugsmengenregelung). Wird innerhalb der Tarifperiode der errechnete, verbleibende
Sollwert überfahren (z.B. durch Druckhaltungsregelung), so wird zum Ende der Tarifperiode der Gasbezug über das Gasstellglied
verringert und an den jeweiligen Sollwert herangefahren, damit die vertragliche Bezugsmenge nicht überschritten wird.
Durch Umschaltung vor Ort am Gerät oder über Fernwirkanlage kann auch mit einem konstanten Durchflusssollwert geregelt
werden (Durchflussregelung). Eine Berücksichtigung der Tarifmenge erfolgt in dieser Betriebsart nicht.
Um die Versorgungssicherheit zu gewährleisten, ist das Bezugsmengenregelgerät APC 927 in der Lage, auf Druckhalteregelung
umzuschalten. Ebenso wird bei Minderbezug auf einen maximalen Ausgangsdruck geregelt (Ausgangsdrucküberwachung).
Die Druckgrenzwerte sind einstellbar, für die Meldung Druckhalteregelung gibt es einen separaten Ausgang.
Durch das Regelungsprogramm wird gewährleistet, dass bei Unterschreitung der Eichgrenze der Durchflussmessgeräte das
Stellglied geschlossen wird. Erst bei Erreichen eines bestimmten Differenzdruckes über dem Stellglied wird die Armatur wieder
geöffnet (Eichgrenzenüberwachung).
Kommt es vor, dass bei Druckhalteregelung der momentane Betriebsdurchfluss die Belastungsgrenze des Zählers erreicht,
schaltet das Regelsystem auf Qb-max- Regelung um. Das Stellglied wird nun nur noch so weit geöffnet, dass der eingestellte
Grenzwert ’Qb-max’ gehalten wird (Überlastschutz).
Sämtliche Überwachungsfunktionen bezüglich Ausgangsdruck und Betriebsdurchfluss haben Vorrang gegenüber der
eigentlichen Regelaufgabe. Die Zählerschutzregelung besitzt die höchste Priorität.
In der folgenden Abbildung sind die Betriebsarten in Abhängigkeit vom Arbeitspunkt der Anlage erkennbar.
Eichgrenzenüberwachung
Die Zeitsynchronisation kann über eine externe Tarifschaltuhr oder PTB-Funkuhr erfolgen. Auf diese Weise wird die Verrechnungsperiode
zeitgenau eingeschaltet. Die eingehenden Zeitimpulse werden mit der Systemuhr verglichen und bei Ausfall der
externen Impulse ein Alarm gespeichert. Der Bezugsmengenregler APC927 arbeitet mit der internen Systemuhr bei Ausfall des
Synchronisationsimpulses zeitgenau weiter.
Die für die Regelung erforderlichen Analogsignale werden auf Plausibilität überwacht (Signalüberwachung). Während bei Ausfall
des Ausgangsdruckes die Regelung ausgeschaltet wird, werden bei Ausfall des Messdruckes oder der Temperatur einstellbare
Ersatzwerte aktiviert.
Im Prozess- Regel- und Steuergerät APC927 sind zwei voneinander unabhängige Handebenen vorgesehen: Handbetrieb und
Notbetrieb.

GMS Fiotronic 309
Über die beiden am Schaltschrank extern eingebauten Handsteuertasten kann im Handbetrieb das Stellglied gefahren werden.
Nach Loslassen der Tasten wird ein Stellungsregler aktiviert, der bei pneumatisch angetriebenen Regelarmaturen ein eventuelles
Wegdriften durch Leckage nachregelt. Bedingung dafür ist der Anschluss der Stellungsrückmeldung der Armatur.
Über die beiden Handsteuertasten kann bei betätigter Notbetriebstaste (ebenfalls am Schaltschrank extern eingebaut) das
Stellglied direkt gesteuert werden. In dieser Betriebsart sind die Tasten dem Prozess- Regel- und Steuergerät übergeordnet und
auch funktionsfähig bei Ausfall des Bezugsmengenreglers APC927.
In der Anlage werden Messwerte und Binärsignale über Analog- und Digitaleingänge einer integrierten SPS erfasst (Datenerfassung).
Der Bezugsmengenregler APC927 ist frei konfigurierbar bzgl. der Ein- und Ausgangssignale. Da der Regler mit einer flexiblen
SPS arbeitet, sind auch sogleich alle Möglichkeiten der SPS hier implementierbar.
Besonders hervorzuheben ist die Möglichkeit der Anbindung an eine Fernwirkanlage oder einen Leitrechner und des Informationsaustausches
mit diesen Rechnern.
Funktionen im Zuge der Überwachung:
Die nachfolgend beschriebenen Überwachungsfunktionen geben i.a. Vorrang vor den Regelfunktionen, wobei die Prioritäten
generell frei parametrierbar sind.
Zählerschutz
Für einen oder mehrere Zähler ist der Zählerschutz dadurch realisiert, dass die hochfrequenten Bm3-Impulse auf eine obere
Prozessgrenze überwacht werden. Bei Erreichung der Prozessgrenze wird die Regelung außer Betrieb gesetzt und das Ventil
solange zugefahren bis die Prozessgrenze inkl. einer Hysterese wieder unterschritten ist. Gleichzeitig wird eine Störmeldung
abgesetzt.
Druckhaltung
Der angeschlossene Messwert „Ausgangsdruck" wird auf eine untere Prozessgrenze überwacht. Bei Prozessgrenzen-
Unterschreitung erfolgt automatisch eine Umschaltung von Mengen-/ Durchflussregelung auf Druckregelung. Die Mengen-
/Durchflussregelung wird wieder aktiviert, wenn der Vergleichsalgorithmus eine erneute Unterschreitung des minimalen Ausgangsdruckes
durch die Mengen-/Durchflussregelung ausschließt. Auch hier wird eine Störmeldung abgesetzt.
Mengenminimum
Die hochfrequenten Bm 3 -lmpulse werden auf eine untere Prozessgrenze inkl. Hysterese überwacht. Bei Unterschreitung dieses
Grenzwertes wird das Regelventil zugefahren bis wieder eine definierte Druckdifferenz zwischen Eingangs- und Ausgangsdruck
erreicht ist. Stehen keine Bm 3 -lmpulse zur Verfügung, kann stattdessen der Ausgangsdruck auf die obere Prozessgrenze oder
die Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsdruck auf eine untere Prozessgrenze überwacht werden. Auch hier wird eine
Störmeldung abgesetzt.
Schaufelrad-Überwachung
Optional kann zusätzlich eine Schaufelrad-Überwachung integriert werden, wobei hier vom System hochfrequente Schaufelrad-
Impulse mit hochfrequenten Schaufelrad-Referenzimpulsen verglichen werden. Bei festgestellten Differenzen außerhalb eines
Toleranzbandes wird eine Störmeldung abgesetzt.
OPTIONAL
Visualisierungssystem PCS7ooo
In Kombination mit dem Visualisierungssystem PCS7ooo bietet das System
die Möglichkeit den Anlagenzustand komfortabel zu bedienen und zu
beobachten.
Das System bietet die Möglichkeit, Mess- und Rechenwerte zu archivieren.
Die Prozessvisualisierung erfolgt am Bildschirm in Form dynamischer
Fließbilder und Tabellen. In einem Übersichtsbild wird die gesamte Anlage
mit den wichtigsten aktuellen Anlagenzuständen und Messwerten angezeigt.
Außerdem können für die einzelnen Anlagenteile Detailbilder abgerufen
werden.
Zur Alarmbearbeitung werden alle Meldungen protokolliert. Es werden
Meldungen unterschieden, die quittiert werden müssen (Alarme) und solche,
die lediglich registriert werden (Betriebsmeldungen).
Über das Visualisierungssystem PCS7ooo kann durch Sollwertvorgaben
und Stellbefehle in die Anlagensteuerung eingegriffen werden (Bedieneingriffe).
Um unbefugten Eingriff zu verhindern, werden alle Systemeingriffe
durch Passwortabfrage geschützt und in eine Logbuchdatei eingetragen.
Es können weitere in der Anlage vorhandene Signale als Meldung konfiguriert
werden, bzw. Grenzwerte geändert werden (Signal-Anpassung).
Es besteht die Möglichkeit die gespeicherten Archivwerte in Excel-
Arbeitsmappen zu exportieren und somit die Anbindung an die Officewelt.

LIEFERUMFANG UND WEITERE LEISTUNGEN
GMS Fiotronic 309
Die zum Lieferumfang des Gasanlagen-Management-System GMS Fiotronic 309 dazugehörenden Leistungen umfassen:
• Individuelle Beratung inkl. Auslegung und Auswahl sämtlicher Komponenten.
• Anpassung des Automatisierungssystems an die individuellen Gegebenheiten und Anforderungen.
• Montage der EMSR-Technischen Komponenten, inkl. Material und Einbindung in (Einbau der Steuerung in Wandaufbaugehäuse
oder Vorort befindl. Schaltschrank).
• Engineering und Planung, Bauüberwachung bis hin zur Inbetriebnahme des Systems.
• Inbetriebnahme-Pauschale im Zusammenhang mit einer zweischienigen GDRM-Anlage!
REFERENZSYSTEM
Ein in der "Vollversion" und damit alle Optionen beinhaltendes Referenzsystem GMS Fiotronic 309 kann nach Absprache gerne
in der Ü-Station Weilerhöfe der Niederrheinischen Verkehrs- und Versorgungsbetrieb NVV AG besichtigt werden.
KEINE ZWEISCHIENIGE GDRM-ANLAGE, SONDERN KOMPLEXERE AUFGABENSTELLUNG?
… z.B. im Zusammenhang mit komplexen Speicherbewirtschaftungssystemen?
Dies ist die Herausforderung, weswegen das System GMS Fiotronic 309 modular, flexibel und daher in seiner, jederzeit auf
individuelle Bedürfnisse anpassbaren Form entwickelt wurde.
INBETRIEBNAHME AM BEISPIEL EINES APERFLUX 851 MIT DER GSM FIOTRONIC 309
• Einstellfedern der Pilotregler ganz entspannen.
• Einstellfeder des Porportionalreglers ganz entspannen.
• APC927 in Handbetrieb/Startbetrieb stellen und Stellmotor 100% öffnen.
• Drossel AR100 auf Pos. 8 stellen.
• Anlage eingangsseitig unter Druck setzten und Anlage pneumatisch in Betrieb nehmen und Durchfluss erzeugen.
• Pilotregler für die max. Druck-Begrenzung und AR100 wechselweise einstellen bis der gewünschte max. Regeldruck
erreicht ist.
Bei träger Reaktion ist ggf. der Ventilsitz im Stellventil Fluidcontrol gegen einen größeren auszutauschen.
• Nullabschluss des Stellventils Fluidcontrol prüfen und einstellen:
- Kontermutter SW 5,5 auf der Ventilstange lösen.
- Stellungsanzeige im Uhrzeigersinn drehen, bis das 3mm Gewinde ganz eingeschraubt ist.
- Stellventil Fluidcontrol durch entsprechende Eingabe an der APC927 ganz schließen, Anzeige 0%.
- Stellungsanzeige gegen den Uhrzeigersinn soweit herausdrehen, bis der Widerstand der Ventilabdichtung spürbar
wird.
- Nullabschluss prüfen, indem man die ausgangsseitige Rohrleitung entspannt. Das Hauptstellglied und das Stellventil
Fluidcontrol müssen dicht schließen.
- In dieser Position der Stellungsanzeige die Kontermutter SW 5,5 anziehen.
- Ausgangsseitige Rohrleitung wieder unter Druck setzen
• Pilotregler der min-Stufe auf den gewünschten Regeldruck einstellen, das Stellventil Fluidcontrol bleibt geschlossen.
• Einstellen des Proportionalreglers:
- Stellventil Fluidcontrol auf 1mm Hub = 10% einstellen
- Einstelldruck des Proportionalreglers soweit anheben, bis das Stellglied zu öffnen beginnt. (In der Regel reicht eine
Druckanhebung um ca. 1,5 bar.) Der ausgangsseitige Druck steigt.
- Durchfluss ermöglichen indem die ausgangsseitige Absperrarmatur geöffnet wird.
• Stellventil Fluidcontrol stufenweise auf 1,5 mm Hub = 15% stellen. Das Hauptstellglied sollte entsprechend geöffnet sein
und der Zähler/Mengenumwerter bzw. die GMS Fiotronic 309 einen konstanten Volumenstrom anzeigen. Falls das Hauptstellglied
nicht öffnet, ist die Einstellung des Proportionalreglers zu erhöhen, ggf. ist auch ein größerer Ventilsitz einzubauen.
• Inbetriebnahme:
- Stellventil Fluidcontrol durch Eingabe an der APC927 ganz schließen.
- APC927 in Betriebsmodus schalten und Grenzdrücke bzw. Grenzmengen über die Leitwarte vorgeben
Hinweis: Der Proportionalregler 304/A/2/CS/mod. und das Stellventil Typ Fluidcontrol sind für diese Anwendung adaptiert
und die Ventilgeometrien entsprechen nicht den aktuellen Serienprodukten der Pietro Fiorentini S.p.A..

FEDERTABELLEN
Bestell-
Nr.
Kennfarbe
2700790 orange
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Da Lo d ig 304/A/2/CS/mod.
in
mm
in
mm in mm
Federführungsbereiche in bar
2,5 10 0,25 – 0,65 über Proportionaldruck
2701010 rot 3 9 0,6 – 1,7 über Proportionaldruck
2701225 grün 3,5 8 1,6 – 4,2 über Proportionaldruck
25 55
2701475 schwarz 4 8 3,5 – 7,8 über Proportionaldruck
2701740 violett 4,5 8 7,0 – 14,0 über Proportionaldruck
2702245 grau 5,5 8 13,0 – 28,0 über Proportionaldruck

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An der Kulturhalle 7
D 65529 Waldems-Steinfischbach
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Fax. +49 6087 / 9888-29
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Stand 06/2009
Änderungen vorbehalten!
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