Kravspesifikasjon - Institutt for teknisk kybernetikk

Institutt for teknisk kybernetikk
Fakultet for informasjonsteknikk, matematikk og elektronikk
TTK4175 Instrumenteringssystemer
Prosjektoppgave
KRAVSPESIFIKASJON
Revisjon 2.1
Beskrivelse av prosjekteringsoppgave: Oppgaven består i å organisere og utføre et konkret
prosjekt, instrumentering og automatisering av deler av et anlegg for produksjon av løsleca.
Målet med oppgaven er å gi et innblikk i en aktuell arbeidssituasjon, hvilke problemer som
oppstår, hvilke løsningsmetoder som er brukbare, og behovet for skikkelige rutiner og
organisering av arbeidet. Studentene skal selv stå for organiseringen av prosjektet, innføre krav
til dokumentasjon, rapporteringsrutiner, føring av timelister mm.
Løsingen skal dokumenteres slik kjøperen ønsker. Mot slutten av semesteret skal det ferdige
anlegget “overleveres” til kjøper (faglærer m.fl.). Dette gjøres i form av en demonstrasjon for
kjøper, en dokumentsamling og en presentasjon i plenum for de andre. Faglærer fungerer også
som kjøper. All kommunikasjon med kjøper skal bekreftes skriftlige. Dette er en viktig del av
kvalitetssikringen, slik at det alltid kan spores tilbake hva kjøper/selger er blitt enige om, og hva
dere har gjort av aksjoner for å få det til.
Da deler av pensum som ikke er gjennomgått trengs i oppgaven, vil de som får enkelte av
deloppgavene måtte sette seg inn i denne delen av pensum uten forelesning på forhånd.
Den prosessen som skal automatiseres, er elteriet ved Norsk Leca's anlegg i Rælingen. Denne
fabrikken ble automatisert i 1988, Simrad Albatross var leverandør, og Ekonor (tidligere
Borregaard Engineering) sto for engineeringen.
Beskrivelse av elteriet ved Leca: (Se prosessflytskjema for detaljer og henvisninger) Leire fra
et mellomlager fylles i kassemateren med showel. I kassemateren er det en transporter i bunnen,
som presser leira mot en haspel. Haspelen består av en aksling med kniver som kutter leira i små
biter. Et stort problem med haspelen er at stein i leira kan føre til at haspelen stopper på grunn
av steiner som setter seg fast. Haspelen er derfor utstyrt med en pulsgiver som gir en puls pr.
omdreining. Uteblir pulsene, skal haspelen stoppes. Omdreiningshastigheten på haspelen er 12
omdr./min. For å restarte haspelen er det derfor montert en lokal trykknapp ved haspelen. Ved
normal drift, går det ca 21 tonn leire pr. time gjennom elteriet. Fra haspelen går leira ned på et
transportbånd, der leira veies. Vektsignalet (WT1210) brukes til å regulere hastigheten av
transportøren i bunnen av kassemateren, for å gi jevn flyt av leire inn i ovnen. Fra veiebåndet,
går leira ned i øvre elte. Her knas leira ved hjelp av to horisontale aksler med kniver på.
Uttynnet sulfittlut tilsettes sammen med vann. Det tilsettes normalt 7 liter sulfittlut pr. tonn leire,
der 45 % av totalt vannforbruk går med til uttynning av sulfittluten og 55 % av totalt
02/02/10 1 av 7

Institutt for teknisk kybernetikk
Fakultet for informasjonsteknikk, matematikk og elektronikk
vannforbruk til vanning av elteriene. Fordelingen av vann langs elteriet skjer med manuelle
innstilling av ventiler. Totalt vannforbruk er ca 2 liter pr. tonn leire.
Fra øvre elte, går leira ned i nedre elte. Her tilsettes det mer vann, ca 20 % av totalforbruket. Fra
nedre elte, går leira over et langt transportbånd til et bånd som stikker inn i enden av
tørkeovnen. Da temperaturen i tørkeovnen er 200-250 °C, må dette båndet gå uansett. Hvis det
stopper, må det trekkes ut av ovnen manuelt, ellers smelter gummien. Her er en egen
hastighetsvakt (SS1217) montert for å overvåke at båndet går.
Hvis noe i transportlinja stopper, må alt oppstrøms (tilførsel) stoppes, slik at en unngår
oversvømmelser av leire. Tilsvarende må bånd og elter startes i sekvens fra ovnen og mot
kassemateren. På grunn av varmebalansen i ovnen, er det ønskelig at en etter en stopp i elteriet,
tilfører mer leire til ovnen, slik at midlere tilført masse holdes konstant.
Blanding av sulfittlut og vann skjer i blandekaret, og holdes homogen i et kar under omrøring.
Sulfittluta er blandet slik at 45 % av vannet går med til de 7 literne med sulfittlut. Mengde
sulfittlut styres med pumpekapasiteten (HIC1200). Hvis pumpa blir stående mer enn ca 1 time,
må ledninger og pumpe spyles med vann i ca. 10 minutter (åpne HS1202), for å unngå
tilstopping i rør osv. Vannforbruket måles med et turbinmeter (FT1205) som gir ti pulser for
hver liter vann. Lagertanken for sulfittlut overvåkes, det gis alarm ved for lavt nivå (50 cm) og
for lav temperatur (50 °C).
Definisjoner
Operatørpanel Skjermbilde i kontrollsystemet
Manøverpanel Tavle/bryter ute i prosessen
Ekstern modus Modul styres eksternt (ikke fra seg selv), overkjører internt
styringssignal.
Eksempel: modulen styres av en annen modul i
kontrollsystemet.
Intern modus Modul styres internt (fra modulen selv), overkjører eksternt
styringssignal.
Eksempel 1: referanse til PID modul settes direkte i modulen i
operatørpanel (for eksempel via parameterside).
Eksempel 2: motor styres i fra manøverpanel (direkte eller via
kontrollsystemet).
Auto modus Moduler kontrollerer seg selv (automatisk kontroll)
Manuel modus Manuell start og stopp av systemet (intern modus)
Gruppestart modus Automatisk start av systemet (ekstern og auto modus)
Gruppestopp modus Automatisk stopp av systemet (ekstern og auto modus)
Gruppen Haspel, elteri og alle transportbånd
I definisjonen for Intern modus kan det kanskje virke som om modulen i eksempel 2 burde være
i Ekstern, siden det ser ut som modulen ikke styrer seg selv. Poenget her er at manøverpanelet
02/02/10 2 av 7

Institutt for teknisk kybernetikk
Fakultet for informasjonsteknikk, matematikk og elektronikk
betraktes i denne sammenhengen som en del av modulen. Rent praktisk betyr dette at det er to
kontrollinputer til modulen, en ekstern input (kaskade) og en intern input fra manøverpanelet.
Funksjonsbeskrivelse for system moduser
Gruppestart modus: Når systemet settes i gruppestart modus, skal systemet starte leca prosessen
automatisk i henhold til de krav som er satt for start sekvenser.
Gruppestopp modus: Når systemet settes i gruppestopp modus, skal systemet stoppe leca
prosessen automatisk i henhold til de krav som er satt for stopp sekvenser.
Manuell modus: Når systemet settes i manuell modus, skal moduler kunne startes og stoppes
manuelt i henhold til de krav som er satt for start og stopp sekvenser.
Funksjonsbeskrivelse for start/stopp sekvenser av enkeltkomponenter
I de neste avsnitt beskrives ønsket funksjonalitet til enkeltkomponenter ved start og stopp av
anlegget.
Overordnet krav til start/stopp av systemet: Ved start og stopp skal systemet styres slik at det
ikke oppstår overfylling av masse på noe sted i transportkjeden slik at potensielt farlige
situasjoner unngås. Dette gjelder for alle moduser.
HS1216 Transportbånd inn i ovn: (Røkkammerbånd). Dette båndet mater leire inn i ovnen.
Båndet skal kunne startes og stoppes manuelt i manuell modus, og automatisk i gruppestart
modus. Båndet skal kun være mulig å stoppe manuelt i manuell modus. Ved manglende signal
fra hastighetsvakt SA1217 skal motoren stoppes automatisk. Dersom båndet stopper på grunn av
manglende signal fra hastighetsvakt skal det gis alarm til operatøren.
HS1215 Transportbånd fra elteriet: Båndet transporterer leire fra elteriet og opp til tørkeovnen.
Båndet skal kunne startes og stoppes manuelt i manuell modus, samt startes automatisk i
gruppestart modus og stoppes automatisk i gruppestopp modus. I gruppestart modus skal ikke
båndet kunne startes før røkkammerbåndet HS1216 har startet.
HS1211 Øvre eltemotor 1: Denne motor skal kunne startes og stoppes manuelt i manuell modus,
samt startes automatisk i gruppestart modus og stoppes automatisk i gruppestopp modus. I
gruppestart modus skal ikke øvre eltemotor 1 kunne startes uten at nedre elte HS1214 og
HS1213 er i drift. Effekten tilført øvre eltemotor 1 måles via målekretsen EI1225 og ET1225.
Denne verdien skal vises som en trend med tidshorisont 2 timer.
HS1212 Øvre eltemotor 2: Denne motor skal kunne startes og stoppes manuelt i manuell modus,
samt startes automatisk i gruppestart modus og stoppes automatisk i gruppestopp modus. I
gruppestart modus skal ikke øvre eltemotor 2 kunne startes uten at nedre elte HS1214 og
HS1213 er i drift. Effekten tilført øvre eltemotor 2 måles via målekretsen EI1226 og ET1226.
Denne verdien skal vises som en trend med tidshorisont 2 timer.
HS 1213 Nedre eltemotor 1: Denne motor skal kunne startes og stoppes i manuell modus, samt
startes automatisk i gruppestart modus og stoppes automatisk i gruppestopp modus. I
gruppestart modus skal ikke nedre eltemotor 1 kunne startes uten at transport båndet HS1215 er
i drift. Effekten tilført nedre eltemotor 1 måles via målekretsen EI1227 og ET1227. Denne
02/02/10 3 av 7

Institutt for teknisk kybernetikk
Fakultet for informasjonsteknikk, matematikk og elektronikk
verdien skal vises som en trend med tidshorisont 2 timer. Det er også ønskelig å vise en trend
for kg leire/kWh.
HS1214 Nedre eltemotor 2: Denne motor skal kunne startes og stoppes i manuell modus, samt
startes automatisk i gruppestart modus og stoppes automatisk i gruppestopp modus. I
gruppestart modus skal ikke nedre eltemotor 2 kunne startes uten at transportbåndet HS1215 er i
drift. Effekten tilført nedre eltemotor 2 måles via målekretsen EI1228 og ET1228, denne verdien
skal vises som en trend med tidshorisont 2 timer. Det er også ønskelig å vise en trend for kg
leire/kWh.
HS1209A og HS1209B Transport bånd. (veiebånd): Dette båndet transporterer leire fra
kassemateren til øvre elte. Båndet er utstyrt med båndvekt for registrering av leirmengde.
HS1209A representerer normal driftsretning for båndet. HS1209A skal kunne startes og stoppes
i manuell modus, samt startes automatisk i gruppestart modus og stoppes automatisk i
gruppestopp modus. I gruppestart modus skal transportbåndet ikke kunne starte uten at øvre
eltemotorer HS1211 og HS1212 er i drift. HS1209B representerer motsatt retning av normal
driftsretning og skal bare kunne opereres i manuell modus. HS1209B startes og stoppes fra et
lokalt manøverpanel.
HS1207 Haspel: Haspelen startes automatisk i gruppestart modus og stoppes automatisk i
gruppestopp modus. Dersom hastighetsvakten SS1218 slår ut skal haspelen stoppe automatisk.
Dette skal gjelde uansett systemmodus. I gruppestart modus skal ikke haspelen kunne startes
uten at transportbåndet HS1209A er i drift. I manuell modus skal haspelen kunne startes og
stoppes med en impuls knapp.
Impuls knapp for haspel: Ved stopp av haspelen på grunn av SS1218, skal gjenstart av haspelen
kunne gjøres fra en impuls knapp på et lokalt manøverpanel. Denne knappen skal også kunne
gjenstarte hele gruppen dersom gruppen er stoppet på grunn av utløpstid for stopp i
kassemateren. Knappen er utstyrt med en signallampe som skal lyse fast når haspelen er i drift,
og blinke ved stopp på grunn SS1218. Videre skal knappen skal ha en bistabil funksjon slik at
den kan både starte og stoppe haspelen. Ved stopp av haspelen på grunn av SS1218 skal en
roterende varsellampe aktiviseres. Lampen stoppes ved gjenstart av systemet. Samtidig som
systemet startes skal det gis et pulserende signal med varselklokken vedvarende i 4 sekunder.
HS1208 Kassematerbånd: Denne motoren er hastighetsstyrt med en frekvensomformer.
Hastigheten på dette båndet bestemmer mengde for leire som tilføres prosessen.
Kassematerbåndet startes automatisk i gruppestart modus og stoppes automatisk i gruppestopp
modus. Kassematerbåndet skal ikke kunne startes uten at haspelen HS1207 er i drift. I
gruppestart modus hentes referansen til frekvensomformeren fra WIC1210 (vekt regulatoren)
Når systemet ikke er i gruppestart modus skal det brukes en fast verdi som referanse til
frekvensomformeren. Denne verdien settes til 0 når motoren er stoppet. Av hensyn til
frekvensomformeren skal det være en sperre for start av motoren i minimum 10 sekunder etter
stopp. Når vekten WT1210 er operativ skal forholdet mellom pådrag og måling registreres.
Dersom dette forholdet over tid overstiger en gitt grense skal det gies alarm til operatøren.
HS1204 / HSV1204: I gruppestart modus skal denne ventilen være åpen så lenge eltene er i drift.
HS1206 / HSV1206: Denne ventilen styres manuelt fra operatørstasjon.
02/02/10 4 av 7

Institutt for teknisk kybernetikk
Fakultet for informasjonsteknikk, matematikk og elektronikk
HS1203 / HSV1203: Denne ventilen skal være åpen når HS1202 / HSV1202 er stengt og sulfitt
pumpen HS1200 er i drift.
HS1201 Rørverk sulfitt: Når pumpen er i drift skal rørverket også være i drift. Rørverket skal gå
i 5 minutter etter at pumpen har stoppet.
HIC1200 / GT1200 Dosering sulfitt: Denne skal være styrt fra leirvekten etter et konstant
forhold slik at:
HIC1200 = WT1210 * K
hvor K er en proporsjonal konstant. HIC1200 styres av to digitale signaler, et for økning av
pumpens slagvolum og et for redusering av pumpens slagvolum. Slagvolumet avleses på
GT1200.
HS1200 Sulfittlut pumpe: I gruppestart modus startes denne pumpen automatisk når øvre elte
starter. Ved stopp av elteriet skal pumpen stoppe etter 1 min. Dersom stoppen varer i mer en 10
minutter skal pumpen startes igjen samtidig som ventil HS1202 åpnes og HIC1200 går til 100 %
for spyling av anlegget. Spylesekvensen skal vare i 10 min. I gruppestopp modus skal systemet
gå direkte til spylesekvensen.
HIC1223 / HSV1223 Uttynning av sulfittlut: Denne ventilen skal styres etter følgende funksjon
når systemet er i gruppestart modus:
HIC1223 = a * HIC1200 + b = a * K * WT1210 + b
Ellers skal denne være stengt. Parameteren a og b skal kunne bestemmes av operatør, der
dosering av sulfittlut HIC1200 er referansen til vannmengdereguleringssløyfen for utvanning av
sulfittluten.
HIC1224 Vann til elteriet: Denne ventilen styres manuelt i manuell modus og
automatisk i gruppestart modus. I gruppestart modus skal referansen være gitt av
følgende funksjon:
HIC1224 = a * WT1210 + b
Parameteren a og b skal kunne bestemmes av operatør, der leirvekten WT1210 er referansen for
vannmengdereguleringssløyfen. Dersom ventilen HS1204 er stengt skal reguleringen
suspenderes. Signalet til ventilen skal da holdes konstant.
FQ1205 / FI1205 Vannmengde til elte: FI1205 skal trendes med 2 timers tidshorisont. Verdien
til telleverket for vannmengde FQ1205 skal kunne nullstilles av operatør.
WT1210 / WIC1210 Leirvekt: Mengdereguleringen for leiren skal være operativ kun når elteriet
er i gruppestart modus. Ved stopp på grunn av SS1218 skal det være et system som automatisk
øker referansen slik at den tapte leirmengde under stopp utlignes. Maksimal heving av
referansen er 10 % av referanseverdi for leirmengdereguleringssystemet. Det skal ikke
registreres mer tapt masse en at det kan utlignes over 1,5 timers normal drift. Ved stopp av
veiebånd skal reguleringen suspenderes, mens utgangen fra regulatoren holdes konstant.
Referansen for regulatoren settes av operatøren.
02/02/10 5 av 7

Institutt for teknisk kybernetikk
Fakultet for informasjonsteknikk, matematikk og elektronikk
Varsling/Alarmering: Ved oppstart av elteriet skal det gies et kontinuerlig varsling med
varselklokke i 10 sek. før transportørene startes. Ved gjenstart av haspel og kassematerbånd er
det ikke nødvendig å gi varsling. I manuell modus skal det varsles dersom eltene eller
transportbåndene startes. Unntatt her er transportbånd tilknyttet HS1216. Varsel skal gis for hver
individuelle start. Feilmeldinger, operatøraksjoner og alarmer skal kunne vises i egnede lister.
Simulator: Det skal implementeres en enkel simulering av motorer, vekter etc. med
statussignaler etc. tilbake til styreprogrammene, slik at responsen sett fra systemet blir som om
prosessen kobles til et virkelig anlegg. Denne simulatoren skal for eksempel gjøre det mulig å se
effekten av at en motor stopper pga. utløsning av termisk vern.
Visning av verdier med PI: Kunden ønsker å kunne vise noen utvalgte prosessverdier på
internett. Det ligger en link til “kravspesifikasjon PI” på hjemmesiden som beskriver hvordan
dette skal gjøres.
02/02/10 6 av 7

Institutt for teknisk kybernetikk
Fakultet for informasjonsteknikk, matematikk og elektronikk
Arbeidsoppgaver: Gruppene må selv organisere seg og dele oppgavene seg i mellom. Et
utgangspunkt for organiseringen kan være følgende arbeidsoppgaver:
• Prosjektledelse: Organisering, planlegging, ressursbruk, ukentlige timelister,
kostnader, milepæler, framdriftsplan/rapportering, kontakt mot kunde
• Koordinering av deloppgavene
• Planlegging av implementering
• Tegning av prosessbilde
• Fargevalg og -skifting ved aktiv, passiv og startende etc.
• Konfigurering av prosess simulator/tilbakemelding
• Design av logikk for transportbånd, gruppe start/stopp.
• Design av logikk og skjermbilder for sulfitt/vann dosering
• Testing/verifisering
• Dokumentasjon av skjermbilder, operasjon, program i følge IEC 1131
• Kvalitetssikring, utarbeidelse av en kvalitetsplan i følge ISO 9000, oppfølging
Arbeidet skal organiseres og drives av studentene, med personer fra instituttet som veiledere
(und.ass., vit.ass. og faglærer). Det skal holdes jevnlige møter med oppdragsgiver for å vise
planlegging og framdrift i prosjektet. Resultatet skal godkjennes av kunde i en FAT (Factory
Accseptance Test), og resultatet presenteres (se forelesningsplan).
Det er svært viktig a sjekke hva systemene har innebygget av ferdige funksjoner før en setter i
gang å konfigurere. Både AIM og ABB har f. eks. ferdige moduler som kan brukes til
motorstart. I starten av prosjektet inngås det en "kontrakt" mellom gruppene og kunde, der
omfanget av løsningen avgjøres. Dere har i utgangspunktet tilgjengelig et antall timer (fast pris).
Hvor stor del av oppgaven som løses er derfor et mål for hvilken gruppe som gir den beste
løsningen. Jeg prioriterer i første omgang start/stopp, gruppe start/stopp av transportbåndene.
Prosjektledelsen vil få mye å gjøre i starten av prosjektet, mens de andre får mer i slutten. Husk
at faget har 4 timer øving, så i hvert fall 32 timer pr. student skal brukes på
prosjekteringsoppgaven. Et vellykket resultat er avhengig av at alle gjør sin del av oppgaven.
02/02/10 7 av 7