Villamos tervezés Eplan segítségével (önálló laboratóriumi beszámoló) Dani Bálint, T37JVK
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Villamosmérnöki és Informatikai Kar Villamosmérnök alapszak – Irányítórendszerek szakirány
Konzulensek: Dr. Kiss Bálint docens, tanszékvezető helyettes Irányítástechnika és Informatika Tanszék Antal Dániel Gamma Digital Kft.
Az ipari irányítástechnikában az egyik legfontosabb lépés az ipari infrastruktúra kialakítása. Még mielőtt leprogramoznánk egy PLC-t ki kell alakítanunk a szabályozáshoz, irányításhoz szükséges rendszert. Ezt akár meg is tehetnénk olyan programozói gondolkodásmóddal, hogy mindenhol érzékelő található, egy minimális és maximális szint között szabályozott a rendszer és csak figyelnünk kell a 0/1 váltásokat, de ennél többről van szó jelen esetben. Ahhoz, hogy jól működő, biztonságos rendszert kapjunk, már a tervezés során bele kell vennünk azokat az állapotokat, kompenzálásokat, védelmeket melyek megakadályozzák a későbbi váratlan meghibásodásokat, zavarokat. Ezért egy komplex szabályozási struktúra kialakítása, egészen a betáplálástól a ki és bemenő jelekig, nem egy egyszerű feladat. Ebben lehet segítségünkre az Eplan nevű program.
EPLAN Az önálló laboratóriumi gyakorlatom során az Eplan programmal sikerült megismerkednem és terveznem. Más tervezőprogramok is léteznek, melyekkel ugyanúgy megoldható lenne a tervezési feladat, de az ipari irányítástechnikában ezt használják a legtöbb helyen. Az Eplan lényege, hogy egyszerűen, sematikusan tudjunk tervrajzot megvalósítani, melyet akár későbbi használat vagy módosítás során is könnyen tudnak majd használni. Pozitívumok: Minden módosítást automatikusan elment: a program bekapcsolásától kezdve tárol minden állapotot és minden módosítás után menti a projektet. Vonalakat automatikusan húzza be: nekünk csak kereszteződéseket és kivezetéseket kell megadnunk Egyszerű kezelőfelület és rajzolás Egyszerű eszköztár használat, projekt importálás/exportálás Negatívumok: Egyszerre csak egy ember dolgozhat egy projekten: nincs csapatmunka Nincs működéstesztelés, összekapcsolás visszajelzés, csak szimpla tervrajz Raszterek méretének problémája: ha kis rasztert választunk, később nehezen tudunk alkalmazkodni
Miből is áll egy projekt? A válasz tervezőtől függően változik, de ha igényes és átlátható munkát szeretnénk kiadni a kezünkből, akkor körülbelül ezek szerint járunk el: 1. Fedőlap: Ezen az oldalon található a projekt legfontosabb adatai: kivitelező cég neve és adatai, a megrendelő cég neve és adatai, rajzszám és típusa, a projektvezető, a tervező és ellenőrző személy neve (a későbbi hivatkozásokhoz), elosztó hely, betáplálási hely, stb. Fontos, hogy később tudjanak hivatkozni erre, ha módosítást szeretnének végrehajtani (vagy reméljük nem, de meghibásodás esetén felelősöket keresni). 2. Tartalomjegyzék: A tervrajz oldalainak elnevezése esetleg rövid leírással és dátumos keltezéssel. 3. Szerkezetazonosító lista: Azon szerkezetek felsorolása melyek az épületen belül megvalósításra kerülnek. Lehet az szintenként más-más vezérlőszekrény, de jelölésük megegyezik a beépítési rajzban jelöltekkel. Emellett rövid szerkezetleírást is tartalmaz. 4. Alkatrészjegyzék: Az összes alkatrészt tartalmazza felsorolva darabszámmal, funkció szerinti megnevezéssel, típussal+védettséggel, gyártóval és cikkszámmal, valamint a tervrajzban található helyével. A gyárban lévő követelmények szerint kell kialakítani a megfelelő IP védettséget minden elektromos eszköz esetében. Ezek általában előre meg vannak adva szobánként vagy gyárterületként. IPXY Szilárd tárgyak elleni mechanikai védettség (X)
0: Nincs védelem 1: Nagyméretű szilárd tárgyak ellen védett (>50 mm) 2: Közepes méretű szilárd tárgyak ellen védett (>12 mm) 3: Kisméretű szilárd tárgyak ellen védett (>2,5 mm) 4: Apró méretű szilárd tárgyak ellen védett (>1 mm) 5: Por ellen védett (nem károsító mértékű behatolás megengedett) 6: Teljes mértékben védett por ellen
Víz elleni védettség (Y)
0: Nincs védelem 1: Függőlegesen cseppenő víz ellen védett (pl. kicsapódó víz) 2: Fröccsenő víz ellen védett (függőlegestől max. 15 fokban) 3: Fröccsenő víz ellen védett (függőlegestől max. 60 fokban) 4: Fröccsenő víz ellen védett minden irányból (nem károsító mértékű szivárgás megengedett)
5: Kisnyomású vízsugár ellen védett minden irányból (nem károsító mértékű szivárgás megengedett) 6: Erős vízsugár és vízbe merítés ellen védett (rövid ideig tartó merülés, nem károsító mértékű szivárgás megengedett) 7: Vízbe merülés ellen védett korlátozott ideig (0,15 – 1m között 30 percig) 8: Víz alatt folyamatosan használható a gyártó által megadott ideig (1m-nél mélyebben)
Ha nem az előírások szerint járunk el, akkor időközönként meghibásodást tapasztalhatunk, de legrosszabb esetben porrobbanás is felléphet! 5. Kábellista: A kábelek elnevezését, forrását és célját, a kábel típusát, vastagságát tartalmazza, valamint hogy az összes érből hány ér került használatra véglegesen. 6. Belső elrendezési vázlat: Egyes szekrényekben az alkatrészek konkrét elhelyezkedését mutatja meg, mely a beszerelő vagy módosító számára igen fontos és nélkülözhetetlen. A sok kábel, sorkapocs és alkatrész között könnyen el lehet veszni ezért törekednünk kell a könnyen átlátható elrendezésre. Minden eszközt, amit itt látunk, nyomon tudjuk követni az elkészült tervrajzunkban. Esetleg sorkapocs-léc lista, dugós csatlakozó lista és PLC kivezetés lista is szóba jöhet, de az Eplan tartalmazza ezen elemek listáját külön böngészőben az egyszerű hozzáférhetőséget megkönnyítve ezzel.
Irányító doboz(PLC panel)
7. Minden, ami más: Ezek a leglényegesebbek, amik a konkrét tervezés részei. Leggyakrabban hálózati tápellátással és szakaszos feszültségelosztással szoktak
kezdeni. A szétosztott feszültségszintek végigkísérhetőek a legtöbb lapon keresztül melyekből kirajzolódhat egy teljes áramút. a) Tápforrás, feszültségszint elosztás A vezetékek minden rácsatlakozási pontnál (ahol szétágazik) kismegszakítókkal és olvadóbiztosítókkal védeni kell az esetleges rövidzár, vagy meghibásodás ellen. A hirtelen fellépő nagy feszültségszintek komoly károkat okozhatnak a drága eszközökben. Kapcsolókkal is biztosítani kell a főbb leválasztó pontokat a kézi feszültségmentesítés miatt. Az olyan alkatrészek, mint a 3 fázisú motorok nem igényelik a feszültség átalakítást (400VAC vonali). Normál esetben transzformátorral 230VAC-t állítunk elő, de sok eszköz igényli a 24VDC-t, úgymint az érzékelő vagy vezérlő eszközök, ezért számukra biztosítani kell az egyenirányítóval történő átalakítást. A PLC-k típustól függően használhatnak ezt is, azt is.
Feszültségelosztás és túláram védelem
b) Motorindítások Motoros működésű eszközökhöz szükségeltetik egy motorvédő kapcsoló, amely lekapcsol, ha a kapcsain lévő feszültség nem halad meg egy minimum, vagy meghalad egy maximum értéket.(ezek általában beállíthatóak) Ezeket követik a motorindító mágneses kapcsolók melyeket a nagyáramú rendszerek kapcsolásához használnak. De még mielőtt a motorhoz érnénk, található egy
tokozott tiltókapcsoló is, amely megakadályozhatja a motorok bekapcsolását manuálisan vagy automatizáltan.
Motorindítások
c) Vezérlőegység Leggyakoribb esetben van egy panelunk, vagy akár ethernetes kapcsolatunk, ami közvetlen kapcsolatban áll a PLC-vel és így helyben lehetséges annak programozása, adatok leolvasása. Ez a kijelző általában a szekrény külső részén található. A PLC részeinek részletes leírása is megtalálható külön lapon a kártyák elrendezésével és funkcióival. Az ábrán jól látható a PLC betáplálása, CPUja, a digitális és analóg ki/bemeneti kártyái. Fontos, hogy az egyes vezérlőjelek és mérőjelek megfelelően le legyenek árnyékolva az azonos fázisú zavarjel elnyomás
PLC felépítése + BDA vezérlőpanel
1
hatékonyságának növelése szempontjából. Meg kell említenünk, hogy általában a PLC ki- és bemenetei galvanikusan le vannak választva a CPU-tól, de ha például egy SIEMENS LOGO24 processzorba szeretnénk bemeneti jeleket, akkor ott gondoskodnunk kell erről induktív, kapacitív vagy optikai csatolás segítségével.
d) Szenzorok, átalakítók, vezérlések Ezek az eszközök adják a tervrajz túlnyomó részét. A digitális bemeneteken a PLC-t informálja a rendszer az egyes állapotokról, leggyakrabban végálláskapcsolók, záró vagy nyitó segédérintkezők segítségével. Ha valami bekapcsol vagy kikapcsol, az meghúzatja a kapcsolót, így feszültségváltozás történik a PLC bemenetén (0->1, 1>0). A digitális kimeneteket relékhez, szelepekhez, vagy félvezető vezérlőeszközök szokás csatlakoztatni, hogy kapcsolókat, állapotokat változtassanak meg feszültségváltozás hatására. Az analóg bemenetek a mérésekhez szokás használni, ahol a szenzor jelét egy távadó átalakítja 0-10V, 020mA vagy 4-20mA-es analóg jellé és azt a PLC fogadni tudja. Az analóg kimeneteket beavatkozóként használjuk a szabályozások során. Fontos megemlítenünk a sorkapcsozásokat, melyek igen egyszerű dolgok, de viszont annál nagyobb jelentőségűk van. Rengeteg kábel található egy nagyobb szekrényben vagy elosztódobozban. Azok rendszerezése és bekötése nem egyszerű, ha már több száz egyforma színű vezeték található egymás mellett. Ezt könnyíti meg a sorkapcsokba való rendszerezés, hogy a szekrényben található összes ilyen vezetéket egy helyre kötjük és onnan kifele már a megszámozott kapcsokról szakaszosan, külön sorkapcsokban szétoszthatjuk a kábeleket. A különböző távolságok és elhelyezkedések miatt érdemes így Sorkapocsléc elhelyezkedés rendszerezni, mivel megkönnyítik a
hordozhatóságot is. Az X-szel jelölt sorkapocslécek külön számozással találhatóak meg mindenhol elhelyezkedésüktől és funkcióiktól függően. Az alattuk lévő kis szám megmondja, hogy melyik kivezetésbe kell elhelyezni a kábelt. A sorkapocslécek rendszerezése külön lapon fel van tüntetve (ábra). Minden alkatrész, nagyobb berendezés külön tervrajznévvel el van látva. Az első szám az eszköz első megjelenésének oldalszáma, a második az eszköz funkcióját (pl. B-> jelátalakító, H-> világító eszköz, K-> kapcsoló, Y-> szelep, stb.), a harmadik pedig normál esetben a tervrajz felső részében található számozott területeket jelentené, de az azonos típusú eszközök megkülönböztetésére is szolgálhat egy lapon belül.
Túlfeszültség elleni védelem A túlfeszültség elleni védelemre a távközlés, adat tárolás, mérés és tápellátás során van szükségünk. Ehhez megfelelő védelmi eszközöket kell biztosítanunk annak érdekében, hogy ne sérüljön meg a rendszer, ne vesszen vagy rongálódjon meg az adat, amivel dolgozunk. Használatosak ilyen esetekben a gáztöltésű csövek, varisztorok vagy szupresszordiódák. A gáztöltésű csövek (szikraközök) nagy frekvencián is varisztoros védőeszköz használhatóak, nagy szigetelési ellenállásúak, nagy áramok levezetésére képes, de önmagában nem használható védelemre (gyújtó elektróda szükséges) és a levezetőn megjelenő utánfolyó áram problémát okozhat. A lényege, hogy egy névleges feszültség szintet elérve begyújt és elvezeti az áramot. Átlagosan 100ms alatt 10kA levezetésére képes, de ez az érték megnövelhető. A varisztor gyors, utánfolyó áram nélküli eszköz, viszont szivárgó áram van jelen (energia veszt.) a névleges feszültség környékén. A varisztor lapkái a névleges feszültség alatt szigetelőként viselkednek, felette vezetőként. Önmagában használható védelemként, kevesebb, mint 25ns alatt átlagosan 2kA-t vezet el. Szupresszordióda a leggyorsabb működésű, viszont a legkisebb áramot elvezető eszköz, melynél nincs utánfolyó áram, viszont szivárgási áram itt is előfordul. Az alacsony védelmi szintű eszközökhöz
használják leginkább, de viszont önálló védelemként ez sem használható.
Szabványos jelölések Az EPLAN Electric P8 számos nemzetközi szabványformátumot támogat, mint például az végálláskapcsolók egyes jelölései IEC 61346, JIC, NFPA vagy az orosz GOST. Fontos megemlíteni a szabványos jelöléseket mivel minden mérnök más-más jelöléseket szeret/szokott gyakran használni. Legtöbb esetben ezen eszközök felismerhetőek a hasonlóság miatt, de a biztonság kedvéért mindig érdemes hivatkozni a funkciójukra Szekrény előlap szövegesen is (régi tervrajzok). A szekrény külsején a kijelző mellett található a főkapcsoló, a nyomógombok és a jelzőfények, melyek a tervrajzban is fel vannak tüntetve szabványos jelöléssekkel. Az itt látható képen például a 2-es számú jelölés egy jelzőfénnyel ellátott nyomógomb, a 3-as egy ki-bekapcsolható gomb, a 8-as szimplán egy jelzőfény, a 11-es egy szabad célra felhasználható rész (a szabvány szerint kikapcsoló gomb kellene, hogy legyen), a 12-es pedig a vészleállító gomb.
Elvégzett munka 1. Irodalomkutatás egy automata targonca védőszenzor megvalósításáról Gyűjtenem kellett ultrahangos, lézeres, valamint optikai mérőeszközökről adatokat, termékeket, hazai eladókat, megvalósításokat, előnyöket, hátrányokat, stb. A cél egy olyan megvalósítás volt, ahol a targonca érzékelője nem csak a mögötte lévő területet, hanem a raklappal megrakott elülső részt is pásztázza. Azt javasoltam, amit egy videólinkben el is küldtem nekik. (http://www.youtube.com/watch?v=wXf2w-LArNA) Legyen egy mozgatható teleszkópos szenzortartó a targonca tetején mely az előtte (villarész), esetleg mögötte lévő területet figyeli, és ha érzékel egy oda nem illő tárgyat, akkor
megáll, ha alacsony a boltozat, akkor behúzza a szenzort és működés közben hangjelzést biztosít (például abban az esetben, ha be kell húznia). A végső döntésről tudomásom nincs, de a visszajelzés pozitív volt. 2. Gyógyszergyári bevonós eszköz villamos tervrajzának bemásolása Eplan programba, majd szerkesztése. Egyik kollégámmal azt a feladatot kaptuk, hogy egy 73 oldalas régebben egy másik programmal megvalósított nyomtatott tervrajzot másoljunk be a
Mérleg (betáplálás, kommunikáció, szabályzás)
későbbi szerkesztés céljából. Így sikerült kellő tapasztalatot szereznünk ahhoz, hogy gördülékenyen tudjuk használni a programot, megismertük a szimbólumokat és program pozitív és negatív tulajdonságait. Eleinte problémák voltak a tervrajzban meglévő eszközök, kivezetések, bonyolultabb ábrák jelölésével és megvalósításával. (nem volt olyan eszköz, a leírás alapján se jöttünk rá milyen lehet, nem tudtuk, hogy megrajzoljuk-e vagy van-e más kinézetű szimbólum hozzá, stb.) Ezen kívül még új PLC ki/bemeneteket is kellett betenni a régi mellé, mivel úgy cserélik ki majd a régi eszközt egy újra, hogy a rendszer nem állhat le közben. Új elemek kerültek be és a régiek közül is párat ki kellett cserélni és ethernet kommunikációs kapcsolatot is ki kellett alakítani.
3. Gyógyszertári mosó eszköz villamos tervrajzának bemásolása Eplan programba, majd szerkesztése. Ez csak 21 oldalas, az előző projekthez kapcsolódó berendezéssel kommunikációs kapcsolatban lévő vezérlőrész. Miután sikerült bevinni Eplanba a tervrajzot módosítottuk azt az előírtaknak megfelelően. Új PLC ki/bemeneteket kellett bekötni és relés átkapcsolást kialakítani a két PLC egyes kimenetei között.
PLC rajz tápforrással és digitális bemenetekkel
Ez idő alatt egy ipari irányítástechnikai innovációs előadáson vettem részt, ahol bemutatót tartottak olyan fajta eszközökről, melyekkel terveztünk.
Voltak időszakok, amikor ritkábban találkoztunk sajnos, mivel a konzulensemnek sok feladata volt, de nem hibáztatom emiatt, mivel így is a munkája mellett tudott velünk foglalkozni és remélem tudtunk neki segíteni. Sokat tanultam arról, hogyan is működik egy ilyen projekt lebonyolítása. Van egy megrendelő cég és sok kivitelező. Benyújtja mindenki a pályázati anyagát, amely elbírálásra kerül és mire döntés születik, addigra a határidő hamarosan lejár. Általában árajánlattal együtt kell szolgáltatni a tervezetet, és ha lehet több költségvetési megoldást is célszerű javasolni. Ezért nagyon össze kell
Relé tekercseinek meghúzatása kapcsolóval
Relés kapcsolók
dolgoznia a hardveres és szoftveres csoportnak, hogy jól működő rendszert építsenek ki a lehető leggyorsabban. Először megtervezik és kialakítják a berendezést a benti műhelyben, később megírják hozzá a programot és a felhasználói felületet (ha PLC-s, de általában az) és végül üzembe helyezik és tesztelik. Az olyan praktikák elsajátítása, amely megkönnyíti és felgyorsítja a munkát (mert a mérnöki munkaerő drága) csak szakmai tapasztalat során érhető el. A tervezés során, ha az ember rájön arra, hogy sok olyan összekapcsolás, eszköz vagy kialakítás van, ami már más tervrajzban is megjelent nem is egyszer, akkor egyszerűen át lehet másolni és átnevezni a részeit, megtakarítva ezzel sok időt. Ehhez lehet készíteni akár sablon elemeket úgy, mint 3 fázisú motorindító elrendezés, egyszerű 2 állapotú végálláskapcsolós PLC bemenet, vagy relés PLC kimenet, de könnyen megnyitható egyszerre sok régebbi projekt is, hogy válogassunk a sablonok közül. Arra kell ügyelni viszont, hogy a másolás során ne maradjon ugyanaz az alkatrész elnevezése, mert az később komoly problémákat okozhat a bekötés során. Ezek voltak a megszerzett tapasztalataim ezalatt a pár hét alatt, és remélem, hogy többet sikerül majd megtudom, és mélyebb betekintést tudok majd nyerni egy ilyen irányítódoboz belsejébe, esetleg programozásába a nyáron itt töltött szakmai gyakorlatom folyamán.
4…20mA-es nyomás mérés + hőmérséklet PT100-as hőmérővel
Irodalom: Moeller Zsebkönyv Automatizálás és energiaelosztás 4. korrigált kiadás 2005, szerkesztés lezárása 05/02
