Sistem de Control al Instalatiilor de la Casa Vanelor

Cuprins

Capitolul 1: Introducere

1.1 Descrierea amenajării

Capitolul 2: Obiectivele și specificația proiectului

2.1 Descrierea instalației de la Casa Vanelor

2.2 Domeniul de utilizare

2.3 Descrierea instalației de la Casa Vanelor

Capitolul 3: Studiu bibliografic

3.1 Familia automatelor programabile Siemens: Date generale

3.2 Familia automatelor din familia SIMATIC S7

3.2.1 Simatic S7-200

3.2.2 SIMATIC S7-1200

3.3 Interfețe Om-mașină (HMI)

Capitolul 4: Analiza și proiectarea

4.1 Arhitectura hardware

4.1.1 Subsisteme camera de comanda centrala

4.1.2 Subsisteme casa vanelor

4.2 Componența sistemului pentru casa vanelor

4.2.1 Camera de comandă centrală

Capitolul 5: Implementarea

5.1 Sistemul automat de la Casa Vanelor

5.1.1 Funcțiile sistemului

5.1.2 Arhitectura sistemului de la Casa Vanelor

5.1.3 Dulapul comanda VL (D2) / VR (D5)

5.1.4 Dulap comandă manuală și sursă alimentare D2(vana de lucru) și D4 (vana de revizie)

5.1.5 Relee pentru comanda și acționarea pompelor și electroventil în regim manual

5.1.6 Chei și butoane de comandă (amplasate pe ușa dulapurilor D2 și D4

5.1.7 Senzori de urmărire poziție vane

5.1.8 Dulapul de comandă electroventil și pompe vane

5.1.9 Instalația de anclanșare automată a rezervei (AAR)

5.1.10 Instalația de comanda AAR

5.1.11 Senzorii de măsură

5.2 Descrierea programelor de urmărire a sistemelor automate de măsură și control de la CHE Mărișel

5.2.1 Generalități

5.2.2 Descrierea interfeței utilizator pentru instalațiile de la Casa Vanelor

5.3 Sistemul de control automat de la Casa Vanelor

5.3.1 Semnificația semnalelor de comanda

5.3.2 Semnificația Ieșirilor pentru Vana de lucru

5.3.3 Semnificația ieșirilor pentru vana de revizie

5.3.4 Semnificația intrărilor în automatul programabil pentru vana de lucru

5.3.5 Semnificația intrărilor în automatul programabil pentru vana de revizie :

5.4 Regimurile de funcționare

5.4.1 Regimul de lucru automat

5.4.2 Regimul de lucru manual

5.4.3 Metode de deschidere a vanelor de la Casa Vanelor

5.5 .Sisteme de protecție

5.5.1 Anclanșarea automata a rezervei (AAR)

5.5.2 Sursa de alimentare 24Vcc

5.5.3 Sursa de alimentare UPS

Capitolul 6: Testare și validare

6.1 Testare

6.1.1 Montajul de testare

6.1.2 Senzor poziție unghiulară

6.1.3 Convertor analog numeric

6.1.4 PLC (automatul programabil)

6.1.5 Soft starter si motor:

6.2 Validare

Capitolul 7: Concluzii

Bibliografie

Acronime

Anexă

Capitolul 1: Introducere

Scopul principal pentru care a fost aleasa aceasta tema este implementarea unui sistem de control a instalațiilor de Casa Vanelor de la centrala hidroelectrica din localitatea Mărișelu, județul Cluj. Tema a fost aleasa datorita importanței economice dar și strategice a centralei electrice dar și a amenajărilor de pe cursul râului Someș din județul Cluj. Lacul de acumulare Fântânele împreuna cu barajul Fântânele deservesc ca sursa de alimentare pentru centrala de la Mărișelu. Instalațiile de la Casa Vanelor fiind o componenta de o înalta importanta pentru întreg complexul format din lac de acumulare, baraj și centrala. La componentele enumerate din cadrul amenajării mai poate fi amintite și castelul de echilibru care se afla intre barajul de la Fântânele și centrala electrică de la Mărișelu.

Centrala hidroenergetica de la Mărișelu este una din cele 8 amenajări hidroenergetice din bazinul râului Someșul Mic și este situata la cea mai mare înălțime fata de nivelul marii, ceea ce ii asigura un rol vital în lanțul de amenajări hidroenergetice de pe râul Someșul Mic. Centrala electrica de la Mărișelu este o centrala hidroelectrica de tip subteran și se afla la o distanta de 300 m amonte de confluenta râului Someșul Cald cu pârâul Leșu, dar și la o distanta de 8,7 km fata de barajul de la Fântânele, de unde se face alimentarea cu apă pentru producerea energiei electrice. Apa folosita pentru angrenarea turbinelor este evacuata în lacul Tarnița care v-a fi din noua folosita pentru generarea de energie electrica dar și alimentarea cu apă potabila a populației care cel mai mare consumator poate fi considerat municipiul Cluj-Napoca.

În cadrul lucrării v-a fi prezentat o descriere a amenajării de la CHE Mărișelu, automatele Siemens, sistemul de măsura, sistemul de comanda a vanelor fluture, vanei de lucru și a vanei de revizie. Rolul acestei lucrări va fi de a prezenta scopul instalațiilor de la Casa Vanelor pentru tot angrenajul de la CHE Mărișelu, cel de a proteja de la inundarea centralei electrice în caz de avarie sau de fenomene apărute pe conducta forțată care ar putea pune în pericol centrala electrică cu toate instalațiile ei, dar și viața oamenilor care le operează.

1.1 Descrierea amenajării

Râul Someș este rezultatul unirii râurilor Someșul Mare și Someșul Mic în zona localității Dej, din județul Cluj. Râul Someșul Mic este compus din doua râuri, Someșul Cald și Someșul Rece, unirea celor doua râuri care formează râul Someșul Mic se realizează în zona comunei în raza localității Someșu Rece care face parte din comuna Gilău, în județul Cluj.

Din cauza inundațiilor frecvente produse în bazinul Someșului Mic, din cauza lipsei acute de energie electrica din zona județului Cluj, din dorința de a se regulariza râul și mai târziu din lipsa de apa potabila a municipiului Cluj-Napoca și localitățile învecinate s-a luat decizia de a se începe construcția în anul 1970 a complexelor hidroenergetice din bazinul Someșul Mic.

Proiectul cuprindea o serie de baraje în cascadă care încep de la barajul de la Fântânele pana în municipiul Cluj-Napoca. Fiecărui baraj i-au fost atașate câte o centrala hidroelectrică cu valori diferite ale grupurilor iar pe lângă alimentarea grupurilor cu apă din lacul de acumulare au mai fost adăugate captări, care pot fi menționate. La CHE Mărișelu i-au fost adăugate un număr de 8 captări împreună cu barajul de la Fântânele. Construcția complexelor a fost realizata dinspre amonte spre aval cu după cum urmează: primul baraj construit a fost cel de la Fântânele urmat de barajul de la Tarnița ca în final ultimul baraj cu hidrocentrala lui a fost complexul de la intrarea în municipiul Cluj-Napoca. Conform datelor și dorințelor de la Hidroelectrica acest sistem de complexe nu este terminat, dorindu-se ca pe viitor sa se realizeze un lac de acumulare împreuna cu o centrala hidroelectrica pe raza comunei Gilău, în dreptul localității Lăpuștești, pe râul Râșca.

Figura 1.1 Acumulările, aducțiunile și centralele hidroelectrice din bazinul Someșului mic

Tabel 1.1 Puterea instalata a grupurilor de pe Someșul Mic și afluenții săi

Capitolul 2: Obiectivele și specificația proiectului

2.1 Descrierea instalației de la Casa Vanelor

Instalația de comanda / acționare a vanelor fluture de la Casa Vanelor este situată deasupra CHE Mărișel, fiind parte componentă a sistemului de alimentare a turbinelor. Centrala este amplasată subteran, accesul în interiorul centralei dar și la instalație este posibil print-o galerie lunga de circa 110 metri. Apa necesara pentru alimentarea grupurilor care asigură producerea energiei electrice provine de la acumularea Fântânele de la o distantă aproximativă de 9 km. La racordul centralei cu conducta de aducțiune exista doua vane de tip fluture cu diametrul de 3200 mm având rolul de a permite prin închiderea lor, fără a se goli aducțiunea, efectuarea lucrărilor de întreținere, revizie sau alte lucrări specifice la vanele sferice, la instalațiile de acționare a vanelor sferice, la instalațiile care asigură golirea conductei forțate dar și la ejectorul din instalația de răcire apa.

Un alt beneficiu al vanelor sferice este acela de a proteja centrala electrică de o inundare accidentala produsa de apariția unei defecțiuni de funcționare. Defecțiunile care pot fi enumerate sunt: spargerea conductei de forța, depășirea cotei de avarie în bazinul de epuizment, neconcordanța a poziției din aparatul director sau poziție vana sferică și tasarea vanei la un unghi mai mare de 10 grade.

În cadrul acestei lucrări s-a urmărit realizarea următoarelor cernite:

Realizarea uni sistem de comandă a celor doua vane fluture de la Casa Vanelor, vana de lucru și a vanei de revizie, comanda realizându-se independent la fiecare vană în parte după cum urmează: vana de lucru fiind considerată vana principală de lucru iar cea ce revizie având rolul de vană secundară. Vanele nu pot lucra concomitent astfel încât selecția dintre vana activă și vana inactivă se v-a face prin intermediul unui întrerupător de activare / dezactivare vană situat în incinta centralei electrice. Vanele sunt proiectate în așa fel ca ele sa comunice între ele pentru a se cunoaște pozițiile celor două activare / dezactivare, iar pentru a se cunoaște situația lor se v-a afișa pe panoul de comandă a personalii de întreținere / exploatare a centrale starea lor. Afișarea se v-a face printr-o interfața de tipul HMI( Human Machine Interface ) dar și prin becuri de control.

Principalele componente necesare pentru comanda vanelor sunt:

În camera de comanda de la centrala electrică:

Calculator folosit ca sistem de calcul principal dar și dual amplasata în Camera de Comandă.

Panou de comandă și achiziție date aferent poziției celor două vane.

Sursă de tensiune și sursă de tensiune de tip UPS pentru alimentarea calculatoarelor în caz de lipsă de energie electrica.

Linie de comunicare serială intre panoul de comandă, automatul programabil, Casa Vanelor, grupurile electrice, baraj Fântânele și comunicația cu sistemul de Telemecanica.

La casa Vanelor:

Dulap de comandă a vanei de lucru

Dulap de comandă a vanei de revizie

Dulap comandă manuală a vanei de lucru

Dulap de comandă manuală a vanei de revizie

Dulap comandă pentru fiecare vană a electroventilelor și a pompelor

Senzori amplasați pe proces pentru achiziția de date pentru diferiți parametrii.

Senzori pentru poziție unghiulară la cele doua vane

Senzori de presiune (trei fiind localizații în amonte, central și aval pe conductă forțata), senzori de proximitate pentru fiecare vană în parte, senzori de mișcare și efracție a ușilor în galeria de la Casa Vanelor.

2.2 Domeniul de utilizare

Aceasta lucrare dorește realizarea unui sistem automat de urmărire dar și de comandă a poziției celor doua vane fluture situate la Casa Vanelor de la CHE Mărișel având scopul de menținere a în poziție deschisă (orizontală) adică funcționarea normală. Fiecare vană are propriul sistem de comandă, dar și transmiterea parametrilor rezultați ai măsurătorilor efectuate de diferiți senzori.

Fiecare vana de tip fluture are o poziție a regimului de lucru intre 0 și 5 grade iar depășirea aceste poziții peste valoarea de 10 grade la una dintre vane se v-a genera un semnal de comandă pe vana care v-a duce la închiderea vanei, dar și un semnal dus în centrala care v-a închide grupurile de producere a energiei electrice. Pentru repornirea grupurilor de producție a energiei electrice este nevoie de intervenția operatorilor de la camera de comandă și de efectuarea de operații necesare repornirii.

În cazul în care se dă o comandă de închidere a ambelor vane care se afla în funcțiune vana de lucru este considerată prioritară în fața vanei de revizie și ea se v-a închide prima prin acționarea ei iar vana de revizie v-a porni temporizat numai în situația în care vana de lucru nu a fost complet închisa sau nu s-a închis intr-un interval de timp dorit. Comunicarea dintre cele doua vane se face la camera de comandă cu ajutorul a doua cabluri seriale datorită independenței uneia față de cealaltă.

Date transmise de către senzorii aflați pe vane:

Trasare vană revizie 5°

Trasare vană revizie 5°

Vană lucru deschisă (poziție unghiulară intre 0 și 5°)

Vană revizie deschisă (poziție unghiulară intre 0 și 5°)

Vană lucru închisă (poziție unghiulara de 90°)

Vană lucru închisă (poziție unghiulara de 90°)

Semnalizare mecanică vane închise prin microîntreruptor

Lipsă tensiune alimentpurile electrice, baraj Fântânele și comunicația cu sistemul de Telemecanica.

La casa Vanelor:

Dulap de comandă a vanei de lucru

Dulap de comandă a vanei de revizie

Dulap comandă manuală a vanei de lucru

Dulap de comandă manuală a vanei de revizie

Dulap comandă pentru fiecare vană a electroventilelor și a pompelor

Senzori amplasați pe proces pentru achiziția de date pentru diferiți parametrii.

Senzori pentru poziție unghiulară la cele doua vane

Senzori de presiune (trei fiind localizații în amonte, central și aval pe conductă forțata), senzori de proximitate pentru fiecare vană în parte, senzori de mișcare și efracție a ușilor în galeria de la Casa Vanelor.

2.2 Domeniul de utilizare

Aceasta lucrare dorește realizarea unui sistem automat de urmărire dar și de comandă a poziției celor doua vane fluture situate la Casa Vanelor de la CHE Mărișel având scopul de menținere a în poziție deschisă (orizontală) adică funcționarea normală. Fiecare vană are propriul sistem de comandă, dar și transmiterea parametrilor rezultați ai măsurătorilor efectuate de diferiți senzori.

Fiecare vana de tip fluture are o poziție a regimului de lucru intre 0 și 5 grade iar depășirea aceste poziții peste valoarea de 10 grade la una dintre vane se v-a genera un semnal de comandă pe vana care v-a duce la închiderea vanei, dar și un semnal dus în centrala care v-a închide grupurile de producere a energiei electrice. Pentru repornirea grupurilor de producție a energiei electrice este nevoie de intervenția operatorilor de la camera de comandă și de efectuarea de operații necesare repornirii.

În cazul în care se dă o comandă de închidere a ambelor vane care se afla în funcțiune vana de lucru este considerată prioritară în fața vanei de revizie și ea se v-a închide prima prin acționarea ei iar vana de revizie v-a porni temporizat numai în situația în care vana de lucru nu a fost complet închisa sau nu s-a închis intr-un interval de timp dorit. Comunicarea dintre cele doua vane se face la camera de comandă cu ajutorul a doua cabluri seriale datorită independenței uneia față de cealaltă.

Date transmise de către senzorii aflați pe vane:

Trasare vană revizie 5°

Trasare vană revizie 5°

Vană lucru deschisă (poziție unghiulară intre 0 și 5°)

Vană revizie deschisă (poziție unghiulară intre 0 și 5°)

Vană lucru închisă (poziție unghiulara de 90°)

Vană lucru închisă (poziție unghiulara de 90°)

Semnalizare mecanică vane închise prin microîntreruptor

Lipsă tensiune alimentare (0.4 KV)

Semnal închidere vane

Pentru fiecare vană există doua sisteme de comandă fiecare compus din câte doua automate programabile. Acest grup de doua automate programabile este compus din automatul de lucru dar și de automatul de rezervă cu specificația ca automatul de rezervă v-a prelua funcțiile automatului de lucru în situația în care cel de lucru se v-a defecta sau v-a fi supus unor lucrări de revizie / mentenanță. Constructiv cele două automate complementare sunt la fel ambele fiind asemănătoare în plus la ambele au fost adăugate blocuri de extensie compuse din module analogice care au scopul de a converti mărimile fizice măsurate de senzori. Mărimile măsurate sunt analogice și mărimi numerice pentru a fi interpretate de unul dintre automatele programabile. Decizia selectării unuia dintre automate aparține operatorilor din camera de comandă iar selectarea se face manual pentru ambele automate (lucru / rezervă) de pe consola pusă operatorului la dispoziție.

Fiecare sistem de comandă este prevăzut pe lângă modul de lucru automat și cu un mod de lucru manual care poate fi setat de către operator cu ajutorul unui comutator, permițându-i operatorului de a modifica poziția unghiulară a vanelor de lucru sau revizie. Poziția unghiulară a vanelor în această situație v-a fi măsurata cu ajutorul senzorilor de proximitate poziționați pe vană. În acest mod de lucru vana care este dezactivată de la sistemul automat de comandă v-a fi operată numai manual astfel încât sistemul de comandă automat nu v-a putea interveni. Comutarea dintre modurile de lucru manual și automat se face din automatul programabil iar semnalul la camera de comandă se realizează serial prin cablul de comunicație dintre consola operatorului, camera de comanda și automat.

Măsurarea poziției unghiulare a deschiderii vanelor se realizează în mod continuu cu ajutorul unui senzor analogic de poziție unghiulară, având domeniul de lucru între 0-90 grade, respectând condițiile cele doua poziții, cele de vana închisa și cea de vană deschisa. Preluarea datelor, a poziției lamelei vanei, respectiv conversia lor se v-a face de către automatul programabil care cu ajutorul modulelor de extensie analogic v-a prelua datele în format numeric. Conversia datelor din automat se face cu ajutorul unui modul de conversie analog / numeric, existent și pe automatul de rezervă în cazul în care primul automatul de lucru este oprit din anumite motive. Rezultatele sunt afișate atât numeric cât și analogic print-un grafic având referința axa timp. Locația unde sunt afișate valorile sunt: în camera de comanda dar și pe consola operatorului.

Repornirea pompelor de repompare se face cu ajutorul automatului ținând cont de poziția unghiulară a deschiderii lentilei vanei. Semnalul de închidere vană se dă și dacă deschiderea vanei a ajuns la o valoare de 10 grade și chiar dacă pompele lucrează vana va primi comanda de închidere. Cele două pompe au o putere de pompare de 4 KW, pentru ambele vane separat, cea de lucru și cea de revizie. Comanda de închidere vană este generată de automat și dacă este depășită valoarea de prag a debitului tranzitat prin conducta forțată dar și în cazul în care semnalul manual de închidere a vanelor este dat din camera de comandă pentru situații de avarie.

Pentru poziționarea vanelor în poziția deschisă dar și pentru pornirea pompelor este nevoie de pornirea demaratoarelor asincrone trifazate, permițând o pornire controlată a motoarelor și permițând o durată de viața mai lungă a pompelor. Sistemul de măsura împreună cu sistemul automat de la Casa Vanelor v-a fi integrat împreuna cu sistemul de măsura și servicii generale de la dispeceratul Hidroelectrica iar comunicația se v-a realiza print-o linie de comunicație serială.

2.3 Descrierea instalației de la Casa Vanelor

Rolul vanelor de la CHE Mărișel este acela de a permite prin închiderea vanelor de lucru și revizie, efectuarea de lucrări la instalațiile de la CHE Mărișel fără golirea conductei forțate dar și de protecție împotriva inundării centralei electrice.

În condiții normale de funcționare vanele de tip fluture v-or fi situate în poziția deschisă, respectiv poziția unghiulară de zero grade. Pentru deschiderea vanelor v-a fi nevoie de un servomotor care v-a fi acționat de un circuit hidraulic format din două pompe de presiune cu ulei pentru fiecare vană în parte. Pe fiecare vană este atașată o contragreutate în așa fel încât în situația în care nu există ulei în circuitul hidraulic vana sa fie închisă. Având această contragreutate pentru a duce lentila vanei în poziția închisă, poziția unghiulară de 90 grade, uleiul care este acționat de cele doua pompe este refulat în bazinul de ulei.

Cele două pompe de ulei sunt antrenate de două motoare de putere a 4 KW pentru fiecare motor în parte, dar avem nevoie de un singur motor pentru acționarea pompelor astfel încât în cazul în care motorul sau pompa sunt oprite rolul lor sa fie suplinit de cealaltă pereche compusă dintr-un motor și pompă. Selecția pompelor se realizează manual din camera de comandă cu ajutorul unei chei de selecție mod lucru / rezervă. Pentru a se pune vanele în poziția deschisă sau de a se menține vanele în poziția deschisă se dă o comandă de repompare transmisă pe pompa de lucru și pe electroventilul situat pe circuitul hidraulic care v-a permite accesul uleiului către servomotorul situat lângă vană. Astfel v-a crește presiunea uleiului și lentila vanei se v-a mișca deschizând vana până la poziția de deschidere completă, adică poziția unghiulară de zero grade. Tensiunea de alimentare a electroventilelor este de 220 V curent alternativ.

Selectarea dintre vanele de lucru și vanele de revizie se face manual cu ajutorul cheii de selecție vane, existând o semnalizare pe panoul de comandă a operatorilor. În același timp v-a exista tot cu ajutorul unei chei de selecție o comutație a pompelor de lucru sau revizie și a celor două motoare care acționează pompele.

Dacă există o avarie la una din componentele care acționează vanele spre exemplu lipsa tensiunii de alimentare, lipsă ulei sau spargerea circuitului sub presiune a vanele v-or funcționa cu tendința de închidere iar la atingerea poziției unghiulare de 10 grade se v-a genera o comandă de închidere pompă și electroventil care v-a elibera presiunea uleiului din circuitul hidraulic spre bazinul de ulei permițând o continuare a operațiunii de închidere a lentilei vanei.

Vanele ajung în poziția de închidere și se v-a semnaliza la camera de comandă starea lor prin luminarea unei lămpi și se v-a da comanda de oprire a agregatoarelor, vanelor sferice și tuturor echipamentelor conexe.

În momentul în care vanele au primit comanda de închidere și au fost poziționate în poziția de închis ele nu pot fi pornite numai atunci când există o valoare a presiunii egalizata de pe conducta forțată. Presiunea se măsoară de pe circuitul de by-pass situata pe vană iar măsurarea valorii presiunii se face manual cu un manometru diferențial pe contacte. Atunci când presiunile sunt egalizate se poate da comanda de deschidere a vanei.

Pentru măsurarea poziției unghiulare a vanelor este nevoie de un senzor de poziție unghiulară care v-a măsura valoarea efectivă a poziției vanei dar se v-or folosi și două limitatoare de cursă montate pe axul vanei care v-a permite o rotire a vanei numai pe domeniul necesar 0 – 90 grade astfel încât să nu avem parametri necunoscuți sau greșiți în momentul măsurării pozițiilor unghiulare. Se v-or prestabili anumite poziții unghiulare a vanelor astfel încât sa se cunoască valorile efective pentru comenzile din automatul programabil.

Pentru alimentarea 0,4 KV curent alternativ a instalațiilor de la Casa Vanelor este nevoie de surse de alimentare. Prima sursă care este considerata ca sursă principală centrala subterană iar a doua sursă este rezerva postului de transformare situată în exteriorul casei vanelor, cel de 20 KV cu 0,4 KV.

Instalația pentru comanda vanelor de tip fluture este alcătuită din 5 dulapuri de comandă situate lângă conducta forțată și un grup care asigură tensiunea care alimentează dulapul de comandă a instalațiilor de la Casa Vanelor.

Capitolul 3: Studiu bibliografic

3.1 Familia automatelor programabile Siemens: Date generale

Compania Siemens este cel mai mare conglomerat în domeniu tehnologiei industriale din Germania dar și de pe mapamond. Una dintre diviziile sale care are legătură cu domeniul automatizărilor industriale se numește „SIMATIC Industrial Automation System” și în cadrul acestei divizii se oferă doua servicii de baza, servicii software dar și hardware.

Serviciile software sunt oferite de programele Simatic WinCC, Simatic Step7 și de Total Integrated Automation Portal prescurtat TIA Portal. Toate cele 3 servicii au aceleași funcții de bază adică cele de control SCAD (supervisory control and data acquisition) și cele de HMI (Human Machine Interface). Sistemul SCADA tradus în limba romană înseamnă Monitorizare, Control și Achiziții de date iar sistemul HMI înseamnă interfață mașină om.

Figura 2.1 Interfață Step 7 folosind logica Ladder

Figura 2.2 Interfața TIA Portal folosind logica Ladder

Limbajele care pot fi folosite la programarea sunt următoarele:

Logica Ladder (LAD) = este un limbaj de programare grafic care seamănă cu o diagramă care folosește termenii de contact închis și de contact deschis.

Diagramele funcționale cu blocuri (FBD) = este de asemenea un limbaj de programare grafic la care sintaxa se bazează pe blocuri logice asemănătoare cu blocurile studiate în algebra booleana.

Lista de stări (STL) = este un limbaj de programare textual cu o sintaxă asemănătoare de limbajul cod mașina.

Diferența dintre TIA Portal și Step 7 este atât din punct de vedere a cerințelor hardware, TIA Portal folosește automate programabile de generație nouă și configurația hardware minimă a calculatoarelor pe care rulează este mult mai performantă față de cea a mediului de programare Step 7, iar software-ul TIA Portal operează și pe ultimele versiuni de Windows, respectiv Windows 8 și Windows 8.1 pe lângă sistemul de operare maxim acceptat de Step 7 este Windows XP. TIA Portal din punct de vedere software este mult mai vast și bogat în noi instrucțiuni, documentație complementară mai detaliată și interfața a utilizatorului mai prietenoasă. Step 7 are avantajul față de TIA Portal stabilitatea mediului de programare, datorată cerințelor hardware mai mici a calculatului, dar și lipsa de erori al instrucțiunilor, TIA fiind un program relativ recent care are multe erori și aplicațiile chiar dacă sunt scrise corect din punct de vedere a logicii, pot sa se blocheze din cauza neconcordanțelor avute din interiorul mediului de programare.

Serviciile hardware sunt oferite prin familia de procesoare produse de Siemens familia S7, de surse de alimentare și modulele de intrare respectiv cele de ieșire. O particularitate a acestei componente este că sursa de alimentare, procesorul de semnal dar și modulele de extensie sunt compacte și pot fi configurate în așa fel încât să fie cât mai rentabil pentru procesul ce vrem sa îl controlăm. Configurarea se poate face atât hardware adică prin achiziția de module de care avem nevoie dar și din software prin unirea și validarea în program a modulelor pe care le-am atașat procesorului de semnal.

Comunicația dintre un procesor de semnal și un calculator se poate face printr-un cablu PPI (Point to Point Interface) compus dintr-un cablu serial de tip RS-232 care este atașat calculatorului și un tot de tip serial, cablu RS-485 care este atașat procesorului. Standardul de comunicație care este folosit este cel PROFIBUS care utilizează un protocol bazat pe cadre de lungime variabilă pe octeți.

În continuare se v-or prezenta doua familii de procesoare de semnal oferite de compania Siemens.

3.2 Familia automatelor din familia SIMATIC S7

3.2.1 Simatic S7-200

SIMATIC S7-200 este clasa de bază din seria SIMATIC a companiei Siemens. Pentru a fi un PLC care sa fie la îndemâna oricui dorește să dezvolte aplicații de control, procesorul a fost conceput în așa fel ca să fie compact și cu un cost redus. Dar ca să fie competitiv pe piață s-a ales ca procesorul sa aibă un set complex de instrucțiuni disponibile făcându-l soluția optimă. Siemens pune la dispoziția clienților o gamă largă de procesoare din seria S7-200 cu precizarea că se poate atașa la un procesor module de intrare și ieșire care pot fi analogice și digitale dar și o sursă de alimentare conform cu cerințele configurației.

Figura 2.3 Automatele din gama Simatic S7-200

Procesorul execută programe trimise de la un calculator și le stochează în memoria sa internă. Pentru a se scrie programe pentru procesoarele din seria S7-200 este nevoie de mediul software SIMATIC STEP-7 WinCC pus la dispoziție de Siemens și dispune de toate cele 3 moduri de programare prezentate: diagrame Ladder diagrame funcționale în blocuri dar și de liste de stări.

Seria S7-200 din gama Simatic produse de Siemens oferă module de extensie a automatelor de la 4 intrări și ieșiri analogice până la 32 intrări și ieșiri analogice, dar și numerice. Pe lângă aceste module mai există și module de performanță pentru comutarea sarcinilor în curent continuu de 5A respectiv 10A.

Procesorul de bază din seria S7-200 este CPU 221 dar se mai oferă încă 4 procesoare îmbunătățite, CPU 222, CPU 224 cu varianta CPU 224 XP și CPU 226. Cu principalele avantaje:

Memorie mare de stocare

Integrare a interfeței RS-485 dar și a protocolului PROFIBUS

Posibilitatea de a adăuga extensii analogice și digitale

Funcții de interfață om-mașină HMI (Human Machine Interface)

Caracteristici Hardware:

Două intrări analogice de 0 la 10 V

Două ieșiri analogice 0 la 20 mA

Existentă intre 4 și 6 numărătoare cu frecvența de lucru la 30kHz

Existența a 4 intrări de alarmă

Funcții de captură a semnalelor de tip impuls

Ceas de timp real

Generator de întreruperi intre 1 și 255 ms

3.2.2 SIMATIC S7-1200

SIMATIC S7-1200 este un PLC de generație mai nouă decât S7-200 dar este un automat tot cu aceleași caracteristici funcționale de funcționare ca predecesoarele sale. La fel ca celelalte PLC-uri ansamblul este compus dintr-un procesor de semnal (CPU) și module de extensie. Sursa de alimentare poate să fie în așa fel configurată ca sa se obțină o configurație necesară și optimă instalației de automatizare. Se pot aminti că module de extensie ce pot fi atașate și care se atașează de obicei în cazul unor instalații de automatizare modulele de intrare dar și module de ieșire suplimentare care pot sa fie după caz analogice sau digitale.

Protocoalele de comunicație între procesor și diferite dispozitive pot sa fie după caz RS232 sau RS485 iar interfața TCP/IP este integrată în toate PLC-urilor pentru comunicația cu un calculator sau altă unitate de calcul. Realizându-se comunicația dintre PLC și calculator. Programul care se scrie cu scopul final de a se încărca pe PLC pentru a automatiza instalația dorită, este nevoie de un mediu de programare.

O caracteristică diferita a acestei serii este folosirea interfeței Profinet care permite o comunicație mult mai eficientă, simplă și sigură. Profinet este un protocol din familia Profibus care folosește standardele TCP/IP sau Ethernet după nevoie. Acest protocol este foarte benefic pentru comunicația dintre calculator, PLC și HMI permițând o acoperire cât mai mare hardware cât și software a procesului, dar și o buna interacțiune a utilizatorului instalației de automatizare.

Mediul de programare pus la dispoziție de compania Siemens este SIMATIC Step 7 sau TIA Portal care folosește ca și Step 7 WinCC aceleași limbaje doar interfața este diferită și versiunea programului este mult mai nouă și au fost aduse îmbunătățiri în rândul instrucțiunilor și blocurilor de programare.

Procesoarele din seria S7-1200 dețin o configurație hardware net superioară față de cele din seria S7-200 iar suportul software este la fel de net superior, dar nu înseamnă că procesoarele din seria S7-200 nu sunt utile, există multe aplicații care se v-or prefera datorită funcționalităților reduse dar și costurilor mai reduse.

Figura 2.4 Automat din gama Simatic S7-1200 cu sursă de alimentare și module numerice

Seria vine cu 5 procesoare  CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C, CPU 1215C și CPU 1217C care pot fi extinse cu module necesare după caz. Procesorului CPU 1212C îi pot fi atașate maxim două module dar procesoarelor CPU 1214C, CPU 1215C și CPU 1217C le pot fi atașate până la 8 module. Caracteristicile de bază a acestei serii sunt:

Două intrări analogice de 0 la 10 V

Două ieșiri analogice de 0 la 20 mA

Ieșire PTO cu o frecvență de 1Mhz

Ieșire PWM cu o frecvență de 200 MHz

Folosirea ceasului de timp real

Extensie de memorie

Integrarea de regulator PID cu opțiune de auto-tuning

Cel puțin o interfață Ethernet

Generarea de întreruperi intre 1 și 255 ms

Existența între 3 și 6 numărătoare cu frecvența de lucru intre 30 și 100 KHz

3.3 Interfețe Om-mașină (HMI)

HMI tradus în limba romană interfață om-mașină are rolul de a prezenta operatorului informații din proces. Informațiile pot să fie sub forma unor grafic, tabele sau butoane. Interfețele sunt programate în mediile de programare Simatic Step7 sau TIA Portal produse de compania Siemens și sunt configurate să primească datele de la automatul programabil. Programele sunt stocate în memoria internă a automatelor și au opțiunea de a fi editate tot timpul permițând o bună mentenabilitate a sistemului.

HMI-urile produse de compania Siemens sunt de tip bidirecționale permițându-i operatorului să preia datele din sistem dar și să modifice prin intermediul interfeței anumiți parametri ai sistemului.

HMI-urile au dimensiuni ale ecranului cuprinse între 4” și 12”, ecranul fiind de tip tactil permițând realizarea unor animații dar și a multor butoane aferente procesului. Pe lângă aceste proprietăți de obicei aceste module sunt dotate și cu module de extensie a memoriei (carduri de memorie), permițând salvarea datelor sau culegerea datelor de pe interfață.

HMI-urile de la compania Siemens sunt de mai multe tipuri dar varianta cea mai des folosita este varianta cu ecran tactil. Modulul de extensie permite reactualizarea programului care rulează pe aceste interfețe fără a mai fi conectate la un calculator.

Comunicarea dintre interfață și automatul programabil se realizează cu ajutorul protocoalelor de comunicație serială RS 485, dar generațiile noi încep sa folosească interfața USB (universal serial bus) care permite atât comunicarea dintre interfața cu calculatorul dar și posibilitatea de conectare a unui stick de memorie flash.

Figura 2.5 Interfață de tip HMI model Simatic HMI KTP 400

Interfețele de obicei sunt instalate pe ușa dulapurilor de automatizare, fiind ușor de localizat, dar și ca o restricție a operatorului de a nu deschide dulapurile de automatizare.

O nouă tendință în domeniul interfețele om-mașină de la compania Siemens este aceea de a se integra imaginea de pe ecranul HMI-ului pe telefoanele mobile prin intermediul aplicațiilor mobile și conexiunile la rețelele locale, însa chiar dacă există astfel de soluții deocamdată companiile preferă ca aceste interfețe să rămână la forma lor clasică.

Capitolul 4: Analiza și proiectarea

4.1 Arhitectura hardware

Totalitatea ansamblelor care compun sistemul automat de acționare a vanelor fluture de la CHE Mărișel, este un subsistem din stemul de monitorizare centrală de la Hidroelectrica, sistemul fiind un sistem de tipul SCADA, prescurtat în limba romana Monitorizare, Control și Achiziții de Date. Subsistemul local SCADA este instalat în camera de comanda din centrala subterană fiind compus la fel din mai multe subsisteme.

4.1.1 Subsisteme camera de comanda centrala

Este un subsistem din ansamblul de la casa vanelor. Este compus din următoarele componente:

Calculator principal de lucru și consolă operator

Sistem de urmărire mărimi TELEMECANICA

Sistem de achiziție mărimi energetice (contoare)

Sistem măsura debite uzinate

Sistem comunicație baraj Fântânele

Sistem monitorizare semnalizări și comenzi casa vanelor

Sistem de comunicație cu dispecerul de la Hidroelectrica, Cluj-Napoca

4.1.2 Subsisteme casa vanelor

Este un subsistem din ansamblul de la casa vanelor. Este sistemul propriu zis de la casa vanelor cu componentele aferente:

Sistem urmărire și comanda vana lucru

Sistem urmărire și comanda vana revizie

Sistem de comanda a instalațiilor hidraulice pentru comanda pozițiilor vanelor

Sistem de comutație linie alimentare

Sistem de senzori pentru achiziția valorilor mărimilor primare

Sistem de comunicație cu camera de comanda centrala

Datele sunt achiziționate de către calculatorul principal de lucru din subsistemele componente, iar datele rezultate sunt stocate, prelucrate și afișate pe consola operatorului și asigură realizarea unei baze de date cu evoluția parametrilor ale instalațiilor. Prin accesarea bazei de date și interogarea ei se pot efectua rapoarte la cerere pe intervalele cerute anumitor parametri prelucrați.

Calculatorul principal transmite prin rețea ecranele de lucru la calculatorul dual cu specificația de a fi selectate și vizualizate în evoluția tuturor mărimilor preluate împreuna cu cele de la centrala hidroelectrica Mărișel.

Pentru a fi conectate subsistemele la calculatorul principal este nevoie de existența unor extensii a porturilor de comunicație prin plăcile multiport, configurate ca niște extensii a calculatorului. Porturile sunt porturi de tip serial și ele sunt repartizate pe subsistem conform interfețelor seriale următoare:

Interfața COM 7 – este alocat pentru sistemul de măsurare a debitelor uzinate de centrală

Interfața COM 8 – este alocat pentru sistemul de măsura a nivelului apei din barajul Fântânele

Interfața COM 11 – este alocat pentru sistemul de monitorizare și semnalizare a comenzii din zona casa vanelor

Interfața COM 12 – este alocat pentru sistemul de comandă și control a sistemului de servicii generale

Interfața COM 13 – este alocat pentru sistemul de urmărire și comandă de la casa vanelor dedicat liniei de comunicație L1

Interfața COM 14 – este alocat pentru sistemul de urmărire și comandă de la casa vanelor dedicat liniei de comunicație L2

Pentru comunicația serială dintre automatul programabil și celelalte interfețe este nevoie de o adaptare deoarece automatele folosesc interfața RS 485 iar restul RS 232. Astfel se folosesc adaptoare seriale de tip RS 232 – RS 482 iar pentru această situație s-au folosit adaptoare Datronix.

4.2 Componența sistemului pentru casa vanelor

Sistemele de urmărire și comandă a instalațiilor aferente casei vanelor de la centrala hidroelectrica Mărișel este alcătuit din următoarele subcapitole

4.2.1 Camera de comandă centrală

4.2.1.1 Calculatorul principal și dual

Calculatorul principal și dual joacă rolul de concentrator de date fiind un sistem de achiziției, prelucrare, stocare și afișare inteligent a datelor din buclele aferente procesului precum și a pozițiilor elementelor de execuție ale sistemului.

Asigurarea funcțiilor necesare punerii în funcțiune a sistemului, etalonarea și configurarea sistemului automat din proces este efectuat de către calculatorul principal și dual aflate în camera de comanda. Acest ansamblu, concentratorul de date, este un sistem desktop cu următoarele componente:

Placă de baza : P478 845D ATA100ATX,2DDR+5PCI+AGP+CNR

Procesor : INTEL Pentium – 4, 478 socket 2.4 GHz, 512 KB Cache

Memorie RAM : 512 MB DDR 266 PC2100

Hard disc : HDD 20 GB 7200RPM MAXTOR

Placă video : AGP 64 MB GeForce 2 MX400 4xAGP, w/o TV out

Floppy disc : 3.5, 1.44MB FDD

Placă multiport : PCCOM PCI 4 RS 232

Sursă neîntreruptibilă : UPGUARDS 220V / 50 Hz; Putere: 1500 VA

Componente periferice: Monitor 17 inch, Mouse PS/2

4.2.1.2 Sistemul de monitorizare comenzi și semnalizare

Sistemul de monitorizare comenzi și de semnalizare este situat în camera de comandă fiind un sistem bazat pe automat programabil produs de compania Siemens din seria SIMATIC model s7–226 DC / DC / Relay fiind amplasat în unul dintre dulapurile instalațiilor de automatizare.

Sistemul de monitorizare comenzi și semnalizare este amplasat pe un suport de tip panou fiind realizat din următoarele componente și caracteristicile lor aferente:

Bloc unitate centrala tip Siemens Simatic s7–226 DC / DC / Relay

Tensiunea și frecvența de alimentare: 220V / 50Hz

Numărul maxim de module de extensie atașabile: 7

Interfețe de comunicare RS 485 – 2

Intrări digitale: 24 fiind izolate galvanic printr-un optocuplor, fiind alimentate la o tensiune de 24 Vcc

Ieșiri analogice: 16 fiind izolate galvanic printr-un releu, având tensiunea de ieșire 24 Vcc / 230 Vca, curentul maxim de ieșire fiind 2A

Bloc sursa de alimentare Logo Power 6EP 1332 – 1SH42

Are rolul de a alimenta automatul programabil cu extensiile aferente și a ieșirilor de comanda generate din calculator către instalațiile localizate la Casa Vanelor

Tensiunea și frecventa de alimentare: 220V / 50Hz

Valori pe ieșire: 220 Vcc / 2,5 A

Bloc relee comandă, selecție rezervă / lucru

Este compus din 4 relee pentru comanda instalațiilor de la Casa Vanelor ce deservesc închiderea în caz de avarie comandata din centrala. Avariile pentru care au fost instalate sunt: inundare centrala electrica, spargere conducta de forța, neconcordanța intre automatele programabile.

Mai există un grup de 4 relee care deservesc selectarea automatului de lucru cu cel de rezerva și selectarea liniilor de comunicație.

Mai este compus din alte 8 relee care au rolul de a supraveghea semnalele transmise către semnalizările de la Casa Vanelor. Ele sunt atribuite următoarelor situații:

Tasare Vana Lucru la 5°

Tasare Vana Revizie la 5°

Vană Lucru deschisa intre 0 și 5°

Vană Revizie deschisa intre 0 și 5°

Vană Lucru închisă la 90°

Vană Revizie închisă la 90°

Semnalizare Vane închise

Lipsă tensiune de alimentare 0.4 KV la Casa Vanelor

4.2.1.3 Interfața pentru operator

Interfața pentru operator este o interfața HMI (Interfața mașina om) de tip „touch pannel” produsă de compania Siemens model TP-070. Interfața se află în camera de comandă fiind amplasată pe panoul dulapului de automatizare fiind conectată la unul dintre cei doi conectori seriali ai automatului. Rolul principal al acestei interfețe este acela de informa operatorul de la camera de comandă prin intermediul afișajului valorile nivelului apei din lacul de acumulare de la Fântănele, județul Cluj. Datele aferente interfeței sosesc de la automatul programabil.

Programarea interfeței se realizează cu ajutorul calculatorului, cu programul STEP 7 – WinCC cu extensia de HMI (Interfața Mașina Om), programul fiind salvat în calculator ca rezerva, dar și în memoria interna a interfeței. Locația programului este în memoria nevolatila permițând ca în cazul în care este întrerupta alimentarea dar și în cazul în care este oprită interfața programul sa nu fie reinițializat.

Caracteristicile interfeței sunt următoarele:

Dimensiune: 212 x 156

Rezoluția (pixeli) : 320 x 240

Afișare pe 4 nivele text și animații grafice

Tastatura: touch panel

Procesor: adresare pe 32 de biți, arhitectura RISC, frecventa de lucru 66 MHz

Memorie interna nevolatila: 128 Kbiti

Viteza maxima de comunicație 19.2 Kbit/s cu automatele din seria S7-200

Interfața de comunicare: RS 485 cu un singur slot

Sistem de operare Windows

Perioada de viață a ecranului 50.000 de ore

Sistemul comunica prin intermediul liniei seriale cu calculatorul principal având rolul de a monitoriza stările instalațiilor localizate la Casa Vanelor în situația în care liniile de comunicare dintre camera de comanda și casa vanelor sunt întrerupte.

Capitolul 5: Implementarea

5.1 Sistemul automat de la Casa Vanelor

5.1.1 Funcțiile sistemului

Sistemul automat de la Casa Vanelor a fost realizat astfel sa se realizeze următoarele condiții impuse:

Sa se realizeze o comanda separata pentru fiecare vană fluture

Sa se realizeze o comunicare intre vane a stărilor pentru a se realiza o strategie de închidere a vanelor în situații extreme astfel încât vana de lucru să fie prioritară la comanda de închidere recepționată din centrală, iar vana de revizie să pornească spre închidere temporizat intr-o perioadă te timp stabilită, daca nu s-a putut realiza din diferite motive operațiunea de închidere a vanei de lucru.

Să se execute în situația în care vana de lucru este declarată inactivă (întrerupătorul pe poziție vana de lucru este dezactivată), când se primește un semnal din centrală pentru închidere vane, vana de revizie se închide fără a mai exista o temporizare.

Să se realizeze o comunicație serială intre Camera de Comandă și sistemul de la Casa Vanelor pe două linii de comunicație cu posibilitatea de la consola operatorului din camera de comanda sa fie comutate.

Sa se realizeze o comutație de pe un automat pe celalalt independent pe fiecare vana în parte prin comanda de pe consola operatorului din camera de comanda pentru fiecare în parte.

Să se poată selecta pompele de lucru local prin comutarea unui întrerupător și realizarea corespunzătoare a circuitului de acționare a fiecărui motor.

Să se realizeze o semnalizare a stărilor instalațiilor de la Casa Vanelor pe consola operatorului: selectare AAR, semnalizarea lipsei tensiunii de alimentare Casa Vanelor 0,4 KV, semnalizarea stării fiecărei vane (activată / dezactivată), semnalizarea trecerii sistemului din regimul de lucru automat în regimul de lucru manual.

Să realizeze o semnalizare a stării vanelor prin intermediul firelor de legătură cu Centrala. Semnalizările se realizează pe cablu de 21 de fire prin conversia în tensiune 220 Vcc în semnale compatibile cu intrările de pe automatul programabil.

5.1.2 Arhitectura sistemului de la Casa Vanelor

Sistemul situat la Casa Vanelor este compus din următoarele elemente:

Dulap comandă automată Vană Revizie, D5

Dulap comandă manuală și sursa alimentare VR, D4

Dulap comandă automată Vană Revizie, D3

Dulap comandă manuală și sursa alimentare VR, D2

Dulap comandă pompe și electroventil VR / VL

Dulap comandă instalație AAR

Sistemul traductoarelor montate în instalație și cutiile de repartitoare pentru conectarea cu sistemele de comanda

Sistemele de comandă a VR (vană revizie) și VL (vană lucru) sunt identice din punct de vedere funcțional și constructiv iar dulapurile D3 și D5 sunt identice la nivelul componentelor. Sistemele de comanda a vanei de revizie și vanei de lucru sunt sisteme automate suplinitoare realizate în așa fel încât daca un sistem cedează din punct de vedere fizic, oprit voluntar sau involuntar sau alte motive, sistemul sa poată fi înlocuit.

5.1.3 Dulapul comanda VL (D2) / VR (D5)

Din punct de vedere constructiv, dulapurile D2 și D5 aferente fiecărei vane respectiv, cel de lucru și cel de revizie, sunt construite din următoarele componente:

Sisteme automate de lucru / sistem automat de rezerva

Module de extensie automate pentru achiziția / conversia semnalelor analogice achiziționate de la senzorii din proces

Module de comandă în instalație alcătuite din relee de comandă intre automate și instalație

Module semnalizare stări vane alcătuite din relee semnalizare

Module selecție traductoare alcătuite din relee selecție

Module generare comenzi din centrala în instalația de la Casa Vanelor formate din relee de comandă închidere vane selecție regim lucru

Module selecție automate lucru / rezerva, comutare traductori, consola operator, linie comunicație, în funcție de comanda de selecție automat.

Consola operator semnalizare locală mărimi caracteristice vane

Modul selecție vană activă/dezactivată, întrerupătoare de selecție

Modul corp iluminat, modul încălzitor și termostat

Fiecare sistem comandă vane este alcătuit dintr-un sistem de lucru și unul de rezervă, fiind complementare unul cu celălalt, fiind compuse dintr-un automat programabil și 3 module analogice de extensie. Se v-a nota cu A1 automatul de lucru și A2 automatul de rezervă iar VL pentru vana de lucru și VR pentru vana de revizie, L1și L2 sunt notații pentru liniile de comunicație serială dintre CHE Mărișel și instalațiile de la Casa Vanelor.

Componentele sunt:

1. Automatele programabile

Realizat dintr-un PLC marca Siemens model SIMATIC, S7-226 – 2AD21 având următoarele caracteristici:

tip memorie program utilizator: EEPROM

tensiune alimentare 24 Vcc

sursă interna pentru senzori: +24Vcc, 400 mA

număr maxim module extensie: 7

interfețe de comunicație RS 485

intrări numerice: 24, semnal ”1” logic la tensiune +/-15–35Vcc, curent maxim 7 mA

semnal “0” logic de la tensiune +5Vcc, curent maxim 1 mA

izolare galvanica prin optocuplor

ieșiri numerice: 16, semnal ”1” logic minim la tensiune -1.8 Vcc, curent maxim 0.5 A

semnal “0” logic la tensiune de aproximativ 0 Vcc, curent maxim 0.2 mA

izolare galvanica prin optocuplor

2. Bloc extensie intrări analogice alcătuit din 3 module tip EM 231 produse de compania Siemens, având caracteristicile următoare :

canale analogice: 4 în semnal unificat: curent 4-20 mA, sau tensiune 0-10 Vcc

tip intrare: unipolar curent / tensiune unificat

adresare: 12 biți

rezistența interna pentru conversie de curent: 250 ohmi.

3. Module pentru comanda în instalație alcătuite din relee de comandă intre automate și instalație :

Comenzile generate de automate către proces sunt amplificate prin intermediul releelor intermediare :

releele : K1.1 – K1.16 generează comenzi pentru automatul de lucru

releele : K2.1 – K2.16 generează comenzi pentru automatul de rezervă

4. Module semnalizare stări vane – relee semnalizare

Semnalizarea stărilor dintre cele două vane este produsa de releele următoare : K4 – K7.

Semnificația releelor :

K4 – semnalizare VL / VR închisă de către automatul de lucru

K5 – semnalizare generare semnal Închidere Vane și Oprire agregate de către automatul de lucru

K6 – semnalizare VL / VR închisă de către automatul de rezervă

K7 – semnalizare generare semnal Închidere Vane și Oprire agregate de către automatul de rezervă

5. Selecție senzori și selecție relee

La comanda de comutare automat lucru / rezervă, traductoarele care sunt conectate către intrările modulelor analogice de conversie sunt activate / dezactivate de la intrările modulelor de extensie nu mai sunt alimentate, prin intermediul releelor : K1, K2, K3, care sunt comandate prin intermediul releului KA (comutare alimentare automat lucru / rezerva)

6. Module generare comenzi din centrala către instalația de la Casa Vanelor realizată prin intermediul relelor de comandă închidere vane selecție regim lucru

Din centrala subterană sunt generate comenzi către Casa Vanelor pentru închiderea vanelor în situatei extreme pe firele de comandă 220Vcc și semnale de selecție automate lucru și linie de comunicație.

Semnificația releelor de generare comenzi :

K3.1 – comandă închidere Vane din centrala (spargere conductă forțată, inundare centrală, neconcordanta AD – VS)

K3.2 – comandă Închidere voită VR

K3.3 – comandă Închidere voită VL

K3.4 – selecție automat lucru / rezervă la VR (acționare KA la VR)

K3.5 – selecție automat lucru / rezervă la VL (acționare KA la VL)

K3.6 – selecție linie comunicație cu Casa Vanelor L1 / L2

K3.7 – rezervă

7. Module selecție automate lucru / rezervă, consolă operator, linie comunicație, în funcție de comanda de selecție automat.

La generarea comenzii de comutare automat lucru / rezerva din centrală, pe releele K3.4 pentru vana de revizie , K3.5 pentru vana de lucru, releele de comanda acționate realizează următoarele comenzi în dulapurile de comandă automată vane fluture Semnificația releelor acționate la comanda lui K3.4, K3.5 :

KA – comutare alimentare automat lucru / rezervă și a modulelor de conversie

KTP – comutare consola operator pe automat lucru / rezervă

KL – comutare linie de comunicație pe automat lucru / rezervă

Comanda K3.4 = 0 => selecție A1 (VR)

Comanda K3.4 = 1 => selecție A2 (VR)

Comanda K3.5 = 0 => selecție A1 (VL)

Comanda K3.5 = 1 => selecție A2 (VL)

La generarea comenzii de comutare linie comunicații comunică între centrală și Casa Vanelor, acționare K3.6, sunt generate comenzi de comutare linie comunicație la Casa Vanelor. Releele K3.6 acționează asupra releelor din dulapurile D4 respective D2.

Semnificația releelor care sunt acționate în D4, D2 în urma comenzii :

K6 ( D4/D2) – comutare linie de comunicație

K7 (D4,D2) – comutare alimentare module de comunicație RS232 / RS485, amplasate pe liniile de comunicații

Semnificația releelor din D5, D3 pentru semnalizare stare vane în centrala cu regimul de lucru manual :

KMT – semnalizare în centrala starea vanelor este la tasare manuala

KMD – semnalizare în centrala starea vanelor în poziția deschis ( 0 – 5º) în regim de lucru manual

KMI – semnalizare și generare comandă pentru închidere agregate în regim de lucru manual.

8. Consola operator semnalizarea locală mărimi caracteristice vane

Fiecare dulap de comandă automată este prevăzut cu o consolă operator pentru afișarea locală a mărimilor aferente vanelor deservite.

La vana de lucru sunt afișate :

Presiune centru vane în conducta forțată

Nivel ulei în grupurile unităților de pompare aferente vanei de lucru

Presiune aval în conducta forțată

Poziție unghiulară vană de lucru

Nivel vană de lucru

Presiune refulare în circuitul hidraulic vană de lucru

Stare vană de lucru (activă sau inactivă)

Pompă de lucru, selectarea pompelor

La vana de revizie sunt afișate :

Presiune amonte vană de revizie în conducta forțată

Nivel ulei în grupurile unităților de pompare aferente vanei de revizie

Debit prin conducta forțată

Poziție unghiulară, vană de revizie

Presiune refulare în circuitul hidraulic, vană de revizie

Stare vană de revizie (active / inactiva)

Pompă de lucru, selectarea pompelor

9. Modul selecție vană activă / inactivă, selecția pompelor 1 și 2 prin întrerupătoare de selecție

Fiecare sistem este prevăzut cu 2 întrerupătoare de selecție :

IVA – selecție vană activată / dezactivată

IP1 / P2 – selecție pompă de lucru pentru fiecare sistem

Acționarea întrerupătoarelor se realizează manual la Casa Vanelor, poziția acestora fiind afișată pe consola operator din centrală.

10. Modul corp iluminat, modul încălzitor și termostat

Fiecare sistem este prevăzut cu propriul sistem de ventilare, realizat print-un încălzitor amplasat pe ușa dulapului în partea de jos și un termostat montat în partea de sus dreapta pe contra panou și instalație de iluminat în partea de sus a dulapului. Alimentarea încălzitorului se realizează prin intermediul întrerupătorului IC amplasat în dulapul D4 (vana de revizie) / D2 (vana de lucru), iar sistemul de iluminat prin intermediul întrerupătorului IL amplasat în dulapul D4 (vana de revizie) / D2 (vana de lucru).

5.1.4 Dulap comandă manuală și sursă alimentare D2(vana de lucru) și D4 (vana de revizie)

Dulapurile D2 aferent vanei lucru și D4 aferent vanei revizie sunt dulapurile care au rolul de a asigura alimentarea cu tensiune de alimentare (24 Vcc) pentru funcționarea dulapurilor a sistemului de la Casa Vanelor, comanda manuală pentru fiecare vana în parte și asigurarea tensiunii de alimentare a senzorilor aferenți procesului.

Dulapul este alcătuit din următoarele componente:

Modul sursă alimentare:

Pentru fiecare sistem de comandă a vanelor trebuie să existe un sistem propriu de alimentare cu o tensiune de 24 Vcc, pentru alimentarea automatelor programabile, module de extensie pentru modulele analogice și alimentare senzori din instalație

Modulul de alimentare este alcătuit din următoarele componente:

Sursă de alimentare 380 V / 24 Vcc marca Siemens model 6EP1436-3BA00,

Modul tampon sursă alimentare 24 Vcc / 24 Vcc marca Siemens model 6EP1961-3BA00 având principalul rol de a prelua șocurile din rețeaua de alimentare

Modul sursa DC – UPC marca Siemens model 6EP1931 – 2FC21 cu rolul de a monitoriza tensiunii de 24 Vcc de la sursa de alimentare sau de la modulul tampon în cazul în care tensiunea de 380 Vca la Casa Vanelor este întreruptă. Modulul UPC are rolul de a monitoriza starea bateriei, încărcarea acesteia și semnalizează la automatele programabile parametrii bateriei : baterie OK (U bat >22.6 Vcc), dacă bateria este descărcată sau dacă acumulatorii sunt defecți, bateria este scoasă din circuitul UPC, sistemul funcționează în regimul de baterie când nu avem tensiunea de 380 Vca la casa Vanelor. Modulul Siemens model 6EP1931–2FC01 este folosit în dulapul D2 aferent vanei de lucru cu specificațiile asemănătoare sursei UPC 6EP1931 – 2FC21

Baterie tampon și baterie uscată marca Siemens model 6EP1936 6MF01 având următoarele caracteristici : U = 24 Vcc / capacitate 12 Ah / Imax = 3 A.

Sistem comandă manuală

Sistemele de comandă a vanelor sunt prevăzute fiecare cu un sistem de ridicare manuală al lor în cazul în care acestea au fost coborâte din anumite circumstanțe spre exemplu verificări / revizii ale vanelor sau în cazul de avarie spre exemplu spargere conductă forțată. Acest sistem poate doar să coboare vanele, dar nu poate să le ridice.

Sistemul responsabil de comanda manuală a vanelor este amplasat în dulapurile D2 pentru vana de lucru și D4 pentru vana de revizie fiind compus din:

Automat programabil : Marca Siemens seria S7 – 224, model 6ES7 224 – 1BD21 – 0XB0

Convertor DC / DC 24 Vcc / 12Vcc având rolul de a alimenta adaptoarele de comunicație RS 232 / RS 485

Relee de comandă pentru acționarea pompelor și electroventilelor în regim manual

Chei și butoane de comandă amplasate pe ușa dulapurilor de comandă manuală D2 vana de lucru și D3 vana de revizie.

Senzori de urmărire poziție vane, montați pe axul fiecărei vane.

Automatul programabil : 6ES7 224 – 1BD21 – 0XB0

memorie program utilizator: EEPROM

tip memorie date: RAM

tensiune alimentare: 230 Vca

interfața de comunicație RS 485

intrări digitale: 14, semnal ”1” logic +/-(15-35)Vcc, curent maxim 7 mA și semnalul de “0” logic cuprins între +/–5Vcc , curent maxim 1 mA

izolare galvanică prin optocuplor

ieșiri analogice: 10, semnal ”1” logic minim – 1.8 Vcc, curent maxim 0.5 A semnal “0” logic aproximativ 0 Vcc, curent maxim 0.2 mA

izolare galvanica prin relee

Convertor DC / DC 24 Vcc / 12Vcc

tensiunea de intrare +24 Vcc

tensiunea / curentul de ieșire + 12 Vcc / 1 A – protecție la scurtcircuit

5.1.5 Relee pentru comanda și acționarea pompelor și electroventil în regim manual

Automatul programabil, pentru fiecare poziție citită a vanei de senzorii de proximitate sau la apăsarea butonului de pornire pompă, pornește una dintre pompe ( P1 / P2) din întrerupătorul situat în dulapurile D3 și D5 generând comanda pentru pornirea pompei, pentru una din cele două vane VL (vana de lucru) și VR (vana de revizie)

Releele de comandă pompe în dulapurile D2 / D5 sunt :

pentru pompa P1 avem releu K1

pentru pompa P2 avem releu K2

Semnalizarea locală pe lămpile de pe ușile dulapurilor D2 / D4 a poziției vanelor este realizată prin :

Q 0.2 – releu KMT (D3/D5) pentru tasare VL/VR și semnalizare în centrală pe fir

Q 0.3 – releu K3 pentru lampa h1 (ușa dulap) – releu KMD (D3/D5) vane deschise și semnalizare în centrală pe fir

Q 0.4 – releu K4 pentru lampa h2 (ușa dulap) – vane la tasare

Q 0.5 – releu K5 pentru lampa h3 (ușa dulap) – vane închise

Q 0.6 – releu M / KA (D3/D5) prin acționarea electroventil EV1 / EV2

Q 0.7 – releu KMI (D3/D5) pentru comanda închidere vane și închidere agregate cu semnalizare în centrală pe fir

5.1.6 Chei și butoane de comandă (amplasate pe ușa dulapurilor D2 și D4

Comanda asupra vanelor în regim manual ( se efectuează probe la vane sau unghiul lentilă vană depășește 10 grade, defecte în sistemul de comandă, etc. ) se realizează prin acționarea manuală asupra elementelor de comandă amplasate pe ușile dulapurilor.

Trecerea de la modul automat în cel manual se realizează prin acționarea comutatorului b1 (selecție de pe modul automat în cel manual) pe poziția manual.

Semnalizările locale sunt realizate pe lămpile de semnalizare poziție vană. În regim manual, sistemele de comandă automată rămân alimentate, dar trec într-un regim de lucru în care numai sunt achiziționate semnalele din sistem, fără a fi generate comenzi pe ieșirea automatelor către instalații, sistemul automat afișează local pe consola operator mărimile din proces și le transmite serial la camera de comandă pe consola calculatoarelor.

Semnificația lămpilor :

lampa h1 aprinsă – vană deschisă (poziție unghiulară între 0 și 5°)

lampa h2 aprinsă – vană la tasare = se generează comanda de pompare ulei din piston pentru ridicarea lentilei vanelor la atingerea poziției unghiulare de 5°

lampa h3 aprinsă – vană închisă = s-a depășit valoarea de poziție unghiulară de 10°

Comanda asupra vanelor :

buton b3 (buton cu reținere) are rolul de a porni pompa prin comanda de acționare pompă în condițiile în care poziția unghiulară a vanei se afla intre 0 – 5°, sau dacă vana este închisă se ridică doar după egalizarea presiunilor amonte / aval pe lentilă

buton b2 ( buton oprire pompă ) dă comanda de oprire pompare – dacă, la ridicarea vanei din poziția închisă către zero, unghiul vanei este mai mare de 5° și se comandă oprirea pompării, la acționarea butonului b2, vana va merge din nou la închidere.

Comanda închidere vană voită

buton b4 este un buton de tip ciupercă, iar la acționarea sa se întrerupe comanda pe electroventil, care are drept efect închiderea vanelor. Pentru anularea comenzii butonul ciupercă se v-a roti.

Când se ridică vana, nu se realizează comanda manuala dacă din centrală s-a dat un semnal de închidere vană sau daca butonul b4 nu a fost eliberat său dacă vana se află într-o stare inactivă.

5.1.7 Senzori de urmărire poziție vane

În regim de lucru manual poziționarea vanelor este dată de către senzorii de proximitate aflați pe axul vanelor, montați pentru a indica poziția vanelor. Dacă valoarea logică senzorilor este „1” ne aflăm în situația că ledul este aprins și că elementul de execuție este acționat, iar dacă avem valoarea de „0” înseamnă că ne aflăm în situația că nu avem nici acționare nici nu avem ledul aprins.

Semnificația semnalizărilor senzorilor de proximitate pentru poziție Tr1 / Tr2 :

Tr1 = „1” și Tr2 = „0” avem vană la poziția unghiulară de 0°

Tr1 = „0” și Tr2 = „0” avem vană la poziția intre 0 – 5°

Tr1 = „0” și Tr2 = „1” avem vană la poziția la 5°

Tr1 = „1” și Tr2 = „1” avem vană la poziția de închidere cu unghiul mai mare de 10° și nu mai este nevoie de acționarea electroventilului și a pompei de tasare.

5.1.8 Dulapul de comandă electroventil și pompe vane

Dulapul în care se află comanda pompelor și a electroventilelor este dulapul D1, care are rolul de a asigura alimentare cu tensiune alternativă de 380 Vca a sistemului de comandă pompe, efectuarea lucrărilor de pornire / oprire a pompelor prin soft startere, protecție la scurtcircuit a motoarelor dar și comanda de acționare din circuitele hidraulice a ventilelor care asigură închiderea vanelor.

În dulapul D1 se afla circuitele necesare pentru comanda pompelor și a electroventilelor atât pentru comanda vanei de lucru (VL) și pentru comanda vanei de revizie
(VR). Alimentarea circuitelor de forță pentru motoarele celor două pompe se face cu o tensiune de 0,4 KV prin două linii de alimentare respectiv PSA 1, linia de rezervă care sosește din postul de transformare Trafo, și PSA 4, linia de alimentare centrală cu ajutorul instalației de AAR.

Tensiunea de pe AAR se împarte pe doua linii de alimentare separate care intră pe dulapul D1, selecția liniilor de alimentare realizând-se local în dulap cu ajutorul a două întrerupătoare (A1 și A2) și cu atașarea a 6 siguranțe în pereche e1, e2, e3 și e4, e5, e6.

Circuitele de forță pentru asigurarea antrenării pompelor sunt :

Pompa 1m1 este pompa de lucru VR (vana de revizie) : cu siguranțele e 13,14,15, cu breakerul a3 și circuitul soft starter a 4.

Pompa 1m2 este pompa de rezerva VR (vana de revizie) :cu siguranțele e 10,11,12, cu breakerul a5 și cu circuitul soft starter a6.

Pompa 2m1 este pompa lucru VL ( vana de lucru) : cu siguranțele e 16, 17, 18, cu breakerul a7 și cu circuit soft starter a8.

Pompa 2m2 este pompa rezerva VL (vana de lucru) : cu siguranțele e 7, 8, 9, cu breakerul a9 și cu modul conexiune 4 – circuit soft starter a10.

Comenzile pentru acționarea pompelor sunt recepționate din dulapul D4 – 1m1, 1m2 pentru VR, respective D2 – 2m1, 2m2 pentru VL.

Acționarea electroventilelor pentru cele două vane respectiv EV1 (VR) și EV2 (VL) este realizată prin intermediul contactoarelor C1 (VR) și C2 (VL). Protecția la scurt circuit pe circuitele electroventilelor se face prin intermediul a două siguranțe e19 și e20.

Alimentarea circuitului de termostatare și iluminare a dulapului D1 este realizată cu ajutorul a doua întrerupătoare IC și IL.

5.1.9 Instalația de anclanșare automată a rezervei (AAR)

Alimentarea se face prin intermediul a două linii iar tensiunea intră pe contactele contactoarelor de putere a1 și a2 la valorile nominale ale tensiunii de 380 Vca și o valoare maximă a curentului de 250 A și prin întrerupătoarele automate de protecție a3 și a4 linia fiind selectată din blocul de comandă din dulapurile de acționare.

Detectarea prezenței unei tensiuni de alimentare pe linia principală de alimentare și valorile acesteia se face cu ajutorul unui releu de monitorizare tensiune. În situația în care tensiunea scade sub valoarea minimă a tensiunii de prag a releului, releul v-a efectua o comandă de comutare a alimentării pe linia de rezervă. La revenirea tensiunii peste limita de prag minimă, releul de monitorizare v-a comuta pe linia principală de alimentare.

5.1.10 Instalația de comanda AAR

Instalația de comandă a AAR-lui este amplasată în dulapul de comanda PSA 2 și este compusă din contactoarele tripolare Cp și Cr, care asigură anclanșarea liniei principale sau de rezervă la sistemul de bare de alimentare al sistemului de la Casa Vanelor.

Cu ajutorul unei chei de selecție b4 (butonul 4) de pe ușa dulapului de acționare se selectează regimul de lucru pentru instalația de comandă AAR pentru regimurile de lucru manual / automat.

Alimentarea circuitelor de comandă a AAR sosește din siguranțele e1 și e2, de pe faza R ale liniilor principale și de rezervă.

În regimul de lucru manual prin acționarea întrerupătoarelor de pe ușa dulapului de comandă b7 (buton 7) respectiv b8 (buton 8) verifică funcționarea instalației de AAR prin comutarea acesteia de pe o linie de alimentare pe cealaltă. După verificarea instalației cheia de selecție b4 (buton 4) va fi trecută în poziția automat în care funcțiile de monitorizare sunt preluate de releul de monitorizare (RM) a tensiunilor minime pe linia principală de alimentare.

Releul de monitorizare detectează o scăderea a tensiunii pe linia principală și prin acționarea contactorului de comandă C1 prin intermediul contactorului Cp de pe linia principală v-a trece alimentarea de pe linia de rezervă prin acționarea contactorului Cr.

La revenirea tensiunii pe linia principală peste pragul de tensiune minimă a releului se v-a da comanda de trecerea de pe linia de rezervă, trecerea se v-a face temporizat cu ajutorul releului D1 pe linia principală prin comutarea contactorului principal Cp.

Conectarea instalației pe linia principală sau de rezervă este semnalizată pe panourile dulapurilor PSA 4 / PSA 1 prin intermediul lămpilor de semnalizare h1/ h2, respective h’1/h’2.

De asemenea de pe contactele auxiliare ale contactoarelor Cp / Cr, prin intermediul releelor intermediare K9, K10 se transmite la intrările numerice ale automatelor programabile din dulapurile de comandă D5/D3 starea instalației AAR, pentru monitorizarea comutărilor instalației de pe o linie pe cealaltă .

5.1.11 Senzorii de măsură

În instalația de comandă a vanelor fluture pentru achiziția și detectarea mărimilor caracteristice instalației sunt amplasați următorii senzori

senzor măsura debit vehiculat prin conducta : TQ 30

senzor măsura presiune în conducta forțată amonte / centru / aval vane : TP 10, TP 12, TP 11

senzor măsură poziție unghiulară vane : TU 20, TU 21

senzor măsură nivel ulei în GUP : TN 40, TN 41

senzor măsură presiune refulare : TPr 50, TPr 51

senzor măsură poziție vane (proximitate) : Tx0 60, Tx5 60, Tx0 61 Tx5 61

senzor depistare mișcare galerie : TM 70

senzor efracție ușă galerie : Tef 80

senzor efracție uși post Trafo : Tef 81

Senzor de măsură debit TQ 30

Senzor de presiune diferențială de tip 7FM4433-1BA02, care se conectează la cele 3 prize de presiune amplasate pe conducta forțată în fața vanei de revizie, având următoarele caracteristici:

presiunea maximă de lucru admisă 16 bar

domeniul de măsura : 0 – 100 mbar

semnal de ieșire : curent unificat pe 2 fire

domeniu: 4 – 20 mA

rezoluția : 1 %

grad protecție : IP 65

temperatura de lucru : -10 – 50°C

conectarea la instalație prin baterie de robineți cu 3 cai.

Senzor presiune amonte / centru / aval pe conducta forțată

Pentru măsurarea presiunii amonte / centru / aval pe vane, se utilizează senzorii de presiune TP 10, TP 12, TP 11, de tip 7FM1563-3CB00, montați pe prizele de presiune de pe conducta forțată, amonte / centru / aval pe vane, având următoarele caracteristici :

presiunea de lucru maximă admisa : 25 bar

domeniul de măsură : 0 –16 bar

semnal de ieșire : curent unificat pe două fire

domeniu: 4 – 20 mA

rezoluția : 1 %

grad protecție : IP 65

temperatura de lucru :-10 – 50°C

conectarea la instalație prin robinet de conectare în proces

Senzor măsura poziție unghiulară vane : TU 20, TU 21

Senzorul care se ocupă de măsurarea poziției unghiulare este montat pe axul lentilei vanelor, și asigură urmărirea poziției în mișcare a vanei în domeniul 0 – 90°. Este un senzor de tip unghiular de tip AWS1 – 90 – 420 A, având următoarele caracteristici :

domeniul de lucru : intre 0 – 90°

liniaritatea : +/- 0,2 %

semnal ieșire: curent unificat pe două fire

domeniu : 4 – 20 mA

temperatura de lucru : -20 – 85°C

grad protecție : IP 67

cablu de conectare cu mufă inserată, grad protecție IP 67

construcție carcasă : otel inoxidabil

Senzor presiune măsură nivele GUP : TN 40, TN 41

Senzorii de presiune sunt amplasați pe conducta forțată. GUP – urile asigură acționarea hidraulică a vanelor, traductoarele fiind de tip 7FM1563-3AA00, având caracteristicile :

presiunea maximă admisa :16 bar

domeniul de măsură : 0-100 mbar

semnal de ieșire : curent unificat pe două fire

domeniu: 4-20 mA

rezoluția : 1 %

temperatura de lucru : -10 – 50°C

gard protecție IP 65

Senzor de presiune pentru măsura presiunii de refulare : TPr 50, TPr 51

Senzorii de presiune pe sunt amplasați pe circuitele hidraulice ale vanelor, senzorii fiind de tip 7FM1564-3DB00-1AA1, având următoarele caracteristici :

presiunea maxima admisă : 320 bar

domeniul de măsură : 0-160 bar

semnal de ieșire : curent unificat pe două fire

domeniu: 4 – 20 mA

rezoluția : 1 %

temperatura de lucru : -10 – 50°C

gard protecție IP 65

Senzor măsură poziție vane (proximitate) : Tx0 60, Tx5 60, Tx0 61 Tx5 61

Senzorii de proximitate inductivi sunt montați pe axul vanelor pentru a sesiza pozițiile vanelor în 4 puncte ( 0°, 5°, 10°, 90°), tip CBM 311, nDP, având următoarele caracteristici :

tensiunea de alimentare : + 24 Vcc

curentul nominal absorbit : 200 mA

distanta de acționare : 10 mm

grad protecție : IP 68

Senzor depistare mișcare galerie : TM 70

Senzorul de depistare mișcare, este amplasat în galeria de acces la Casa Vanelor, tip 3RG72-11-6MC00, având scopul de a semnaliza pătrunderea în galeria de la Casa Vanelor, având caracteristicile:

tensiunea de alimentare : + 24 Vcc

distanța de acționare : 10 m

unghi de sesizare reglabil : 0 – 135°

Senzor efracție ușă galerie și uși post Trafo : Tef 80, Tef 81

Senzorii de efracție sunt montați pe ușa de acces a galeriei și pe ușile postului Trafo, fiind de tip întrerupătoare de poziție 3SE 3120 – 0B, alimentate la tensiunea de +24 Vcc.

5.2 Descrierea programelor de urmărire a sistemelor automate de măsură și control de la CHE Mărișel

Subsistemele urmărite în cadrul aplicației, la CHE Mărișel sunt :

Casa Vanelor, vana de lucru: sistem automat de comandă și control a instalațiilor aferente vanei de lucru de la Casa Vanelor

Casa Vanelor, vana de revizie: sistem automat de comandă și control a instalațiilor aferente vanei de revizie de la Casa Vanelor

Semnalizări centrală: sistem automat de urmărire de la distanță a funcționarii sistemelor automate de comandă de la Casa Vanelor

Servicii generale: sistem automat de comandă și control a sistemelor de servicii din centrala electrica

Măsura nivel lac Fântânele: sistem automat de măsura nivel al apei din lacul de acumulare Fântânele

Măsura debite grupuri: sistem automat de măsura debit al debitului de apă care alimentează grupurile din centrala hidroelectrică

5.2.1 Generalități

Sistemele automate care execută urmărirea și comanda instalațiilor prezentate au următoarele roluri:

Urmărirea și generare de comenzi la fiecare sistem în parte

Salvarea datelor de la principalele evenimente din proces

Semnalizarea evenimentelor semnalizate ca avarii

Achiziție, prelucrare și stocare a datelor recepționate de la senzorii din procese

Sintetizarea comenzilor semnalizarea intervențiilor necesare de operator

Asigurarea comutației de pe sistemul principal pe sistemul de rezervă

Sistemul de programe asigură următoarele caracteristici:

Supravegherea datelor și transmiterea lor de la instalații la distanță către operator

Vizualizarea datelor din proces în timp real

Editarea și configurarea fiecărui element care alcătuiește sistemul automat

Structura sistemului hardware este o structură de tip modulară, fiecare sistem lucrează individual și autonom. Sistemele se află într-o dispunere de interconectata între ele având semnalizările de tip releu pe contacte dar și semnalizări pe blinkerele din camera de comandă. S-a ales această sistematizare datorită avantajelor:

Se elimină timpul mort apărut în proces atunci când calculatorul din camera de comandă trebuie oprit aceasta situație fiind evitată prin semnalizarea pe blinkere

Independența față de anumite sisteme automate sau de calcul care nu sunt conectate de sistemul de calcul distribuit

Sisteme independente de semnalizare și alarmare prin contacte de tip releu alimentate de o sursă de alimentare UPS

Identificarea și eliminarea sistemului defect fără a afecta tot sistemul prin comutarea pe sistemul de rezerva

Toate funcțiile de la calculatorul de comandă sunt implementate în aplicația „Telemecanica” instalată la CHE Mărișelu, cu observația că fiecare sistem automat este considerat ca un subsistem modular distinct de program.

Funcțiile realizate de programul din calculatorul de comandă (dispecer):

Preluarea și afișarea grafică a tuturor parametrilor din cadrul subsistemelor urmărite prin afișarea de imagini de ansamblu a instalației cu elementele de comandă, prin afișarea numerică a valorilor citite de senzori și generarea de alarme în cazul depistării unor situații de avarie sau nerespectării parametrilor / valorilor de funcționare.

Recepția de alarme din automatele programabile prin: afișarea codului alarmei date de automat, prin stocarea alarmei într-o bază de date locale pentru o mai buna mentenanță

Comunicarea și preluarea debitelor de la automatul situat la barajul de la Fântânele

Transmiterea comenzilor la operator

Sincronizarea ceasurilor tuturor automatelor programabile

Funcțiile realizate de programele automatelor programabile:

citirea stării actuale a procesului și raportarea la starea anterioară a intrărilor digitale și analogice din proces

aplicarea de comenzi la proces pe baza unor algoritmi decizionali

prelucrarea și afișarea locală pentru mărimile preluate de automat

interpretarea și stocarea semnalelor de stare de la toate sistemele interconectate

transmiterea semnalizărilor exact spre sistemele unde sunt cerute

transmiterea semnalizărilor de avarie sau funcționare normală spre camera de comandă

comunicarea cu calculatorul dispecer prin transmiterea și afișarea datelor locale

5.2.2 Descrierea interfeței utilizator pentru instalațiile de la Casa Vanelor

Interfața grafică a programului este realizată ca o schemă funcțională a instalațiilor urmărite, având simboluri grafice a elementelor de comutație și comandă. Pentru valorile citite din proces de către senzori s-a ales o reprezentare sub formă numerică, cu specificarea punctelor de măsură.

Ecranul principal are mai multe funcții care se ocupă de prelucrarea și afișarea în timp real a informațiilor de la procese pe calculatorul amplasat în camera de comandă. Datele sosesc prin ajutorul modulului de comunicare la distanță de la automate. Modulul de comunicare permite în același timp preluarea comenzilor date de către operatorul uman.

Datele culese de către automate din proces sunt interpretate automat cu scopul afișorii conținutului sub formă grafică. La anumite intervale de timp, calculatorul preia și evenimentele salvate de către automate în memoria lor, pentru a putea fi stocate pe hard-discul calculatorului sub formă de fișierelor istorice de evenimente. Aceste evenimente cuprind : configurația curenta a sistemului, cazurile de alarmare, cazurile de avarie, comenzi furnizate înspre proces, confirmări asupra bunei funcționări a sistemului de automatizare. Pe ecranul operatorului apar datele care provin de la toate sistemele de automatizare care deservesc CHE Mărișel, datele care sosesc de la Casa Vanelor

Datele și reprezentarea lor de la elementele de control al sistemului automat care comandă Vana de Revizie sunt următoarele:

Indicator mod de lucru a sistemului automat de comanda poate fi trecut la Casa Vanelor prin intermediul a doua comutatoare în unul modurile de lucru disponibile cel automat și cel manual (cu ajutorul cheii de selecție) sau dezactivat (Vana Revizie fiind activă / inactivă, selecția se face cu cheia aferentă). Indiferent de modul de lucru selectat, sistemul rămâne alimentat la rețeaua electrica fie cea din postul Trafo, fie direct din centrala, ceea ce permite transmiterea poziției vanei spre calculatorul central. Modul de lucru selectat este afișat prin schimbarea culorii chenarului care cuprinde elementele indicatoare ale instalației de automatizare. Astfel, chenarul este de culoarea roșie când vana se afla în starea “Vana inactiva” iar culoarea verde pentru mod de lucru “Vană Regim Manual” și în cele din urmă pentru modul de lucru “Vană Regim Automat” chenarul v-a fi de culoarea albastra.

Poziție vana de revizie se afla pe ecran atât sub forma grafică cât și numerică. Pe ecran se afișează poziția curentă a vanei, unghi calculat fată de poziția deschisă la 0° până la poziția închisă care v-a fi la poziția unghiulară de 90°.

Semnalizare stare vană se află pe ecran pe lângă senzorul de poziție unghiulară unde sunt amplasați și doi senzori de proximitate care permit detectarea a patru stări distincte a vanei: poziție complet deschisă, poziție aflată în intervalul 0-5°, poziția din intervalul 5-10° și poziție peste 10°. Afișarea stărilor semnalizate prin blinkere se face prin intermediul a 3 led-uri amplasate lângă simbolul vanei.

Presiuni absolute sunt reprezentate din doua puncte aflate în amonte și aval vana, datele culese de la cei doi fiind critice pentru luarea de decizie a operației de deschidere a vanei.

Schema electrică simplificată este prezentată pe ecranul utilizator print-o schema simplă a celor două circuite de alimentare, cu contactoarele și releele. De la blocul de alimentare sunt desenate cu linii verzi traseele de comandă și contactele prin care se alimentează un agregat.

Schema circuitului hidraulic se află pe ecranul operatorului fiind desenată cu linie maro, circuitul uleiului care merge spre baia de ulei prin pompe și electroventil de la pistonul de acționare al vanei.

Indicator selecție pompă de lucru se află pe ecranul operatorului având pentru fiecare vana în parte posibilitatea alegerii uneia dintre pompe respectiv pompa de lucru, respectiv pompa de rezerva selecția fiind posibilă din comutatorul amplasat în dulapul de automatizare. Pe ecran este reprezentat printr-un desen reprezentând un comutator pe linia de alimentare spre pompe.

Contact de comandă pompă de lucru se afla pe ecranul operatorului fiind reprezentat grafic sub forma unui contact pe linia de alimentare a pompei. În momentul luării deciziei de repompare se dă comanda de către automat.

Stare pompa se află pe ecranul operatorului reprezentând pentru fiecare vană doua pompe pentru acționarea la deschidere. Una din pompe este pompa de lucru iar cealaltă pompă reprezintă pompa de rezerva. La fiecare acțiune asupra vanelor, pompa de lucru este cea care are prioritate pentru a intra în funcțiune. Pe ecran pornirea pompei este semnalizată prin aprinderea unui cerc reprezentând un LED care indică starea de funcționare. În cazul în care pompele nu lucrează reprezentarea grafica sub forma de LED v-a fi stinsă.

Stare comandă electroventil se află pe ecranul operatorului desenat ca un simbol grafic asemănător celui din schemele electrice care semnalizează faptul ca electroventilul este acționat sau nu de către automat. Starea de acționare a electroventilului este confirmată prin verificarea contactorului amplasat în dulapul de forță și prin verificarea liniei de alimentare cu 200Vcc;

Stare electroventil se află pe ecranul operatorului fiind afișată doar pe baza datelor culese de la contactorul din dulapul de forță. Electroventil acționat semnalizează că este realizat circuitul electric de acționare electroventil, care permite menținerea vanei în poziția deschisă prin circuitul hidraulic.

Stare linie de alimentare 200Vcc se află pe ecranul operatorului lângă afișajul tensiunii de alimentare a electroventilului. Dacă există mesajul “lipsă tensiune” se dă o comandă de închidere a vanei, concomitent fiind dată comanda de oprire a agregatelor.

Indicatorul nivel de ulei se află pe ecranul operatorului afișat sub formă grafică și sub formă numerică. Datele sunt utile doar pentru programul de revizii sau pentru completarea cu ulei a circuitului hidraulic.

Indicator oprire agregate se află pe ecranul operatorului având forma unui cerc ce simbolizează un led care este ponit în condițiile în care sistemul automat ia decizia de închidere vane ceea ce duce la activarea comenzii de oprire grupuri generatoare. Comanda se generează automat și se transmite direct în instalațiile de comandă grupuri și se semnalizează și în camera de comanda pe blinkere.

Datele și reprezentarea lor de la elementele de control de la sistemul automat care comandă Vana de Lucru sunt următoare:

Indicator mod de lucru a sistemului automat de comandă poate fi trecut la Casa Vanelor prin intermediul a două comutatoare în unul din modurile de lucru disponibile, cel automat și cel manual (cu ajutorul cheii de selecție) sau dezactivat (Vana Lucru fiind activă / inactivă, selecția făcându-se cu cheia aferentă). Indiferent de modul de lucru selectat, sistemul rămâne alimentat la rețeaua electrică fie cea din postul Trafo, fie direct din centrală, ceea ce permite transmiterea poziției vanei spre calculatorul central. Modul de lucru selectat este afișat prin schimbarea culorii chenarului care cuprinde elementele indicatoare ale instalației de automatizare. Astfel, chenarul este de culoarea roșie când vana se află în starea “Vana inactivă” iar culoarea verde pentru mod de lucru “Vană Regim Manual” și în cele din urmă pentru modul de lucru “Vană Regim Automat” chenarul v-a fi de culoarea albastră.

Poziție vană de lucru se află pe ecran atât sub formă grafică cât și numerică. Pe ecran se afișează poziția curentă a vanei, unghi calculat fată de poziția deschisă la 0° până la poziția închisă care v-a fi la poziția unghiulară de 90°.

Semnalizare stare vana se află pe ecran pe lângă senzorul de poziție unghiulară unde sunt amplasați și doi senzori de proximitate care permit detectarea a patru stări distincte a vanei: poziție complet deschisă, poziție aflată în intervalul 0-5°, poziția din intervalul 5-10° și poziția de peste 10°. Afișarea stărilor semnalizate prin blinkere se face prin intermediul a 3 led-uri amplasate lângă simbolul vanei.

Presiuni absolute sunt reprezentate din doua puncte aflate în amonte și aval vana, datele culese de la cei doi fiind critice pentru luarea de decizie a operațiunii de deschidere a vanei.

Schema electrică simplificată este prezentată pe ecranul utilizator print-o schema simplă a celor doua circuite de alimentare, cu contactoarele și releele. De la blocul de alimentare sunt desenate cu linii verzi traseele de comandă și contactele prin care se alimentează un agregat.

Schema circuitului hidraulic se află pe ecranul operatorului fiind desenată cu linie maro, circuitul uleiului care merge spre baia de ulei prin pompe și electroventil de la pistonul de acționare al vanei.

Indicator selecție pompă de lucru se află pe ecranul operatorului având pentru fiecare vană în parte posibilitatea alegerii uneia dintre pompe respectiv pompa de lucru, respectiv pompa de rezervă selecția fiind posibilă din comutatorul amplasat în dulapul de automatizare. Pe ecran este reprezentat printr-un desen reprezentând un comutator pe linia de alimentare spre pompe.

Contact de comanda pompa de lucru se afla pe ecranul operatorului fiind reprezentat grafic sub forma uni contact pe linia de alimentare a pompei. În momentul luării deciziei de repompare se dă comanda către automat.

Stare pompă se află pe ecranul operatorului reprezentând pentru fiecare vană doua pompe pentru acționarea la deschidere. Una din pompe este pompa de lucru iar cealaltă pompă reprezintă pompa de rezervă. La fiecare acțiune asupra vanelor, pompa de lucru este cea care are prioritate pentru a intra în funcțiune. Pe ecran pornirea pompei este semnalizată prin aprinderea unui cerc reprezentând un led care indică starea de funcționare. În cazul în care pompele nu lucrează reprezentarea grafica sub forma de led v-a fi stinsă.

Stare comandă electroventil se află pe ecranul operatorului desenat ca un simbol grafic asemănător celui din schemele electrice care semnalizează faptul ca electroventilul este acționat sau nu de către automat. Starea de acționare a electroventilului este confirmată prin verificarea contactorului amplasat în dulapul de forța și prin verificarea liniei de alimentare cu 200Vcc;

Stare electroventil se află pe ecranul operatorului fiind afișată doar pe baza datelor culese de la contactorul din dulapul de forță. Electroventil acționat semnalizează ca este realizat circuitul electric de acționare electroventil, care permite menținerea vanei în poziția deschisă prin circuitul hidraulic.

Stare linie de alimentare 200Vcc se află pe ecranul operatorului lângă afișajul tensiunii de alimentare a electroventilului. Dacă există mesajul “lipsă tensiune” se dă o comanda de închidere a vanei, concomitent fiind dată comanda de oprire a agregate.

Indicator nivel de ulei se află pe ecranul operatorului afișat sub forma grafică și sub forma numerică. Datele sunt utile doar pentru programul de revizii sau pentru completarea cu ulei a circuitului hidraulic.

Indicator oprire agregate se află pe ecranul operatorului având forma unui cerc ce simbolizează un LED care este ponit în condițiile în care sistemul automat ia decizia de închidere vane ceea ce duce la activarea comenzii de oprire grupuri generatoare. Comanda se generează automat și se transmite direct în instalațiile de comandă grupuri și se semnalizează și în camera de comandă pe blinkere.

Debit uzinat se află pe ecranul operatorului la Casa Vanelor reprezentând poziția în care se măsoară debitul de apă prin conducta de aducțiune de la centrala de la Fântânele. Acesta este afișat tot timpul pe calculatorul de la dispecer dar și local. Debitul este comparat și atent supravegheat de automatul responsabil de grupuri în vederea stabilirii posibilelor cazuri de avariere a conductei forțate (spargere conducta forțată) sau citire eronata.

Indicator stare linie de comunicație

5.3 Sistemul de control automat de la Casa Vanelor

Sistemul control este situat la Casa Vanelor, fiind o parte componentă al CHE Mărișel. Sistemul de control automat se află în interiorul galeriei de la Casa Vanelor fiind compus din cinci dulapuri de automatizare. Sistemul a fost conceput în așa fel să existe pentru fiecare vană un sistem de urmărire și comandă, independente dar și interconectate între ele. Sistemele de comandă pentru ambele vane din punct de vedere constructiv sunt identice, dar și al funcțiilor pe care le îndeplinesc.

Stările care definesc sistemul de automatizare de la Casa Vanelor aplicat pe cele două vane de tip fluture sunt:

Vana în stare activă / blocată

Generare comandă vane pentru închidere agregate

Închidere vană după un interval de timp după oprirea agregatelor

Instalația de automatizare fiind alcătuită din 5 dulapuri după cum urmează:

Dulapul D1 este dulapul responsabil cu efectuarea comenzilor circuitelor de forță și care acționează cele doua vane, vana de lucru și vana de revizie

Dulapul D2 este dulapul responsabil cu alimentarea și comanda manuală a vanei de lucru

Dulapul D3 este dulapul responsabil cu automatizarea și comanda vanei de lucru

Dulapul D4 este dulapul responsabil cu alimentarea și comanda manuala a vanei de revizie

Dulapul D5 este dulapul responsabil cu automatizarea și comanda vanei de revizie

Fiecare sistem este compus dintr-un sistem de achiziție și comandă identice cu scopul de a se suplini unul pe altul ( sistemul de lucru și sistemul de rezervă ) compuse dintr-un automat programabil produs de compania Siemens din seria Simatic S7-200 model S 226 și modulele de conversie de tipul EM 231, având rolul de a converti datele achiziționate de senzorii analogici în date numerice pentru a fi procesate de automatul programabil.

Sistemul de automatizare de lucru este alcătuit din:

Automat programabil U 1.1

3 module analogice U 1.2, U 1.3, U1.4

Sistemul de automatizare de rezerva este alcătuit din:

Automat programabil U 2.1

3 module analogice U 2.2, U 2.3, U 2.4

Sistemul de alimentarea pentru dulapurile unde sunt localizați senzorii și sistemul de comandă manuală ( dulapurile D2 și D4 ) este dată de o tensiune continuă de 24 Vcc.

Comanda manuală pe vane se va executa la manevrele necesare deschideri vanelor în cazul în care apar următoarele evenimente de avarie :

Comanda de închidere a vanelor executată din centrala în cazul în care :

Se sparge conducta forțată

Se inundă centrala

Datele din aparatul director nu sunt identice pentru operațiunea de închidere a vanei sferice

Închidere voita a vanei de lucru din centrală

închidere voita a vanei de revizie din centrală

Comanda de închidere vanelor executata local de la Casa Vanelor în cazul în care :

Lipsă tensiune de alimentarea 220 Vcc la Casa Vanelor, prin dezactivarea electroventilelor

Detectarea unei poziții unghiulare mai mare de 10° a lentilei vanelor

Selecția sistemului de acționare a vanelor din regimul de lucru automat la cel manual se face prin intermediul cheilor de selecție sistem de lucru aflate pe ușa dulapurilor D2 / D4. Selecția constă în comutarea butonului b1 pe una din poziții „vană automată / vană manuală”

5.3.1 Semnificația semnalelor de comanda

Fiecare sistem generează comenzi asupra vanelor totul depinzând de valoarea mărimilor achiziționate și recepționate din centrala subterană.

Comenzile sunt generate pe ieșirile automatelor programabile. Ieșirile sunt notate la început cu litera Q și cu o adresa numerică pentru fiecare ieșire separată. Ieșirile sunt de la Q0.1 la Q0.7 și de la Q1.0 la Q1.7 pentru fiecare automat care deservește ambele vane, respectiv vana de lucru și vana de revizie.

Semnalele de comandă generate de fiecare automat sunt amplificate cu ajutorul releelor de separare aflate în circuitele de comandă. Releele sunt notate cu litera K și cu o valoare numerică despărțită printr-un punct pentru adresa :

Valorile releelor pentru automatul U 1.1 sunt de la K 1.1 la K1.16

Valorile releelor pentru automatul U 2.1 sunt de la K2.1 la K2.16

Selecția automatelor se realizează din camera de comandă de pe consola operator a calculatoarelor principal pentru selectarea automatului de lucru sau cel de rezervă.

În dulapurile de comandă a celor doua vane respectiv dulapul D3 pentru vana de lucru și D5 pentru vana de rezervă se semnalizează automatul folosit:

Vana de lucru (releu K 3.5) :

Releu K3.5 semnalizare prin led oprit (stins) se face selecție pe U1.1

Releele comandate de K3.5 :

KA – alimentare automate

KTP – consola operator locala conectata la U1.1

KL – linia de comunicație conectata la U1.1

K1, K2, K3 – traductorii conectați la intrările U1.1

Daca sunt acționate releele atunci ledurile de semnalizare sunt pornite (aprinse).

Releu K3.5 semnalizare led oprit(stins) selecție U2.1

Releele comandate de K3.5 :

KA – alimentare automate

KTP – consola operator locala conectata la U2.1

KL – linia de comunicație conectata la U2.1

K1, K2, K3 – traductorii conectați la intrările U2.1

Daca nu sunt acționate releele atunci ledurile de semnalizare sunt oprite.

Vana de revizie (releu K 3.4) :

Releu K3.4 semnalizat prin led oprit (stins) selecție U1.1

Releele comandate de K3.4 :

KA – alimentare automate

KTP – consola operator locala conectata la U1.1

KL – linia de comunicație conectata la U1.1

K1, K2, K3 – traductorii conectați la intrările U1.1,

Daca nu sunt acționate releele atunci ledurile de semnalizare sunt oprite.

Releu K3.4 semnalizat prin led oprit (stins) selecție e U2.1

Releele comandate de K3.4 :

KA – alimentare automate

KTP – consola operator locala conectata la U2

KL – linia de comunicație conectata la U2.1

K1, K2, K3 – traductorii conectați la intrările U2.1

Daca sunt acționate releele atunci ledurile de semnalizare sunt pornite (aprinse).

5.3.2 Semnificația Ieșirilor pentru Vana de lucru

Ieșirile sunt notate cu litera Q în față și urmată de adresa ieșirii alcătuită de un grup de numere despărțite printr-un punct (adresa ieșirilor) după cum urmează (starea de activ / inactiv este dată de ledul de la automatul programabil):

Q0.2 reprezintă comanda tasare pompa : 2m1 Vana Lucru când este activa rezulta comanda de tasare

Q0.3 reprezintă comanda tasare pompa : 2m2 Vana Lucru când este activa rezulta comanda de tasare

Q0.5 reprezintă comanda electroventil EV 2 când este activa EV 2 este acționat

Q0.6 reprezintă comanda electroventil purjare la traductorul de debit când este activa rezulta purjare

Q0.7 reprezintă comanda electroventil egalizare de la senzorul de debit când este activa rezulta comanda de egalizare

Q1.1 reprezintă semnalizare Vana Lucru tasare în centrala pe blinkere când este activa rezulta tasare Vana

Q 1.2 reprezintă semnalizare locala AAR ( anclanșator automat al rezervei ) nepregătit în situația în care rămânem fără tensiune pe ambele linii de alimentare

Q 1.3 reprezintă semnalizare Vana Lucru deschisă în centrala pe blinkere când este activa rezulta că Vana de Lucru se afla în poziția de deschidere intre 0 și 5°

Q1.5 reprezintă semnalizare Vana Lucru închisa în centrala pe blinkere când este activa rezulta că Vana de lucru este închisa la 90°

Q1.7 reprezintă comanda de închidere Vana Lucru prin oprire agregate în centrala când este oprită s-a dat comanda de oprire a agregatelor iar când este aprinsa rezulta funcționare corecta.

5.3.3 Semnificația ieșirilor pentru vana de revizie

Ieșirile sunt notate cu litera Q în față și urmată de adresa ieșirii alcătuită de un grup de numere despărțite printr-un punct (adresa ieșirilor) după cum urmează (starea de activ / inactiv este data de ledul de la automatul programabil):

Q0.0 reprezintă comanda tasare pompa : 1m1 aferenta Vana Revizie când este activă rezultă comanda de tasare

Q0.1 reprezintă comanda tasare pompa : 1m2 VR aferenta Vana Revizie când este activă rezultă comanda de tasare

Q0.4 reprezintă comanda electroventil EV 1 când este activă EV 1 este acționat

Q1.0 reprezintă semnalizare tasare în centrala a Vana Revizie pe blinkere rezultând tasare Vana Revizie

Q 1.2 reprezintă semnalizare locala AAR ( anclanșator automat al rezervei ) nepregătit în situația în care rămânem fără tensiune pe ambele linii de alimentare

Q 1.4 reprezintă semnalizare Vana Revizie deschisă în centrală pe blinkere când este activă rezultă că vana de revizie se află în poziția de deschidere între 0 și 5°

Q1.6 reprezintă semnalizare Vana Revizie închisă în centrală pe blinkere când este activă rezultă că Vana Revizie este închisă la 90°

Q1.7 reprezintă comanda de închidere Vana Revizie prin oprire agregate în centrală când este oprită s-a dat comanda de oprire a agregatelor iar când este aprinsă rezultă funcționare corectă.

5.3.4 Semnificația intrărilor în automatul programabil pentru vana de lucru

Intrările sunt notate cu litera I în față și urmată de adresa intrării alcătuită de un grup de numere despărțite printr-un punct (adresa intrărilor) după cum urmează (starea de activ / inactiv este dată de ledul de la automatul programabil):

I0.0 reprezintă semnal senzor proximitate 0° pentru vana de lucru

I0.1 reprezintă semnal senzor proximitate 10° pentru vana de lucru

I0.2 nu este utilizat

I0.3 reprezintă semnalizare locală, alimentare AAR din centrala când este activă înseamnă că este cuplată linia principală pe AAR

I0.4 reprezintă semnalizare locală, alimentare AAR din Post Trafo când este activ înseamnă ca este cuplata linia secundara pe AAR

I0.3 nu este activ înseamnă ca nu exista cuplată linia secundară, lipsă alimentare cu energie

I0. nu este activ înseamnă că nu este cuplată linia secundară, lipsă alimentare cu energie

I0.5 reprezintă semnalizare trecere sistem pe de pe comanda automată pe comanda manuală

I0.6 reprezintă semnalizare închidere vană de lucru local din buton b4 când este activ se închide vana de lucru din buton

I0.7 reprezintă semnal confirmare acționare electroventil EV 2 din vana de lucru, când este activ electctroventilul este acționat, iar când este stins, înseamnă electroventilul EV 2 este dezexcitat

I1.0 reprezintă semnalizare stare sursă alimentare când este activă, tensiunea bateriei tampon este sub valoarea de 85% din tensiunea nominala

I1.1 reprezintă semnalizare efracție ușă galerie, când este activă ușa galerie este deschisă

I1.2 reprezintă semnalizare detector mișcare galerie, când este activă se detectează mișcare în galerie

I1.3 reprezintă semnalizare prezență tensiune 220 Vcc, când este activ înseamnă ca avem tensiune de 220 Vcc iar când este inactiv nu avem tensiune de alimentare 220 Vcc la Casa Vanelor

I1.4 reprezintă semnalizare pompă activă la Vana Lucru, când este stins, Pompa P1 este activă iar când este aprinsă Pompa P2 este activă.

I1.5 reprezintă semnalizare stare Vana Revizie, când este activă vana de revizie este închisă iar când este inactivă Vana Revizie nu s-a închis după generarea comenzii de oprire a agregatelor

I1.6 reprezintă semnalizare Vana Revizie generare comanda vanelor de revizie prin oprirea agregatelor. Când starea este activă nu este generată comanda, iar când avem starea inactiva a fost dată comanda de închidere a vanei de revizie prin oprirea agregatelor

I1.7 reprezintă semnalizare efracție a postului Trafo de lângă Casa Vanelor, când este activă a fost semnalizată efracția iar când este stins nu a fost efracție

I2.0 reprezintă comanda din centrala a închidere a vanelor în cazul apariției unor avarii grave (spargere conducta forțată prin neconcordanța de valori măsurate a parametrilor pe conducta de forță sau inundare centrală) când este starea activă se generează comanda de închidere iar când este inactiv nu se generează comanda de închidere vană

I2.1 nu este utilizat

I2.2 reprezintă comanda de închidere a vanei de lucru din centrala, când este activă se generează comanda închidere voita a vanei de lucru, când este inactiva nu s-a generat comanda.

I2.3 nu este utilizat

I2.4 reprezintă comanda din centrală, comutare de pe automat de lucru pe cel rezervă la vana de lucru, când starea este inactivă comuta pe automat de lucru U1.1 și cel rezerva U2.1, când starea este activa comută pe automat lucru U2.1 și cel rezerva U1.1.

I2.5 reprezintă semnal selecție linie de comunicație între centrală și Casa Vanelor, semnal generat de pe consola operator din camera de comandă. Când starea este inactivă folosim linia de comunicație L1 ca linie de comunicație activă și linia de comunicație L2 ca linie de rezervă, când avem stare activă comutăm linia L1 ca linie de rezervă și linia L2 linie de comunicație activă.

I2.6 reprezintă semnalizare vană de revizie activă / inactivă, când starea este activă Vana Revizie este vană activa (nu este blocată mecanic) iar când este inactivă Vana Revizie este inactivă (blocata mecanic).

I2.7 reprezintă semnalizare Vana Lucru activă / inactivă când starea este activă Vana Lucru este vană activă (nu este blocată mecanic) iar când este inactivă Vana Lucru este inactivă (blocata mecanic).

5.3.5 Semnificația intrărilor în automatul programabil pentru vana de revizie :

Intrările sunt notate cu litera I în față și urmată de adresa intrării alcătuită de un grup de numere despărțite printr-un punct (adresa intrărilor) după cum urmează (starea de activ / inactiv este dată de ledul de la automatul programabil):

I0.0 reprezintă semnal senzor proximitate 0° pentru vana de revizie

I0.1 reprezintă semnal senzor proximitate 10° pentru vana de revizie

I0.2 reprezintă semnal confirmare acționare electroventil de la vana de revizie EV 1, când este activat avem EV 1 acționat iar când avem inactiv avem EV 1 dezexcitat

I0.3 – semnalizare locală, alimentare AAR din centrala înseamnă că avem pornită linia principală AAR

I0.4 – semnalizare locală, alimentare AAR din Post Trafo înseamnă că avem pornită linia secundară AAR : I0.3 și I0.4 stinși înseamnă că nu avem 0.4 KV la Casa Vanelor ( semnalizata în Centrala pe blinkere)

I0.5 reprezintă semnalizare trecere sistem pe de pe comanda automată pe comanda manuală

I0.6 reprezintă semnalizare închidere vana de lucru local din buton b4 când este activ se închide vana de revizie din buton

I0.7 nu este utilizat neutilizat

I1.0 reprezintă semnalizare stare sursă alimentare când este activă tensiunea bateriei tampon este sub valoarea de 85% din tensiunea nominală

I1.1 reprezintă semnalizare efracție ușa galerie, când este activă, ușa galeriei este deschisă

I1.2 reprezintă semnalizare detector mișcare galerie, când este activă se detectează mișcare în galerie

I1.3 reprezintă semnalizare prezentă tensiune 220 Vcc, când este activă înseamnă că avem tensiune de 220 Vcc iar când este inactivă nu avem tensiune de alimentare 220 Vcc la Casa Vanelor

I1.4 reprezintă semnalizare pompa activă la Vana Revizie, când este stins, Pompa P1 este activă iar când este aprinsă Pompa P2 este activă.

I1.5 reprezintă semnalizare stare Vana Lucru, când este activă vana de revizie este închisă iar când este inactivă Vana Lucru nu s-a închis după generarea comenzii de oprire a agregatelor

I1.6 reprezintă semnalizare Vana Lucru, generare comandă a vanelor de lucru prin oprirea agregatelor. Când starea este activă nu este generata comanda, iar când avem starea inactivă a fost dată comanda de închidere a vanei de lucru prin oprirea agregatelor

I1.7 reprezintă semnalizare efracție a postului Trafo de lângă Casa Vanelor, când este activă a fost semnalizată efracția, când este stins nu a fost sesizată.

I2.0 reprezintă comanda din centrala a închidere a vanelor în cazul apariției unor avarii grave (spargere conducta forțată prin neconcordanță a valorilor măsurate a parametrilor pe conducta de forță sau inundare centrală) când este starea activă se generează comanda de închidere când este inactiv nu se generează comanda de închidere vane

I 2.1 reprezintă comanda de închidere a vanei de lucru din centrală, când este activă se generează comanda închidere voita a vanei de lucru, când este inactiva nu s-a generat comanda.

I2.2 nu este neutilizat

I2.3 reprezintă comanda din centrala comutare de pe automat de lucru pe cel rezervă la vana de lucru, când starea este inactivă comută pe automat de lucru U1.1 și cel de rezervă U2.1, când starea este activă comută pe automat de lucru U2.1 și cel de rezervă U1.1

I2.5 reprezintă semnal selecție linie de comunicație între centrală și Casa Vanelor, semnal generat de pe consola operator din camera de comanda. Când starea este inactivă folosim linia de comunicație L1 ca linie de comunicație activă și linia de comunicație L2 ca linie de rezervă, când avem stare activă comutăm linia L1 ca linie de rezervă și linia L2 linie de comunicație activă.

I2.6 reprezintă semnalizare vană de revizie activă / inactivă, când starea este activă Vana Revizie este vană activă (nu este blocată mecanic) iar când este inactivă Vana Revizie este inactivă (blocată mecanic).

I2.7 reprezintă semnalizare Vana Lucru activă / inactivă când starea este activă Vana Lucru este vană activă (nu este blocată mecanic) iar când este inactivă Vana Lucru este inactivă (blocata mecanic).

5.4 Regimurile de funcționare

Sistemul automat are rolul de comandă a instalațiilor de la Casa Vanelor de la CHE Mărișel are doua regimuri de lucru: regimul de lucru automat și regimul de lucru manual.

5.4.1 Regimul de lucru automat

Regimul de lucru normal este regimul prioritar al sistemului de la Casa Vanelor, fiecare vană se află în stare activă, fiecare sistem comandă vană la tasare, semnalizează poziția vanei în centrală pe linia de comunicație serială și pe firele de semnalizare pe blinkere.

Prioritatea vanelor se face în felul următor: Vana de Lucru este prioritară fată de Vana de Revizie iar la recepția unui semnal care v-a modifica starea vanelor închisa / deschisă, vana de lucru v-a fi prima care v-a interpreta acest semnal iar vana de revizie v-a așteptă după alt semnal dat de automatul programabil.

Există și situații decizionale prestabilite după cum urmează:

Dacă ambele vane sunt active, la recepția semnalului pentru închiderea vanelor, vana de lucru v-a fi prima care v-a transmite către centrala comandă de închidere a agregatelor dar v-a notifica vana de revizie ca s-a dat comandă de închidere.

În cazul în care vana de lucru nu v-a executa comandă de închidere într-un interval de timp predefinit (3 minute), vana de revizie nu mai așteaptă alta comandă de la automat și v-a închide conducta forțata, astfel centrala nu mai poate comanda vana de revizie după închiderea completă a circuitului care alimentează cu apa turbinele.

Vana de lucru este vana care a dat semnalul de închidere a agregatelor și nu permite pornirea grupurilor numai atunci când manevrele de deschidere a vanelor au fost efectuate de către personalul de intervenție însărcinat cu mentenanță instalațiilor de la Casa Vanelor.

În situația în care vana de lucru se afla în starea inactiva, blocată mecanic, vana de revizie v-a primi un semnal de închidere din centrala și v-a închide și agregate, notificând centrala ca v-a închide agregatele și vana fără a mai aștepta temporizarea, ca în cazul precedent.

5.4.2 Regimul de lucru manual

În regimul de lucru manual acționarea unei vane se face cu ajutorul cheilor de selecție aflate în dulapul D4 și dulapul D2, fiind comutată poziția de lucru de pe poziția automat pe poziția de lucru manual de personalul responsabil cu intervenția și întreținerea instalațiilor aflate la Casa Vanelor

Exista situații de funcționare prestabilite de selecție a regimului manual după cum urmează:

În cazul reviziilor a sistemelor mecanice și hidraulice care acționează vanele care se ocupa cu blocarea lor. În aceste situații se pot face verificări la starea de exploatare a tuturor componentelor mecanice dar și a conductei forțate.

În a doua situația în care una dintre vane sau ambele sunt închise. Pentru deschiderea vanelor este nevoie de deplasarea personalului de intervenție pentru a reporni deschiderea vanelor pentru a se asigura ca nu se produc diferite evenimente care să distrugă conducta forțata (presiuni joase care să permită apariția cavitației aerului din conducta forțata).

În cazul de funcționare a vanelor în regim manual trebuie să existe supraveghere a personalului de întreținere dar și notificarea în centrală a existenței acestei stări de funcționare. Afișarea se v-a face pe consola operatorului dar și pe interfețele de tip touch pannel.

Când se comută de pe modul de lucru manual pe cel automat se v-a reporni sistemul sub supravegherea personalului de intervenție cu mențiunea că una din vane trebuie sa fie activă sau ambele și se v-a verifica dacă parametri colectați de centrala sunt corespunzători cu cei afișați la Casa Vanelor.

Trecerea din regimul de lucru automat în cel manual se v-a face cu ajutorul cheilor de selecție aflate în dulapul D2 și dulapul D4 prin comutarea cheilor în dreptul poziției care indică „Mod de lucru automat”.

5.4.3 Metode de deschidere a vanelor de la Casa Vanelor

După închiderea uneia dintre vane sau a ambelor se v-a genera în centrală comanda de închidere a agregatelor care v-a rămâne permanentă până când una dintre vane sau ambele v-or fi ridicate, de către personalul de întreținere și intervenție. Pentru a se ridica una dintre vane sau pentru a se ridica ambele vane trebuie parcurși următorii pași de către personalul de intervenție:

Trebuie sa se ajungă la dulapurile responsabile de vana de lucru, dulapurile D2 și D3 și la dulapurile responsabile de vana de revizie, dulapurile D4 și D5 și se comută întrerupătoarele IL pe poziția „ON” pentru dulapurile din D2 și D4 pentru a fi iluminate dulapurile de comandă vane, și se comută întrerupătoarele IC pe poziția „OFF” pentru oprirea climatizării dulapurilor cât timp ușile v-or fi deschise.

Prin deschiderea dulapurilor D3 și D5 se v-a porni consola operatorului local și pe ecranele consolelor v-or fi prezentați parametrii măsurați de senzorii fiecărui sistem de achiziție și comandă vane.

La vana de lucru sunt afișate :

Presiune amonte vană de lucru în conducta forțata

Nivel ulei în grupurile unităților de pompare aferente vanei de lucru

Debit prin conducta forțata

Poziție unghiulară vană de revizie

Presiune refulare în circuitul hidraulic vană de lucru

Stare vană de revizie (activa / inactiva)

Pompa de lucru selectarea pompelor

La vana de revizie sunt afișate :

Presiune amonte vană de lucru în conducta forțata

Nivel ulei în grupurile unităților de pompare aferente vanei de revizie

Debit prin conducta forțata

Poziție unghiulară vană de revizie

Presiune refulare în circuitul hidraulic vană de revizie

Stare vană de revizie (activa / inactiva)

Pompa de lucru selectarea pompelor

Se verifica în dulapul D1 poziția siguranțelor e19, e20 sa fie selectate pe poziția „ON” cu mențiunea ca fiecare siguranța este atribuită unui electroventil respectiv pentru electroventilul EV 1 îi este atribuita siguranța e19 de la vana de revizie și pentru electroventilul EV 2 îi este atribuită siguranța e20 de la vana de lucru.

Următorul pas este de a se verifica presiunea din conducta forțata pe intervalul amonte aval al vanei, sau vanelor după caz, care este închisa. În caz că presiunea este egalizată și în amonte și în aval se poate trece la operația de deschidere vana.

Daca presiunea nu este egalizată, respectiv diferența dintre presiune amonte și aval este mai mare de 1 atm. V-a trebui efectuată operația de egalizare presiune pe lentila vanei prin deschiderea manuala a robinetului de by-pass de pe circuitul de by-pass cu scopul de a egaliza cele doua presiuni.

Daca supapele de siguranța de pe conducta forțata au fost acționate se verifica atent creșterea presiunii în conductă datorita riscului ca cele doua supape să nu fie perfect etanșate, iar închiderea să nu fie corecta, rezultând o inundare la Casa Vanelor sau în cel mai râu caz inundarea grupurilor din centrală. După ce s-au închis corect cele două supape de evacuare se v-a elibera aerul din conducta forțata prin deschiderea vanelor de evacuare aer.

Daca s-a închis o singura vana, după egalizarea presiunilor pe vana se poate trece la deschiderea acesteia.

Daca au fost închise ambele vane, după egalizarea presiunilor, se începe operația de deschidere a vanelor în ordinea : Vana Revizie urmând ca după aceea să se deschidă Vana Lucru

Daca o vană este declarată de automat inactiva v-a rezulta ca acea vană sa fie blocată din punct de vedere mecanic urmând sa se realizeze operațiunile de repornire a vanei

După parcurgerea pașilor mai sus prezentați se v-a comuta cheia de selecție regim de lucru din dulapul D2 pentru vana de lucru și din dulapul D4 pentru vana de revizie urmând cheia sa selecteze pe poziția “Manual” pentru vana blocată sau pentru ambele vane dacă este cazul.

După aceea se v-or verifica senzorii de proximitate și valorile lor. V-a fi nevoie de verificarea ledurilor după tabelul următor, care prezintă semnificația ledurilor de pe senzorii de poziție:

Tabel: 6.1 Tabel valori Senzori de poziție

Următorul pas este verificarea butonului „b4” de tip ciupercă pentru comanda vanelor de lucru și revizie se verifică să nu fie acționat, deoarece butonul este cu automenținere și pentru modificarea stării lui trebuie rotit.

Urmează verificarea în dulapurile D3 pentru vana de lucru și D5 pentru vana de revizie dacă pompa selectată (P1 sau P2 ) este pompa funcționala și în dulapul D1 este realizată calea de activare a softstarterului aferent pompei selectate

Circuitele pentru acționarea pompelor din dulapul D1:

Pompa P1 acționează vana de lucru, având siguranțele e16, e17, e18 închise

Pompa P2 acționează vana de lucru, având siguranțele e7, e8, e9 închise

Pompa P1 acționează vana de revizie, având siguranțele e13, e14, e15 închise

Pompa P2 acționează vana de revizie, având siguranțele e10, e11, e12 închise

Următorul pas este verificarea în dulapul D3 și dulapul D5 dacă vana de lucru și vana de revizie sunt în stare activa. În cazul în care vana sau ambele vane sunt declarate inactive sistemele consideră ca vana sau vanele sunt blocate mecanic, astfel încât nu se va executa nici o comanda de la butoanele de pe dulapurile de comandă manuală, dulapul D2 respectiv dulapul D4.

Se apăsa butonul cu automenținere de pornire a vanelor de lucru și de revizie (pornire vane) din dulapurile D2 și D4 și se verifică lampa care luminează în dreptul mesajului care avertizează că pompele funcționează. Aceasta stare v-a rămâne activă pană în situația în care vanele nu sunt complet ridicate la poziția de 0°. Când se ajunge la această poziție pompele se v-or opri automat și v-or fi semnalizate prin aprinderea lămpii de vane deschise.

Dacă una din pompe de acționare sau toate nu funcționează corect, prin producerea de zgomote în interiorul lor, se v-a opri repomparea prin acționarea butonului de oprire pompe vana de lucru și vana de revizie. Dacă se oprește pompa și poziția vanei este mai mare de 5° atunci vana se v-a închide din nou pentru a evita situațiile de inundare la Casa Vanelor și a turbinelor.

După ce s-au terminat operațiunile de repompare se v-a comuta cheia de selecție din dulapurile D3 și D5 de pe poziția de lucru manuala pe poziția de lucru automata. Se v-a închide circuitul de by-pass de egalizare a presiunii de pe conducta forțata pentru vana sau vanele care au fost închise. Se comută întrerupătorul de iluminat dulapuri pe poziția de stins și se v-or închide ușile dulapurilor.

După efectuarea acestor pași se v-a confirma în centrală efectuarea lucrărilor și se v-a aștepta răspunsul din centrala pentru concordanta datelor și a stărilor primite de pe linia de comunicație cu datele cunoscute de membrii echipei de mentenanță. După ce s-au confirmat valorile echipa de întreținere poate parași Casa Vanelor. La părăsirea instalațiilor de la Casa Vanelor v-a notifica șeful de tura și v-a trimite un raport cu tot ce s-a efectuat pentru repornirea vanelor.

5.5 .Sisteme de protecție

5.5.1 Anclanșarea automata a rezervei (AAR)

Instalația AAR (anclanșarea automata a rezervei) să asigure comutarea consumatorilor de pe linia principala de alimentare pe linia de rezervă atunci când pe linia principală s-a detectat o scădere a valorii tensiunii de alimentare sub un prag programat (350V), cu ajutorul releului de monitorizare a tensiunii pe linia principală. La revenirea tensiunii pe linia principala la valoarea corespunzătoare, AAR-ul trebuie să asigure revenirea de la alimentarea de pe linia de rezervă la alimentarea pe linia principală.

Instalația trebuie să asigure protecția celor doua linii de alimentare în sensul de a asigura protecția punerii în scurt a celor doua linii în timpul manevrelor de comutare între cele doua linii, prin introducerea timpilor de întârziere cu ajutorul releelor de timp, atât la anclanșarea liniei de rezerva (după ce linia principala a fost deconectată) cât și la anclanșarea liniei principale (după ce linia de rezerva a fost deconectată).

Figura: Schema sistemului AAR

Sistemul de anclanșare automata este compus din mai multe componente:

Întrerupătoarele de protecție a1 și a2 de tip 3VF 52 11-1BH41-1HN1 care au rolul de a proteja, într-un sistem de distribuție, liniile (cablurile, legăturile și consumatorii, fără motoare electrice) prin setările supracurentului și a deconectării la scurt-circuit.

Contactoarele Cp și Cr de tip 3TF54 22-0AP0

Releul de monitorizare a tensiunii pe linie RM tip 3UG30 13-1BP60

Releele de timp D1 și D2 sunt de tipul 3RP15 11-1AP 30

Contactoarele C1 și C2 de tip 3RT10 26-1AP04

Contactoarele C3, C4, C11 de tip 3RT 10 24-1AP04

Releele miniatura K9, K10

Butoanele de comanda b7, b’7 / b8, b’8 tip 3SB3202-0AA41 / 3SB3203-0AA21

Funcționarea instalației de AAR trebuie să asigure comutarea în siguranța a tuturor circuitelor care sunt alimentate de pe linia principală de alimentare pe linia de rezervă atunci când pe linia principală de alimentare s-a detectat o scădere a valorii tensiunii de alimentare sub un prag programat (350V), cu ajutorul releului de monitorizare a tensiunii amplasat pe linia principala de alimentare.

La revenirea tensiunii pe linia principală de alimentare la peste valoarea de prag, releul v-a comuta o revenire pe linia principală de la alimentarea fără a fi sesizată. Instalația trebuie să asigure protecția celor doua linii de alimentare fără a pune în scurt-circuit consumatorii când se face comutația de pe linia de alimentare principală pe cea secundară. Soluția aleasă a fost prin introducerea timpilor de întârziere induși cu ajutorul releelor de timp, atât la anclanșarea liniei de rezervă cât și la anclanșarea liniei.

Instalația se alimentează cu tensiunea de alimentare 380 Vca de la linia principala dar și de la linia secundara. Conectarea instalației AAR la cele doua linii de alimentare, linia principală și linia de rezervă, se execută cu circuitele de separare către consumatori în poziția deschisa.

5.5.2 Sursa de alimentare 24Vcc

Sursele de alimentare Sitop 24V/20 A și Sitop 24V/40 A sunt unități încorporate. Ele au rolul de a asigura conversia tensiunii la intrare de 380 Vca la tensiunea de ieșire de 24 Vcc.

Figura: Sursa de alimentare Sitop 20

Date tehnice:

Tensiunea de intrare:

Tensiune intrare: trifazica ac 230/400Vca

Frecvența tensiune intrare: 50/60Hz

Toleranța tensiunii: de la 320 Vca la 500Vca

Timpul de scanare la 400 Vca: 6 ms

Curentul de intrare la 400 Vca: 1 A

Supracurentul este limitat la 250°C : <35 A,

Randamentul tipic: 90%.

Puterea consumată (puterea activă): 540 W

Date de ieșire:

Tensiunea de ieșire în curent continuu: la livrare este de 24 V +/-1%.

Gama de lucru 24 – 28,8 V

Curentul de ieșire în curent continuu: de la 0 la 20 A

Număr maxim de surse ce pot fi conectate: 2

5.5.3 Sursa de alimentare UPS

Sursa de alimentare UPS (sursa de alimentare neîntreruptibile) permite menținerea tensiunii de alimentare pentru un interval de timp. În cazul în care sistemul AAR nu este alimentat nici de linia principală de alimentare dar nici de linia secundară, pentru a se putea alimenta automatele programabile și elementele de măsura din sistem s-a atașat ca protecție sursa de alimentare UPS.

Pentru aceasta soluție tehnica a fost implementată cu ajutorul sursei de alimentare produsă de compania Siemens model Sitop DC – UPS modul 40. Sursa UPS este montată în dulapurile de automatizare lângă sursele de tensiune și bateriile tampon atașate sursei și este legata de bateriile uscate. Perioada medie de funcționare este aproximativ de 7 ore.

Date tehnice sursa de alimentare sursa DC-UPS 40

Standarde:

clasa de protecție III conform cu EN 60950

gradul de protecție IP20 conform cu DIN VDE 0470, 11/92

siguranța SELV conform cu EN 60950

Temperatura de lucru:

pentru UPS:de la -250°C la +60°C

pentru baterie de la +5°C la +40°C

Clasa de umiditate: F conform cu DIN 40040;

Tip aerisire: naturală

Valorile intrărilor la funcționare normala – furnizate de sursa SITOP

tensiunea Us = 24 V (23,5 pana la 26V) DC

curentul Id = 10A/ 20A/ 30A/ 40A

Valorile intrărilor la funcționare pe baterie – furnizate de bateria tampon

tensiunea Ubat = 24 V (27,3 pana la 18,5V) DC

curentul Ibat = 20A/ 40A

Semnal de intrare ON/OFF:

Parametri incarnare

Umax = 12 VDC, SELV

Imax = 5 mA.

Capitolul 6: Testare și validare

6.1 Testare

Sistemul prezentat în capitolele de mai sus a fost testat la sediul companiei IPA SA la sucursala CIFATT Cluj din municipiul Cluj-Napoca.

Datorita restricțiilor de acces impuse de Hidroelectrica și de Hidroserv nu s-a permis ca sistemul propriu zis să fie testat la locația sa.

6.1.1 Montajul de testare

Montajul folosit pentru testarea și conceperea aplicației este:

Conform acestei scheme au fost folosite mai multe elemente:

Senzor vana(senzor poziție vană)

Convertor analog numeric

Automat programabil

Soft starter și motor

6.1.2 Senzor poziție unghiulară

Senzorul folosit pentru măsurarea poziție unghiulare a fost senzorul TU 20, AWS1 – 90 – 420. Senzorul este montat pe lentila vanei și asigura urmărirea poziției în mișcarea vanei în domeniul 0 – 90 grade. Senzorul transmite un curent unificat intre 4 și 20 mA pentru diferite poziții unghiulare a vanei. Curentul măsurat de 4 mA este măsurat pentru poziția unghiulara a vanei de 0° iar curentul de 20 mA este aferent poziției unghiulare de 90°.

Caracteristicile furnizate de constructorul senzorului sunt:

– domeniul de lucru : 0 – 90 grade

– liniaritatea : +/- 0,2 %

– semnal ieșire : 4-20 mA, pe doua fire

– temperatura de lucru : -20 – 85 C

– grad protecție : IP 67

– cablu de conectare cu mufa inserata, grad protecție IP 67

6.1.3 Convertor analog numeric

Convertorul analog numeric are rolul de a converti valorile primite de la senzor, mărimi analogice în mărimi numerice care sa fie prelucrate și interpretate de automatul programabil. Convertorul preia semnalul în curent cuprins intre 4 și 20 mA și le convertește în valori numerice adresate pe 12 biți.

A fost ales convertorul EM 231 produs de compania Siemens pentru ca este o extensie a automatului programabil și ușor de folosit.

Datele caracteristice a acestui convertor:

Număr intrări : 4

Tipuri de intrări: curent cuprins intre 0-20 mA și tensiune intre 0-10V

Tensiuni de lucru 0-10V, 0-5V,+/- 5V, +/- 2,5V

Adresare: 12 biți

Dimensiuni: 71,2 x 80 x 62 mm

6.1.4 PLC (automatul programabil)

Pentru a se face procesarea datelor este nevoie de un automat programabil care sa fie rol decizional. Automatul folosit este SIMATIC S7-226 DC / DC / Relay produs de compania Siemens. Pe lângă acest automat s-a atașat și o sursă de alimentare.

Automatul folosit are următoarele caracteristici:

alimentare 220V/50Hz

număr maxim module de extensie externe: 7

interfețe de comunicație RS 485 – 2

intrări numerice: 24 cu izolare galvanica prin optocuplor – tensiunea de intrare maxima 24Vcc

ieșiri numerice: 16 cu izolare galvanica releu

tensiunea de ieșire 24 Vcc / 230 Vac

curentul de ieșire 2A

număr de acționari 10 mil.

Sursa de alimentare este oferita de compania Siemens fiind modelul LOGO POWER 6EP 1332 – 1SH42. Sursa de alimentare are următoarele specificații:

alimentare 220V/50Hz

ieșire : 24 Vcc / 2,5 A

alimentare circuite de intrare în automatul programabil și a ieșirilor de comanda generate din calculator către instalația de la Casa Vanelor.

6.1.5 Soft starter si motor:

Elementul care se controlează din automat cu ajutorul contactelor, releele și soft starterul este motorul pompei. Motorul acționează pompele cu lichid hidraulic ca in final acest lichid sa împingă cele doua vane aflate la Casa Vanelor de la CHE Mărișel.

Soft starterul permite motorului sa nu pornească brusc, permițându-i să execute o comandă de pornire lină și să nu distrugă echipamentele aflate in jurul său.

Motorul acționează pistoanele pompelor care modifică poziția vanelor. Pentru fiecare vană există două pistoane și două pompe astfel fiecare componentă să fie suplinită în cazul defectării.

6.2 Validare

Validarea sistemuri s-a făcut prin graficul ieșirilor curentului de la senzorul TU 20 și s-a observat ca valoarea curentului de la ieșirea senzorului este conform graficului de mai jos cu poziția unghiulară a vanelor.

Figura 6.1 Dependența curentului față de poziția unghiulară a vanelor

Conform graficului de mai sus care prezintă dependenta poziției unghiulare a vanei și valoarea curentului de pe ieșirea traductorului de poziție. Traductorul fiind ales ca un traductor cu ieșirea pe curent, am avut domeniul de măsura în curent unificat de la 4 mA până la 20 mA.

Senzorul fiind un senzor analogic, valoarea ieșirii de pe senzor a fost un semnal de tip analogic, dar automatul programabil nu poate interpreta semnalul de tip analogic așa că am ales un modul de conversie a valorii curentului în semnal numeric. Astfel am ales ca să convertim semnalul în semnal numeric pe 12 biți cu ajutorul convertorului analog / numeric Siemens EM 231. Rezultatul obținut a fost un semnal numeric cu adresarea pe 12 biți, având 4096 valori distincte a curentului măsurat. Prima valoarea luată pe acest domeniu a fost bitul de 0 în decimal și ultima valoare luată din acest domeniu a fost 4098 astfel avem 4096 valori digitale unice a acestui semnal.

Pentru valoarea de 4 mA am ales valoarea în zecimal de 819. Astfel am setat din PLC varianta de început validă a curentului 0 mA valoarea în limbajul hexazecimal cu 0. Pentru valoarea de 4 mA am ales valoarea în hexazecimal valoarea de 333 iar valoarea de 20 mA a fost aleasă în hexazecimal FFF. Astfel se v-or prelucra numai valorile de la 819 inclusiv până la 4095 în zecimal.

Senzorul lucrând pe gama de 4 mA cu 20 mA nu pe gama de 0 mA cu 20 mA, prezintă un avantaj, ca în cazul întreruperii alimentarii sau detectării unei valori intre 0 și 818 se v-a detecta o alarmă în automat și în consola operatorului că avem o eroare în sistemul de măsura a poziției unghiulare. Astfel v-a apărea o avarie pe sistem și vana se v-a închide urmând ca o echipa de mentenanță să fie trimisa să remedieze problema și să repornească vana.

În cazul în care s-ar fi ales varianta de senzor pe domeniul 0 mA cu 20 mA nu s-ar fi știut situația când senzorul ar fi defect sau ar fi fost lipsa de alimentare și ar fi fost introduse date eronate în sistem sau în cel mai rău caz posibil s-ar fi inundat centrala electrica aflată în aval de Casa Vanelor.

Astfel în final s-a ales valoarea în de 819 pentru poziția vanei la unghiul de 0° și pentru poziția unghiulara de 90° s-a ales valoarea de 4095. Valorile cuprinse intre 0 și 818 se considera defecte fie de lipsa de alimentare fie defect fizic al senzorului. Aceasta interpretare asigura mai multa siguranță a sistemului de control dar și de valori mai exacte a poziției unghiulare a vanei.

În concluzie valorile preluate de automatul programabil de la senzor au respectat valorile impuse și sistemul se considera valid.

Capitolul 7: Concluzii

Sistemul automat de comanda și urmărire a instalațiilor de la Casa Vanelor, CHE Mărișel a fost realizat și implementat în camera de comandă CHE și la Casa Vanelor

Astfel, sistemul asigura :

Vanele fluture de la CHE Mărișel sunt comandate în același timp fără să mai fie vre-o vană din cele două în starea blocată. Sistemul este realizat în așa fel astfel încât fiecare vană ( vana revizie situată în amonte și vana de lucru situată în aval ) are propriul sistem de urmărire și comandă ( măsurarea poziție unghiulare între 0 – 90 grade, tasare la 5 grade, comandă închidere vană la comenzi din centrala și închidere accidentala vană de la Casa Vanelor).

Sistemule de urmărire VR ( Vană Revizie) și VL( Vana Lucru ) sunt identice, fiecare având în componența sa un dulap compus din sursă alimentare / comanda manuala și dulap de comandă cu automate programabile, din vechiul sistem de control. Singura componentă care a rămas a fost dulapul de acționare pompe și electroventil.

A fost realizată o schemă nouă pentru dulapurile situate, care permite urmărirea independenta a evoluției vanelor și semnalizarea permanentă între cele două vane a stărilor în care sunt la un moment dat.

Închiderea unei vane din anumite condiții de defect comandă închiderea temporizată a celei de-a două vane în cazul în care vana acționata nu ajunge la închidere într-un timp predefinit.

Fiecare sistem de comandă a vanelor, are în componenta : automat de lucru / automat de rezerva și sistem de comandă manuală propriu (sisteme independente).

Alimentarea celor doua sisteme de comandă este realizată independent, prin sursa UPS, alimentată de la tensiunea de 0,4 KV și baterie tampon (baterie uscată) – 24 Vcc / 12 A/h.

În camera de comandă este semnalizată starea automatelor este semnalizată starea de funcționalitate a modulelor analogice de extensie și starea surselor de alimentare – semnalizare sonoră daca bateria este descărcată sub 85% din capacitate și se impune înlocuirea acumulatorilor din baterii.

Liniile de comunicație serială între centrala subterană și Casa Vanelor au fost dublate iar selectarea unei linii sau alta este realizată prin comanda operator de pe consola calculatoarelor din centrală. Pe consola operator este semnalizată linia selectată și stare de funcționalitate a comunicație.

Pentru o mai mare siguranță a urmăririi poziției vanelor în automatele sistemelor sunt prelucrate și semnalele generate de senzori de poziție de proximitate montați pe vane.

În centrala este semnalizat faptul ca vanele au ajuns sigur la închidere pe fir direct având semnalizare pe blinkerele independent de transmisia serială a automatelor.

Comanda de închidere vane din centrala către Casa Vanelor este realizată pe un singur semnal, analiza condițiilor care au generat comanda de închidere (spargere conducta forțată, inundare centrală, neconcordanta închidere aparat director – vana sferica, închidere voita vana lucru / vana rezerva) este realizata prin intermediul sistemului automat care a fost amplasat în dulapul PH, care are rol de monitorizare a semnalelor transmise pe cele 21 de fire ale cablului de legătura între centrala și Casa Vanelor, memorarea lor pentru realizarea istoricului în cazul în care linia de comunicație seriala s-a întrerupt cu Casa Vanelor. Automatul comunica cu calculatorul și generează semnalele de comanda către Casa Vanelor pentru : selecție automat de lucru VR, selecție automat lucru VL, selecție linie de comunicație.

Traductoarele din sistem au fost alocate corespunzător pentru fiecare dulap în funcție de apartenenta lor la VR / VL

Automatele A3 (pentru comanda manuala) pe fiecare vana sunt activate local la Casa Vanelor, prin acționarea cheilor de selecție regim de lucru (automat/manual) în poziția manual pentru situațiile de ridicare vane daca acestea sunt la închidere sau în cazul în care se fac verificări cu vanele. Trecerea pe regim manual este semnalizata pe consola operator în centrala

Fiecare sistem este prevăzut cu consola operator locala care afișează parametri specifici fiecărei vane, pompa de lucru selectata precum și stare de funcționalitate a celeilalte vane

Selecția pompelor de lucru / rezerva, pentru fiecare vana în parte se realizează local la Casa Vanelor din întrerupătoarele de selecție pompe, se semnalizează local pompa selectata și se afișează în centrala pe consola operator

Starea de funcționalitate a unei vane : activa/ inactiva, se realizează local la Casa Vanelor prin comutatoarele de selecție vana active / vana blocata. Declararea vanei în stare blocata se realizează după blocarea mecanica a acesteia, în caz contrar are loc închiderea acesteia. Starea de funcționalitate a vanelor este afișata local pe ambele console operator pentru stabilirea priorității în funcționare a vanelor

Selecția automat de lucru / automat de rezerva pentru fiecare sistem este realizata de la distanta de pe consola operator prin intermediul automatului din dulapul PH, cu afișarea pe consola operator din centrala a automatului selectat pentru fiecare sistem

În funcționare normala, ambele vane sunt active, fiecare realizându-și propriile funcții. În aceasta situație prioritara este declarata vana de lucru – aval. În cazul în care din centrala se generează semnal de închidere vane, vana de lucru pleacă la închidere imediat. Daca închiderea a fost realizata în timp de 3 minute, vana de revizie nu reacționează la semnalul recepționat. Daca nu a fost realizata închiderea VL în timpul stabilit VR va pleca la închidere după acest timp.

În cazul în care vana de lucru este declarata inactiva, la generarea semnalului de închidere din centrala VR va pleca la închidere fără temporizare.

În cazul în care vanele sunt ambele declarate active, dar din motive locale vana de revizie pleacă la închidere – poziție unghiulara > 10 grade, daca închiderea vanei se realizează în timpul stabilit vana de lucru nu pleacă la închidere, decât după trecerea timpului stabilit

Semnalizarea în centrala a închiderii vanelor se realizează atât pe linie de comunicație seriala cit și semnalizare pe blinkere în PH pe fir semnalul generat nu depinde de automate, semnalizare pe linia de 601 ( 220 Vcc din centrala)

La generarea impulsului de închidere vane sistemele generează către centrala semnalul de Închidere agregate, semnal care va lamine activ – nu se permite repornirea grupurilor până când personalul de intervenție nu se deplasează la Casa Vanelor pentru efectuarea operațiilor de deschidere vane, la atingerea poziției de 5 grade, semnalul devenind inactiv.

Astfel sistemul de control de la Casa Vanelor permite eliminarea costurilor de mentenanță și supraveghere a companiei Hidroelectrica și ajuta prin monitorizarea în timp real a centralei și componentelor un surplus de siguranța și încredere pentru centrala electrica dar și pentru planificarea de producere a energiei electrice de la centrul zonal Hidroelectrica din municipiul Cluj-Napoca.

Sistemul de control de la Casa Vanelor nu ar fi fost posibil sa fie implementat mai eficient numai cu ajutorul automatelor programabile a companiei Siemens și extensiile lor, dar și cu elementele sensibile descrise. Astfel investiția a redus costurile, a crescut siguranța și a asigurat un mai bun control și cunoaștere în timp real a parametrilor care definesc procesul de producție de energie electrica a celor 3 grupuri electrice de la centrala hidroelectrica de la Mărișelu.

Bibliografie

[1] Ioan Nașcu, Tiberiu Coloși, Clement Feștilă, „Automatizări industriale : îndrumător de laborator. Vol. 1”, Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca, 1993;

[2] Clement Feștilă, Abrudean Mihail, Eva Dulf , „Electronică de putere în automatică”, Mediamira, 2003;

[3] Tubbs Stephen, „Programmable logic controller (PLC) : tutorial, Siemens Simatic S7-200”, Pittsburgh, PA, 2007;

[4] Sorin Herle, „Sisteme de fabricație integrată : lucrări de laborator”, Mediamira, 2004;

[5] http://ap.urpi.fei.stuba.sk/pkom/html/cvicenie1_subory/CV01_PKS_07-08_html_4f0465c8.jpg,

[6] http://www.asm-sensor.com/asm/pdf/pro/aws_en.pdf

[7] http://www.automatizari-scada.ro/html/ce_este_scada__ce_este_modbus_.php,

[8] http://www.conrad.com/medias/global/ce/1000_1999/1900/1970/1978/

197854_BB_00_FB.EPS_1000.jpg

[9] https://www.google.com/webhp?sourceid=chrome-instant&ion=1&espv=2&ie=UTF-8#q=siemens+s7-200

[10] http://www.hidroelectrica.ro/Details.aspx?page=125&article=133

[11] http://www.kentstore.com/6ep1961-3ba00.aspx

[12]http://stoianconstantin.wordpress.com/2009/09/02/puterile-instalate-in-che-urile-din-gestiunea-hidroelectrica/

[13] http://support.automation.siemens.com/dnl/TU/TUyOTI4NwAA_57027057_Akt/S7-1200_Sys.jpg

[14] http://w3.siemens.com/mcms/programmable-logic-controller/en/simatic-s7-controller/s7-200/cpu/PublishingImages/s7-200_cpus_routing.jpg

[15] http://w3.siemens.com/mcms/programmable-logic-controller/en/simatic-s7-controller/s7-1200/Pages/Default.aspx

[16] https://w3.siemens.com/mcms/power-supply-sitop/en/modular/Pages/default.aspx

[17] http://w3.siemens.com/mcms/power-supply-sitop/en/dc-ups/battery/pages/default.aspx

[18] http://www.zst.cieszyn.pl/mechatr/plc_mechatr/s7200analog.pdf

Acronime

PIF – Pune în funcțiune

HMI – Interfața om-mașină

PLC – automat programabil

AAR – anclanșare automată a rezervei

USB – protocol serial de conectare

VL – vană de lucru

VR – vană revizie

UPS – sursă neîntreruptibilă

Anexe

Anexă 1

Anexă 2

Anexă 3

DECLARAȚIE

Prin prezenta declar că lucrarea de licență cu titlul:

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………Coordonator …………………………………………………………………………………………………………………….,

este elaborată și redactată de mine și nu a fost prezentată la o altă facultate sau instituție de învățământ superior din țară sau străinătate.

De asemenea, declar că toate sursele utilizate, incluziv cele de pe Internet, sunt indicate în lucrare, cu respectarea regulilor de evitare a plagiatului:

toate fragmentele de text reproduse exact, chiar și în traducere proprie din altă limbă, sunt înscrise între ghilimele și dețin referința precisă a sursei;

reformularea în cuvinte proprii a textelor scrise de către alți autori deține referința precisă;

rezumarea ideilor altor autori deține referința precisă din textul original.

Iași Semnătură absolvent,
Data……………………… ……………………………………..

Grilă de evaluare a lucrării de licență cu titlul ”Controlul activității enzimelor prin inhibitori enzimatici” elaborată de absolventa Azoiței Anca-Ștefania.

*se justifică punctajului, acolo unde este cazul