POSODOBITEV NADZORNEGA IN KRMILNEGA SISTEMA …

POSODOBITEV NADZORNEGA IN KRMILNEGA SISTEMA

HIDRAVLIČNEGA AGREGATA Diplomsko delo

Študent: Klemen PUŠNIK

Študijski program: Mehatronika UNI Smer: Mehatronika Mentor FS: izr. prof. dr. Darko LOVREC Mentor FERI: izr. prof. dr. Aleš HACE Somentor FS: asistent dr. Vito TIČ

Maribor, september 2015

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

I


II

IZJAVA

Podpisani Klemen Pušnik izjavljam, da:

Je bilo predloženo diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom

izr. prof. dr. Darka Lovreca in izr. prof. dr. Aleša Haceta, ter somentorstvom

dr. Vita Tiča;

Predloženo diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev

kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;

Soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet

Univerze v Mariboru.

Maribor, avgust 2015 Podpis: _______________________


III

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorjem izr. prof. dr. Darku Lovrecu,

dr. Vitu Tiču in izr. prof. dr. Alešu Hacetu za pomoč in

vodenje pri opravljanju diplomskega dela.

Zahvaljujem se tudi g. Andreju Brečku iz podjetja

Siemens d. o. o. za tehnično podporo in dostop do

strokovne literature.

Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili študij.


IV

POSODOBITEV NADZORNEGA IN KRMILNEGA SISTEMA HIDRAVLIČNEGA

AGREGATA

Ključne besede: hidravlični agregat, krmilno-nadzorni sistem, posodobitev

UKD: 629.064.3(043.2)

Povzetek

Diplomska naloga obravnava nadgradnjo industrijskega hidravličnega agregata, ki predstavlja

osrednji pogonski del vsakega hidravličnega sistema. Dandanes sodobni hidravlični agregat

zdaleč ni več zgolj skupek rezervoarja, črpalke in pogonskega elektromotorja ter armature in

osnovnih gradnikov za zagotavljanje čistoče medija in osnovno varnost, temveč je opremljen s

številnimi senzorji, ki zagotavljajo ne samo varno delovanje agregata temveč pripomorejo tudi

k zmanjšanju obratovalnih stroškov in stroškov vzdrževanja ter podaljšajo življenjska doba

celotnega hidravličnega sistema.

Samo senzorji npr. za tlak, temperaturo in nivo medija, zamašenost filtra, ... žal niso dovolj za

zanesljivo delovanje hidravličnega sistema. Razpoložljive signale s senzorjev je potrebno

smiselno uporabiti v okviru primernega krmilno-nadzornega sistema agregata, ter izmerjene

parametre oz. vrednosti prikazovati na primernem vmesniku za vizualizacijo (HMI). Kot

nadgradnja sistema pa ni zaželeno ne samo beleženje signalov temveč tudi dostopati do njihove

zgodovine – sprememb merjenih veličin v določenem časovnem obdobju. Vse informacije

morajo biti dostopne preko interneta, bodisi preko ožičene ali brezžične povezave. Le na ta

način, z interakcijo primernega nabora sodobnih senzorjev in zasnovanega nadzorno-krmilnega

sistema, lahko zagotavljamo zanesljiv in celovit nadzor hidravličnega agregata in sistema.

Implementacijo tovrstnega sistema obravnava pričujoča diplomska naloga.


V

UPGRADING OF THE MONITORING AND CONTROLLING SYSTEM OF

HYDRAULIC POWER UNIT

Key words: hydraulic power unit, control system, upgrade

UKD: 629.064.3(043.2)

ABSTRACT

The diploma describes the upgrade of industrial hydraulic power unit, which is the central part

of each hydraulic system. Nowadays the modern hydraulic power unit is not just the tank, pump,

drive motor, the armature, and other basic building blocks for ensuring the cleanliness of the

media and basic security, but it is equipped with multiple sensors that provide not only safe

operation of the power unit but also help reduce operating and maintenance costs and extend

the life of the entire hydraulic system.

Sensors by them selves (like Pressure sensors, temperature and liquid level, blockage of the

filter,...) unfortunately are not sufficient enough for reliable operation of the hydraulic system.

Available signals from the sensors must be reasonably used in the context of an appropriate

control and supervisory of the power unit and measured parameters should appear on a suitable

interface for visualization (HMI). As an upgrade of the system it is also desirable to the record

signals and access their history via the Internet with a wired or wireless connection. This type

of interaction with appropriate number of modern sensors and designed control system is the

only way to provide reliable operation of complete hydraulic power unit and control system.

The implementation of such system is addressing this diploma work.


VI

Kazalo

1 UVOD ................................................................................................................................. 1

1.1 Cilj in namen naloge ................................................................................................................ 2

1.2 Vsebina naloge ........................................................................................................................ 3

2 VLOGA IN NALOGE HIDRAVLIČNIH AGREGATOV ........................................... 4

2.1 Vloga hidravličnih agregatov ................................................................................................... 4

2.2 Naloge hidravličnih agregatov ................................................................................................. 4

2.3 Izvedbe hidravličnih agregatov ............................................................................................... 5

3 GRADNIKI HIDRAVLIČNEGA AGREGATA ............................................................ 6

3.1 Strojni del ................................................................................................................................ 6

3.1.1 Hidravlična črpalka in pogonski elektromotor ................................................................ 6

3.1.2 Gradniki hladilno‐filtrirnega sistema ............................................................................... 7

3.1.3 Filtri ................................................................................................................................. 8

3.1.4 Mesto gradnikov na rezervoarju ..................................................................................... 9

3.2 Električna oprema ................................................................................................................. 11

3.2.1 Senzorji .......................................................................................................................... 11

3.2.2 Krmilnik ......................................................................................................................... 16

3.2.3 Moduli krmilnika S7‐1200 ............................................................................................. 17

3.2.4 HMI zaslon ..................................................................................................................... 19

3.2.5 Primerjava obstoječega in novega stanja nadzornega krmilja agregata ....................... 21

4 KRMILNE FUNKCIJE – POVEZANOST SIGNALOV ............................................ 23

4.1 Zasnova krmilja ...................................................................................................................... 23

4.2 Spremenljivke krmilja ............................................................................................................ 24

4.2.1 Spremenljivke glavnega programa ................................................................................ 24

4.2.2 Spremenljivke HMI zaslona ........................................................................................... 25

5 POSODOBITEV KRMILNO – NADZORNIH FUNKCIJ ......................................... 26

5.1 Programsko okolje TIA portal V13 ......................................................................................... 26

5.1.1 Povezava TIA ‐ HMI zaslonom ....................................................................................... 27

5.2 Snovanje in testiranje programa ........................................................................................... 27

5.3 Povezava z internetom .......................................................................................................... 29

6 ELEKTRO OMARICA .................................................................................................. 32

6.1 Zakoni in standardi za načrtovanje in izgradnjo elektro omaric ........................................... 33

6.2 Izdelava dokumentacije......................................................................................................... 34


VII

6.2.1 Popis obstoječega stanja ............................................................................................... 34

6.2.2 Električna shema ........................................................................................................... 34

6.3 Menjava elektro omarice ...................................................................................................... 34

6.4 Vgradnja in ožičenje gradnikov ............................................................................................. 37

6.5 Priprava in montaža kanala za vodnike ................................................................................. 39

6.6 Preizkus celotnega sistema hidravličnega agregata .............................................................. 40

7 SKLEP .............................................................................................................................. 42

8 SEZNAM UPORABLJENIH VIROV ........................................................................... 43


VIII

Kazalo slik Slika 2.1: Primer industrijskega hidravličnega agregata [12]..................................................... 4

Slika 2.2: Primer stacionarnega hidravličnega agregata in el. pogona [13] ............................... 5

Slika 2.3: Primer mobilnega hidravličnega agregata in

pogona z notranjim izgorevanjem [29] ....................................................................................... 5

Slika 2.4: Delitev hidravličnih agregatov glede na prostornino rezervoarja [2] ........................ 5

Slika 3.1: Trifazni asinhronski elektromotor s prigrajeno črpalko ............................................. 7

Slika 3.2: Hladilno-filtrirni sistem (pogled z zadnje – levo, in sprednje strani desno) .............. 8

Slika 3.3: Povratni filter ............................................................................................................. 9

Slika 3.4: Obtočni filter .............................................................................................................. 9

Slika 3.5: Mesta vgradnje senzorjev na rezervoarju [10] ......................................................... 10

Slika 3.6: Senzor temperature in nivoja znamke HYDAC ENS 3000 in

prikaz priključitve [26] ............................................................................................................. 13

Slika 3.7: Senzor temperature znamke HYDAC ETS 3000 in prikaz priključitve [27] ........... 14

Slika 3.8: Senzor tlaka znamke HYDAC, EDS 3000 in prikaz priključitve [28]..................... 15

Slika 3.9: Senzor zamašenosti filtra in prikaz priključitve [17] ............................................... 16

Slika 3.10: Krmilnik Siemens S7-200 (levo) in krmilnik Siemens S7-1200 (desno) .............. 17

Slika 3.11: Analogna modula SM 1231 ................................................................................... 18

Slika 3.12: Ethernet stikalo CSM 1277 in RS232 modula CM 1241 ....................................... 19

Slika 3.13: Izgled vseh modulov v Tia portal V13 ................................................................... 19

Slika 3.14: HMI zaslon KTP 400 basic color PN (levo) [24] in

HMI zaslon Comfort Panel TP-700 (Desno) [24] .................................................................... 21

Slika 3.15: Dvovrstični 16 bit tekst prikazovalnik ................................................................... 21

Slika 5.1: Programsko okolje TIA portal V13 .......................................................................... 26

Slika 5.2: Povezava HMI zaslona z Ethernet stikalom in krmilnikom ..................................... 27

Slika 5.3: Testiranje programa in vizualizacije sistema na testni plošči .................................. 28

Slika 5.4: Shematičen prikaz strukture vizualizacijskega sistema ........................................... 29

Slika 5.5: Omogočitev WinCC SM@RT SERVERJA ............................................................ 30

Slika 5.6: Izgled vizualizacije v spletnem brskalniku .............................................................. 31

Slika 5.7: Izgled na »pametnem« telefonu ............................................................................... 31

Slika 6.1:Krmilni del ................................................................................................................ 32

Slika 6.2: Močnostni del ........................................................................................................... 32

Slika 6.3: Električna omarica na agregatu ................................................................................ 32


IX

Slika 6.4: Ogrodje iz Al-profila ................................................................................................ 32

Slika 6.5: Demontaža krmilnih in elektro gradnikov iz omarice .............................................. 35

Slika 6.6: Izvrtine za dovod vodnikov ...................................................................................... 35

Slika 6.7: Izgled končane montaže nove električne omarice (desni del slike) ......................... 36

Slika 6.8: Izgled končane montaže vrat nove električne omarice ............................................ 36

Slika 6.9: Končana razporeditev na plošči ............................................................................... 37

Slika 6. 10: Namestitev plošče v omarico ................................................................................ 37

Slika 6.11: Ožičenje vodnikov po zaščitnih kanalih ................................................................ 38

Slika 6.12: Ožičenje vrat .......................................................................................................... 38

Slika 6.13: Ovijanje vodnikov na gibajočih delih kot npr. vrata omarice ................................ 38

Slika 6.14: Kanal ...................................................................................................................... 39

Slika 6.15: Polaganje vodnikov ................................................................................................ 39

Slika 6.16: Ovijanje .................................................................................................................. 39

Slika 6.17: Primerjava med prosto ležečimi kabli na tleh (levo) in

urejeno s kanalom (desno) ........................................................................................................ 40

Slika 6.18: Programiranje ......................................................................................................... 41


X

UPORABLJENI SIMBOLI

T [°C] temperatura

p [N/m2], [Pa], [bar] tlak

f [Hz] frekvenca

α [°] kotna stopinja

P [kW] moč

n [min-1] vrtljaji

V [m3], [L] volumen

U [V] električna napetost

A [A], [mA], električni tok

C [kBit/s], [MBit/s] hitrost prenosa podatkov


XI

UPORABLJENE KRATICE

TIA Total Integrated Automation (popolna integrirana avtomatizacija)

SCADA Supervisory Control and Data Acquisition (nadzorno krmiljenje in

podatkovna pridobitev)

LCD Liquid Crystal Display (zaslon s tekočimi kristali)

AI/AO Analog Input/Analog Output (analogni vhodi/izhodi)

STL Statement Text List (izjavno tekstovni seznam)

LAD Ladder Diagram (lestvični diagram)

HMI Human Machine Interface (vmesnik človek stroj)

UV Ultra vijolično

PLC Programmable Logic Controller (programabilni logični krmilnik)

SIST Slovenski Inštitut za Standardizacijo


1

1 UVOD

Hidravlični agregat je sestavljen iz gradnikov s področja strojništva, elektronike, senzorske

tehnike, ki jih v funkcionalno celoto povezuje področje informatike. Zato je hidravlični agregat

brez dvoma značilni predstavnik mehatronskega sistema. Še bolj podrobno lahko rečemo, da

gre za zahteven primer fluidtroničnega sistema.

Zanesljivost delovanja agregata je odvisna od vgrajenega krmilno nadzornega sistema

agregata, kar je odločilnega pomena za zanesljivo delovanje celotnega hidravličnega sistema in

s tem stroja, katerega napaja. Z ustreznim krmilno-nadzornim sistemom se zviša obratovalna

zanesljivost naprave ter zmanjšajo stroški vzdrževanja in porabe energije, posledično pa se tudi

podaljša življenjska doba ne samo vgrajene hidravlične tekočine temveč celotne naprave. Če je

krmilno-nadzorni sistem agregata zasnovan neprimerno ali pa je morda že zastarel, se lahko

zaradi pogostejših vzdrževalnih del stroški obratovanja na daljše obdobje zelo povečajo [11].

Da dosežemo ustrezno zanesljivost delovanja hidravličnih agregatov so ti opremljeni s senzorji,

ki omogočajo krmiljenje in nadzor najpomembnejših funkcij. Tako je mogoče npr. nadzirati

nivo hidravlične tekočine v rezervoarju, obratovalni tlak, temperaturo hidravlične tekočine,

zamašenost filtrov, vklop hladilnih sistemov, itd. Pogosto uporabljena že zastarela senzorska

oprema in krmilno nadzorni sistem agregata ne zagotavljata niti osnovnega nadzora

najpomembnejših parametrov, kaj šele popolnega nadzora vseh obratovalnih parametrov in

spremljanje zgodovine sprememb signalov. Nadzor se lahko izvaja ali na licu mesta ali na

daljavo, medtem ko se lahko vsi pomembni dogodki in spremembe stanj beležijo v zgodovini

obratovanja.

Za doseganje zanesljivega, varnega in nadzorovanega delovanja je potrebno hidravlični

agregat ustrezno nadgraditi s sodobnejšim, zmogljivejšim krmilnikom in vmesnikom človek-

stroj (HMI vmesnik). Kot dodatek pa se lahko omogoči tudi beleženje zgodovine merjenih

parametrov in dostop do teh informacij npr. preko svetovnega spleta.


2

1.1 Cilj in namen naloge

Cilj diplomskega dela z naslovom »Posodobitev nadzornega in krmilnega sistema

hidravličnega agregata« je posodobitev že obstoječega, zgolj osnovnega in že zastarelega

krmilno-nadzornega sistema. Tako je potrebno posodobiti celoten SCADA sistem, ki je vmesni

člen med strojem in človekom, saj sedanji sistem prikazuje le določena območja oz. okrnjene

podatke o stanju, ne pa dejanskih vrednosti merjenih parametrov. Že zastareli krmilno-nadzorni

sistem ne omogoča trajnega beleženja podatkov in dogodkov ter s tem tudi ne pregleda

zgodovine podatkov. Razen tega ga je smiselno sistem razširiti tudi z možnostjo spremljanja in

nadzora funkcij preko spleta, ter beležiti celotno zgodovino vseh merjenih parametrov, saj je le

na ta način možno poznati vse pretekle dogodke. Te informacije so upravljavcu in

vzdrževalnemu osebju zelo koristne pri načrtovanju prihajajočih vzdrževalnih posegih, širšem

dogajanju na stroju, še posebej glede na spremljanje njegove obremenitve in s tem stanja, stanju

vgrajene hidravlične tekočine, … ter tudi v primerih reševanja garancijskih vprašanj.

Da bi dosegli omenjene cilje je potrebno nadgraditi tudi strojni in krmilni del opreme

hidravličnega agregata, npr. menjava obstoječega starejšega krmilnika Siemens S7-200 z

novejšim in zmogljivejšim krmilnikom Siemens S7-1200. Obstoječi krmilnik S7-200 je sicer

kompakten, ampak ne ponuja možnosti dodajanja vseh potrebnih dodatnih modulov, ki jih

bomo potrebovali za krmiljenje in sodobni nadzor takšnega kompleksnega hidravličnega

sistema. Prav tako bomo zamenjali obstoječi tekstovni dvovrstični LCD zaslon z večjim,

zmogljivejšim in novejšim barvnim HMI zaslonom na dotik.

Ker bomo nadgradili celoten električen del krmilnega sistema z zmogljivejšimi gradniki

(krmilnik in HMI zaslon), ter dodali razne module, bo potrebno zamenjati tudi obstoječo elektro

omarico za večjo, tako da bo dovolj prostora za vse potrebne gradnike novega, sodobnega

krmilno-nadzornega sistema. Prav tako bo potrebno na novo zasnovati zunanji izgled vrat

omarice, ter ga uskladiti – poenotiti s preostalima krmilnima omaricama, ki sta tudi del

krmilnega sistema agregata. To je omarica z močnostnimi gradniki (potrebnimi za upravljanje

močnostnih gradnikov, kot npr. vklop črpalke obtočnega hladilno-filtrirnega sistema,

elektromotorja ventilatorja, grelnika, …,), ter omarica za regulacijski sistem servo črpalke.

Razen tega bo potrebno prilagoditi tudi dolžine vseh električnih vodnikov in položiti ustrezen

kanal za vodnike. Tako bo vsa odvečna dolžina vodnikov skrita v tem kanalu in izgled celotega

sistema pa bolj urejen in predvsem z bolj varnim dostopom do komponent agregata z vseh

strani. Seveda skladno s pravili dobre prakse ožičenja sistemov.Industrijska praksa je še

dandanes žal ravno nasprotna: pojmovanje in tudi obravnavanje hidravličnega agregata zgolj


3

kot skupek rezervoarja in črpalke, ter nekaj osnovnih gradnikov za ohranjanje čistoče olja in

osnovne varnosti. Pri tem se uporabniki še vedno ne zavedajo, da lahko z zgolj enkratnimi

stroški za investicijo v sodobno krmilno-nadzorno opremo (npr. v primeru nenadne zaustavitve

stroja zaradi dalj časa se porajajoče napake, a z brez možnosti njenega zaznavanja), prihranijo

ogromne stroške pri vzdrževanju stroja in s tem proizvodnje. Stroški investicije so v takšnih

primerih zanemarljivi glede na stroške izpadle proizvodnje. Agregat s sodobnim krmilno-

nadzornim sistemom in ustrezno opremo je v današnjih pogojih delovanja podjetja nuja.

1.2 Vsebina naloge

Diplomska naloga obravnava načrtovanje in izdelavo celotne nadgradnje in posodobitve

krmilno-nadzornega sistema industrijskega hidravličnega agregata. Prikazan potek nadgradnje

lahko služi kot primer posodobitve različno izvedenih krmilno-nadzornih sistemov

uporabljanih na vseh večjih in velikih industrijskih hidravličnih agregatih. Kot že rečeno, lahko

s takšno posodobitvijo pripomoremo k podaljšanju življenske dobe celotnega sistema, in tudi

povečanju kvalitete uporabljanega hidravličnega olja.

V uvodnih poglavjih naloge je podan splošen opis hidravličnih agregatov, ter njihovih

gradnikov aktuatorskega tipa, kot gradnikov za krmilnjenje in nadzor vseh funkcij

hidravličnega agregata. Razložen in opisan je strojni del gradnikov, kot so črpalka,

elektromotor, gradniki hladilno-filtrirnega sistema, grelnik, filtri, rezervoar in pozicija

namestitve gradnikov na agregatu, …. Sledita še razlaga in opis električnega dela gradnikov,

kot so senzorji, analogni moduli, ethernet stikalo, RS232 modul, krmilnik in HMI zaslon.

Opisana je tudi primerjava začetnega in novega stanja celotnega sistema hidravličnega agregata.

Nato sledi opis krmilnih funkcij oziroma povezanost signalov hidravličnega agregata in njihova

posodobitev.

V nalogi je na kratko predstavljeno tudi programsko okolje uporabljenega krmilnika S7-

1200, TIA portal V13. Na koncu še sledi kratek opis zakonov in standarodov montaže elektro

omarice in celoten postopek menjave in prilagoditve elektro omarice, načrtovanje,

pozicioniranje in vgradnja novih granikov ter preizkus delovanja novega sistema.


4

2 VLOGA IN NALOGE HIDRAVLIČNIH AGREGATOV

2.1 Vloga hidravličnih agregatov

Hidravlični agregat predstavlja srce oz. je ključni del opreme vsakega hidravličnega sistema.

Lahko ga primerjamo s človeškim življenjsko pomembnim organom – srcem. Tako kot srce

mora tudi hidravlični agregat delovati nemoteno, neprestano in brez napak. Kot vemo »srce

samo« ni dovolj za brezhibno delovanje človeškega telesa, ampak je tudi zelo pomembno

kakšno kri imamo, ali je čista, zdrava in brez tujkov. Kajti, če imamo nezdravo kri to slabo

vpliva na srce in celotno zdravje telesa. Tako je tudi pri hidravličnih agregatih. Čistost

hidravlične tekočine je ključnega pomena za dolgoročno zanesljivo delovanje celotnega

hidravličnega sistema. Zanemarjanje vzdrževanja čistosti hidravlične tekočine pa lahko privede

do poškodbe ali uničenja agregata, pri čemer nastanejo dodatni stroški popravila [2].

»Uporabljajo se v različnih področjih industrije, kot so strojegradnja, prehrambna in lesno

predelovalna industrija, proizvodnja plastičnih mas, hidro centrale, ladjedelništvo… « (Lesnik,

2014, str. 3) [9].

2.2 Naloge hidravličnih agregatov

Osnovna naloga hidravličnega agregata je zagotavljanje moči oz. gibanja hidravlične tekočine

v sistemu. Ostale in prav tako pomembne naloge so še shranjevanje hidravlične tekočine,

hlajenje hidravlične tekočine, izločanje zraka in kondenzata iz hidravlične tekočine,

preprečevanje penjenja ter umirjanje oz. stabilizacija hidravlične tekočine [2]. »Prav tako mora

kompenzirati spremembe količine hidravlične tekočine zaradi temperaturnih sprememb in

kompenzirati izgube hidravlične tekočine zaradi morebitnega puščanja sistema.« (Tič, 2008,

str. 3) [10].

Slika 2.1: Primer industrijskega hidravličnega agregata [12]


5

2.3 Izvedbe hidravličnih agregatov

Hidravlične agregate lahko delimo na več načinov, odvisno od specifike stroja, dela in okolja.

V grobem jih lahko delimo na agregate za uporabo na področju stacionarne in mobilne

hidravlike. Stacionarni hidravlični agregati so nameščeni na neki stalni lokaciji, bodisi v

tovarni, doma v delavnici, laboratoriju… Mobilni hidravlični agregati so tisti, ki se premikajo

skupaj z vozilom, kamor so vgrajeni. Primeri takšnih so težki delovni stroji v gradbeni

mehanizaciji (kopači, tovornjaki, bagri…). Služijo lahko tudi kot vir hidravlične energije na

terenskem delu (rudnikih, prekopih tunelov…). Delimo jih lahko tudi glede na pogon in sicer

lahko je električni pogon (elektromotor) ali pa pogon z notranjih izgorevanjem [2].

Slika 2.2: Primer stacionarnega

hidravličnega agregata in el. pogona [13]

Slika 2.3: Primer mobilnega hidravličnega

agregata in pogona z notranjim izgorevanjem [29]

Prav tako jih lahko delimo tudi glede na velikost rezervoarja: na tiste hidravlične agregate

z manjšo prostornino rezervoarja (običajno so to agregati mobilnih strojev), tisti večjih

prostornin pa so večina stacionarni. To je tudi lahko odvisno od potrebe in področja uporabe

[2].

Slika 2.4: Delitev hidravličnih agregatov glede na prostornino rezervoarja [2]


6

3 GRADNIKI HIDRAVLIČNEGA AGREGATA

Vsak hidravlični agregat je sestavljen iz več gradnikov. Takšen sistem povezuje več področij

in sicer strojništvo, elektrotehniko in informatiko. Kot že uvodoma omenjeno, takšnemu

sistemu tudi upravičeno rečemo mehatronski oz. še podrobneje fluidtronski sistem. V glavnem

te gradnike lahko grobo delimo kar na strojni del in električni del. Vsi ti gradniki skupaj morajo

na koncu predstavljati neko funkcionalno celoto - v našem primeru predstavljajo celoten

krmilno-nadzorni sistem hidravličnega agregata [14].

3.1 Strojni del

Strojni del predstavljajo vsi tisti gradniki, ki temeljijo na gibanju, vrtenju, preklapljanju, ali

pretvarjanju energije. Predstavljajo tudi neko ogrodje in prenašajo bremena sile teže

(rezervoar). Vsak izmed gradnikov hidravličnega agregata je izbran glede na osnovni namen

agregata in njegovo potrebno moč ter funkcije hidravličnega sistema. Za optimalno delovanje

hidravličnega sistema oz. samega agregata je potrebno gradnike izbrati glede na ustrezne

preračune. Kjer je to možno, je smiselno izbrati gradnike istega proizvajalca, da se tako

izognemo problematiki kompatibilnosti med posamezni gradniki. Ti so hidravlična črpalka,

elektromotor, gradniki hladilno-filtrirnega sistema, grelnik, filtri in rezervoar. Vsi ti gradniki

skrbijo, da celoten sistem hidravličnega agregata deluje brezhibno [1].

3.1.1 Hidravlična črpalka in pogonski elektromotor

Obravnavan hidravlični agregat poganja 15 kW hitrostno regulirani asinhronski elektromotor s

prigrajeno aksialno batno črpalko v izvedbi s poševno osjo.

Primarna naloga vsake hidravlične črpalke je pretvorba mehanske energije v hidravlično.

Črpalka je hidrostatična enota, ki deluje po principu iztiskanja hidravlične tekočine. Postopek

se prične s sesanjem hidravlične tekočine iz rezervoarja, ki jo nato transportira na svojo izstopno

stran, in nato naprej po hidravličnem sistemu [2].

Glede na ocenjeno potrebno hidravlično moč je uporabljena aksialna batna regulacijska

črpalka z nagibno osjo znamke Rexroth Bosch Group model A10 VSO 28 DFE 1/3XR-

PPA12N00, ki ima svoj sistem krmiljenja – za namene razvoja, in uporabe različnih, tako

klasičnih kot sodobnih regulacijskih konceptov je vodena z zmogljivim mikrokrmilniškim

sistemom NI cRio s prigrajenimi številnimi dodatnimi funkcijami. Zaradi tega so gradniki

regulacijskega sistema črpalke nameščene v svoji krmilni omarici.


7

Zasnova te »regulacijske omarice« sicer ni predmet podrobnejše diskusije v okviru te

diplomske naloge, je pa pri snovanju krmilno-nadzornega sistema agregata vsekakor potrebno

upoštevati tudi povezave in komunikacijo s gradniki te regulacijske omarice (npr. vrstni red

vklopa omarice, vpliv učinka varnostnih funkcij na regulacijo črpalke, možnost vpliva ročnega

krmiljenja na avtomatsko delovanje, …). Kot pogonski elektromotor črpalke je uporabljen

standardni trifazni asinhronski elektromotor znamke Siemens 1LA7 166-4AA66 moči 15 kW

z nazivno vrtilno hitrostjo 1460 min-1 pri 50 Hz [16]. Asinhronski elektromotorji so enostavni,

robustni in cenovno ugodni, zato so tudi široko uporabni v industrijski avtomatizaciji. Njihova

slabost je omejena možnost reguliranja vrtilne hitrosti [15]. Zaradi omejene možnosti

reguliranja vrtilne hitrosti, obstoječi elektromotor krmilimo preko frekvenčnega pretvornika, ki

omogoča tako hitrostno regulacijo vrtljajev, kot delovanje s konstantno nastavljeno vrtilno

hitrostjo. Celoten pogonski sklop elektromotorja s regulacijsko črpalko je prikazan na sliki 3.1.

Slika 3.1: Trifazni asinhronski elektromotor s prigrajeno črpalko

3.1.2 Gradniki hladilno-filtrirnega sistema

Zaradi transporta tekočine in prenosa energije hidravlične tekočine po celotnem sistemu, trenja

med cevmi in v sami hidravlični tekočini, prisotnega obratovalnega tlaka in vpliva okolice ter

dušenja v gradnikih, … se posledično celoten hidravlični sistem segreva. Tega segrevanja se

žal ne da v celoti odpraviti, temveč z ustreznim hladilnim sistemom le nadzirati oz. ohranjati

temperaturo olja na dopustni vrednosti. Do neke mere hidravlično tekočino hladi sama

konstrukcija hidravličnega sistema, kot so cevi, rezervoar in ostale gradnike.

V primerih, ko primarno hlajenje preko sevanja toplote hidravličnih gradnikov ne zadostuje, pa

je potrebno uporabiti dodatni hladilni sistem v obliki hladilnika olja in ventilatorja (če gre za


8

sistem olje-zrak). Na obstoječem hidravličnem agregatu sta rezervoar in hladilno-filtrirni sistem

povezana z gibko cevjo, transport tekočine pa je izveden s pomočjo pomožne obtočne črpalke,

ki se vklaplja le po potrebi. Zraven so še vgrajeni filtri za dodatno čiščenje hidravlične tekočine

[2]. Podrobnejši opis filtrov sledi v podpoglavju 3.1.3.

Za namene hlajenja olja in ohranjanja stopnje čistoče olja je uporabljen hladilno-filtrirni

sistem proizvajalca znamke HYDAC vrste OKAF–EL7L/40/3.1/D/M/A/LPF280/4/1. Ta

sistem je sestavljen iz toplotnega izmenjevalnika olje-zrak (oljnega hladilnika), ventilatorja,

obtočnega filtra, obtočne črpalke, elektromotorja za pogon ventilatorja in elektromotorja za

pogon obtočne črpalke [18]. Na hladilno-filtrirni enoti sta nameščena 1,1 kW trifazni

asinhronski elektromotor za pogon ventilatorja hladilnika in 3,3 kW trifazni asinhronski

elektromotor za pogon obtočne črpalke filtrirnega sistema [10].

Slika 3.2: Hladilno-filtrirni sistem (pogled z zadnje – levo, in sprednje strani desno)

3.1.3 Filtri

Osnovna in hkrati zelo pomembna naloga filtra je filtriranje in čiščenje hidravlične tekočine.

Kot je znano se nečistoče v hidravlični tekočini prenašajo po celotnem hidravličnem sistemu in

zelo negativno vplivajo na vse gradnike, ki so neposredno povezani s hidravlično tekočino

(črpalka, ventili, valji…). Ti drobni delci umazanije povečajo obrabo, skrajšajo življenjsko

dobo in pospešijo staranje gradnikov. Zato posledično zmanjšajo zanesljivost delovanja sistema

in povečajo število okvar [1].

Najpogostejši izvori umazanije so montaža, menjava olja (kontaminirano olje, vdor

umazanije med samo menjavo olja, nepravilno skladiščenje olja…), razna popravila oz.


9

vzdrževalna dela, okolica in obraba materialov [2]. V obravnavanem hidravličnem sistemu je

vgrajenih več filtrov. Filter na povratnem vodu ima nalogo filtriranja večjih delcev, zato je

uporabljen 10 µm povratni filter znamke HYDAC RF BN/HC 240 DE10 DL0/-L24 [19], z

nameščenim elektronskim merilnikom/stikalom zamašitve filtra. Obtočni filter je finejši od

povratnega in ima nalogo filtriranja manjših delcev. Uporabljen je 3 µm obtočni filter znamke

HYDAC vrste LPF 280 DE A1.1, prav tako z nameščenim senzorjem za zamašenost filtra [20].

Več informacij o teh senzorjih zamašenosti filtra je v poglavju 3.2.1, kjer so opisani vsi senzorji

agregata.

Slika 3.3: Povratni filter

Slika 3.4: Obtočni filter

3.1.4 Mesto gradnikov na rezervoarju

V obravnavnem primeru gre za 400 L samostoječi industrijski rezervoar v eko izvedbi – z

integrirano lovilno posodo za slučaj razlitja, pri čemer je pogonska enota elektromotor-črpalka,

nameščena ob strani rezervoarja. Tako je fizično ločena od rezervoarja, s čemer tudi delno

preprečujemo prenos različnih tresljajev in vibracij po sistemu. Črpalka namreč zaradi

pulzirajočega delovanja povzroča vibracije, ki lahko neugodno vplivajo na delovanje senzorjev,

ki so nameščeni neposredno na rezervoarju, ki izhajajo iz pogonskega sklopa in samega

hidravličnega sistema. Razen pulziranja pretoka so tu še spremembe tlaka, ki izhajajo iz

delovanja pogona in s tem tudi posledično dodatne vibracije.

Vse gradnike agregata lahko načeloma razdelimo v dve skupini – na senzorje, ki nam

omogočajo vpogled v stanje in delovanje sistema in na aktuatorje. Kot senzorji so najpogosteje

uporabljeni senzorji za tlak, temperaturo, nivo tekočine v rezervoarju, zamašenost filtrov, …


10

in kot aktuatorji, s katerimi vplivamo na stanje sistema: pogon ventilatorja za hlajenje, obtočna

črpalka za filtriranje, grelnik, vklop/izklop glavne črpalke, …

Senzorji so nameščeni neposredno na rezervoarju kot to prikazuje slika 3.5 oz. na

hladilno-filtrirni enoti in ostalih mestih hidravličnega sistema [10].

Slika 3.5: Mesta vgradnje senzorjev na rezervoarju [10]

Povratni filter nameščen na pokrovu hidravličnega agregata, ki služi filtriranju

hidravličnega olja ob vračanju nazaj v rezervoar, ima prigrajen senzor zamašitve filtra oz.

filtrskega vložka. Dejansko gre za stikalo, ki reagira na razliko tlakov pred in za filtrskim

vložkom. Takšno filtriranje je cenejše v primerjavi z visokotlačnim filtrom (v kolikor ni

vgrajena oprema, ki zahteva višjo čistočo medija in zaščito gradnikov) in predstavlja obvezen

oz. osnovni kos opreme namenjen ohranjanju predpisanega nivoja čistosti olja. Podobno velja

za filter, ki je vgrajen v ločeni samostojni hladilno-filtrirni enoti, ki se nahaja ob hidravličnem

rezervoarju [2].

Visokotlačni filter je lahko na hidravlični agregat prigrajen opcijsko in je potreben zlasti

v primerih zahtevane izjemne stopnje čistosti, npr. če so vgrajene komponente servohidravlike.

V tem primeru je pri snovanju krmilno-nadzornega sistema to možnost potrebno predvideti:

razpoložljivo prosto mesto oz. mesta za priklop senzorjev visokotlačnega filtra in vključenost

signala tega filtra v krmilni sistem oz. program.

Oba elektromotorja hladilno-filtrirne enote sta že bila predstavljena v prejšnjih poglavjih.

Na kratko bi bilo potrebno še predstaviti grelnik hidravličnega olja, ki je na hidravlični agregat

vgrajen kot »dodatna oprema« in nudi možnost hitrejšega zagrevanja olja v primeru nizkih

temperatur okolice. V laboratorijskih razmerah (prostorih) so te zelo redke (oz. se tako nizke


11

temperature skorajda nikoli ne pojavljajo, zato grelnik v tem primeru ne opravlja pomembne

naloge). So pa grelniki izrednega pomena takrat, ko se agregat nahaja v zunanjem okolju oz. na

prostem, kjer se lahko pojavijo nizke zunanje temperature. Pri tem sta zelo pomembna način in

mesto vgradnje grelnika. Smiselno ga je vgraditi v pretočnem območju rezervoarja, saj lahko v

nasprotnem primeru pride do lokalnega pregrevanja olja na stenah grelnika, pri čemer se tvorijo

netopni lakasti in smolasti produkti, olje pa se pri tem pospešeno stara. V primeru, da grelnik

ni nameščen, ima olje pri zagonu nižjo temperaturo olja, ter posledično višjo viskoznost.

Rezultat tega so višje izgube, padci tlaka in možen pojav kavitacije na sesalni strani črpalke

[10].

3.2 Električna oprema

Glavne naloge tovrstne opreme so opravljanje pretvorbe, povezave prenosa, shranjevanje

signalov in energije. Sklop obsega elemente močnostnega in signalnega nivoja, kamor spadajo

tudi senzorji [1]. Tudi v primeru izbora senzorjev, so bili le-ti izbrani premišljeno in če je možno

so od istega proizvajalca, da se izognemo vprašanju kompatibilnosti med posamezni elementi.

Izbor potrebnih senzorjev je bil opravljen na podlagi ekonomsko-funkcijskega vidika po

eni strani zajemati čim več signalov z namenom dobiti čim boljši pregled na stanjem agregata

ob upoštevanju ekonomsko-stroškovnega vidika vključujoč varnost (redundanca pomembnih

signalov).

Razen že razpoložljivih senzorjev v električni del spada še:

krmilnik s potrebnimi moduli za upravljanje z vsemi signali,

HMI zaslon za grafično prikazovanje podatkov in stanja sistema ter ostale

zahtevnejše naloge,

ožičenje ne samo krmilno-nadzornega sistema temveč tudi povezave z

regulacijskim in močnostnim delom in

funkcijske tipke za upravljanje.

3.2.1 Senzorji

Sodobni senzorji, kakršne uporabljamo v sodobnih krmilno-nadzornih sistemih, so

gradniki, ki pretvarjajo določeno fizikalno veličino v ustrezen električni signal in so eden

najpomembnejših segmentov v vsakem krmilnem ali regulacijskem sistemu. S pomočjo

informacij, ki jih pridobimo s senzorji, lahko izvajamo krmiljenje ali nadzor celotnega sistema.


12

Krajše lahko senzorjem, ki so povezani s krmilnikom, rečemo kar sistem nadzora stanj [5]. V

industrijskem okolju marsikdo sistem nadzora stanj zanemarja zaradi prevelike začetne

investicije in misli, da je tak sistem nepotreben. A prednosti takšnega sistema se pokažejo šele

skozi daljše časovno obdobje. Takšen sistem nam ne omogoča le izvedbo avtomatizacije

pomožnih funkcij agregata, saj nam na podlagi različnih informacij omogoča izvedbo

(preventivnih) vzdrževalnih del, kar nam dolgoročno običajno zmanjša stroške vzdrževanja in

podaljša življenjsko dobo celotnega sistema. Zato pri izbiri nabora kvalitetnih senzorjev ni

smiselno (preveč) varčevati.

V obravnavanem hidravličnem sistemu merimo, nadziramo in krmilimo temperaturo,

tlak, nivo hidravlične tekočine in zamašenost filtrov. Razen teh osnovnih veličin je opcijsko

možno spremljati tud stanja fizikalno kemičnih parametrov vgrajene tekočine (kot npr.

viskoznost, stopnjo čistosti, prisotnost vlage, dielekrično konstanto …). Omenjene veličine niso

predmet obravnave te diplomske naloge, je pa potrebno to možnost in prisotnost tovrstnih

signalov (in priključitve ustreznih senzorje) nujno upoštevati pri snovanju osnovnih funkcij

celotnega krmilno nadzornega sistem, logične povezave med vsemi veličinami in določanju

strategije akcij v primeru prekoračitve mejnih vrednosti. Pomen in funkcija konektorskih

priključkov posameznih senzorjev sta podani in razloženi v prilogi 1.

3.2.1.1 Temperatura

Nadzor temperature v hidravličnem rezervoarju je zelo pomemben, saj neprimerna temperatura

zelo neugodno vpliva na hidravlično tekočino in celoten sistem. Tako, temperatura neposredno

vpliva na viskoznost hidravlične tekočine in ostale fizikalne lastnosti olja. Za hidravlično olje,

ki je vgrajeno v hidravličnem agregatu (mineralno hidravlično olje VG46) ima najdaljšo

življenjsko dobo zagotovljeno pri delovanju do največ 60 °C. Kot znano in dokazano, se za

vsakih 10 °C nad to mejo življenjska doba hidravličnega olja zmanjša za 50 %. Zato je zelo

pomembno nadzirati temperaturo hidravlične tekočine [2].


13

Na obravnavanem hidravličnem agregatu merimo temperaturo v dveh območjih

notranjosti rezervoarja, in sicer v bližini glavne sesalne cevi in v bližini sesalne cevi hladilno-

filtrirnega sistema. Za merjenje temperature v bližini glavne sesalne cevi je uporabljen senzor

znamke HYDAC ENS 3000. »Ta senzor ima štiri številčni digitalni prikazovalnik, ki ga je z

obračanjem možno prilagajati kotu gledanja s čemer imamo lažji pogled oz. odčitek številčne

vrednosti. Zraven analognega izhoda ima tudi dva preklopna izhoda, ki ju lahko obremenimo s

tokovi do 1,2 A. Analogna izhoda lahko določimo, kot tokovna (4 do 20 mA) ali pa kot

napetostna (0 do 10 V) izhoda. Merilno območje senzorja znaša od -25 do 100 °C, s pogreškom

1,5 °C. Meritev lahko prikazuje v stopinjah Celzija ali pa v stopinjah Fahrenheita« (Tič, 2008,

str. 63) [10] Z njim lahko istočasno merimo tako temperaturo kot nivo olja v rezervoarju. Senzor

temperature in nivoja s priključki prikazuje slika 3.6.

Slika 3.6: Senzor temperature in nivoja znamke HYDAC ENS 3000 in prikaz priključitve [26]

Za merjenje temperature v bližini sesalne cevi obtočnega hladilno-filtrirnega sistema je

uporabljen senzor znamke HYDAC ETS 3000. Enako, kot prej opisani senzor, ima tudi ta štiri

številčni digitalni prikazovalnik, ki ga je možno obračati. Zraven analognega izhoda nam

ponuja tudi dva preklopna izhoda, ki jih lahko obremenimo s tokovi do 1,2 A. Analogna izhoda

lahko določimo, kot tokovna (4 do 20 mA) ali pa kot napetostna (0 do 10 V) izhoda. Merilno

območje senzorja znaša od -25 do 100 °C, s pogreškom 1,5 °C. Meritev lahko prikazuje v

stopinjah Celzija ali pa v stopinjah Fahrenheita. Za razliko od ENS 3000 lahko z njim merimo

le temperaturo (Tič, 2008, str. 63) [10]. Senzor, skupaj s priključki, je prikazan na sliki 3.7.


14

Slika 3.7: Senzor temperature znamke HYDAC ETS 3000 in prikaz priključitve [27]

3.2.1.2 Nivo hidravlične tekočine

Nivo hidravlične tekočine je prav tako zelo pomemben parameter, saj hidravlična tekočina ne

prenaša samo energije, ampak opravlja tudi nalogo mazanja hidravličnih gradnikov. Tako mora

biti glavna črpalka neprestano v celoti napolnjena s hidravlično tekočino, saj se bo v nasprotnem

primeru zelo hitro poškodovala. Prav tako je pomembno, da v sesalni cevi ne prihaja do

prevelikega podtlaka, ki lahko povzroča kavitacijo, katera nam lahko na daljše obdobje resno

poškoduje črpalko [2]. Na obravnavanem agregatu nivo hidravlične tekočine merimo s

senzorjem znamke HYDAC ENS 3000, ki je opisan zgoraj.

3.2.1.3 Senzorji tlaka

Obratovalni tlak v hidravličnem sistemu je vedno posledica obremenitve na aktuatorju. Če pride

do previsokega, nedopustnega tlaka v tlačnem delu hidravličnega sistema lahko ta trajno ne

samo poškoduje ali uniči posamezne gradnike, temveč tudi osebe, ki se morebiti nahajajo v

bližini agregata. Signal s tlačnega senzorja, ki sproti meri višino obratovalnega tlaka, lahko tako

koristimo za informacijo o obremenitvi sistema. Ob daljši prekoračitvi najvišjega dovoljenega

tlaka lahko to informacijo uporabimo tudi za zasilni izklop celotnega sistema hidravličnega

agregata [2].

Za merjenje obratovalnega tlaka je uporabljen tlačni senzor znamke HYDAC EDS 3000.

Nameščen je na izstopni strani varnostnega ventila, kot to prikazuje slika 3.5, izgled senzorja

obratovalnega tlaka s priključki pa prikazuje slika 3.8. Njegovo merilno območje znaša od 0 do

400 bar.


15

Slika 3.8: Senzor tlaka znamke HYDAC, EDS 3000 in prikaz priključitve [28]

Na agregatu imamo tudi možnost merjenja velikosti sesalnega tlaka – priključno mesto

senzorja prikazuje slika 3.5, pri čemer za razliko od senzorja, ki meri obratovalni tlak le-tega

lahko uporabimo za nadzor sesanja črpalke (razmere ob hladnem zagonu, varovanje črpalke

proti kavitiranju, …). Merilno območje senzorja podtlaka sega od -1 do 10 bar (relativno). Oba

senzorja, tako za merjenje obratovalnega tlaka kot sesalnega tlaka, imata relativno hiter odzivni

čas, ki znaša manj kot 10 ms [10].

3.2.1.4 Zamašenost filtrov

Za vzdrževanje ustrezne čistosti hidravlične tekočine je poleg ustrezne izbire filtrov pomembno

tudi njihovo vzdrževanje. Če filtra ne vzdržujemo pravilno oz. pravočasno menjamo filtrski

vložek, se bo v njem nakopičila prevelika količina umazanije. Takšen, zamašen oz. blokiran

filter ne more več zagotavljati predpisane propustnosti. S tem povzroča višjo tlačno razliko in

višji tlak na povratnem vodu, kar se neugodno odraža pri velikosti premagovanih bremen na

aktuatorju, v skrajnem primeru pa lahko pripelje tudi do porušitve določenega dela

hidravličnega sistema (pressure intensification effect).

Za merjenje zamašenosti povratnega filtra je uporabljen senzor znamke HYDAC VR 2

D.0/L24. Dejansko gre za elektronski merilnik tlačne razlike, ki nas o zamašenosti filtra

»obvesti« z digitalnim krmilnim signalom, zraven tega pa nas na zamašenost opozori tudi z

vklopom opozorilne LED signalne lučke [11].


16

Slika 3.9: Senzor zamašenosti filtra in prikaz priključitve [17]

Za merjenje zamašenosti filtra obtočnega hladilno-filtrirnega sistema je uporabljen senzor

znamke HYDAC VM 5 D.0/L24. Tudi v tem primeru gre za podoben senzor kot je v primeru

zamašenosti povratnega filtra s podobno priključitvijo in signali.

3.2.2 Krmilnik

Programirljiv logični krmilnik (PLK) oz. krajše kar krmilnik, sprejema različne signale s

senzorjev, stikal, tipk, itd. ter na osnovi vrednosti teh signalov programsko preklaplja določene

aktuatorje in sporoča o stanjih v procesu. Je eden najpomembnejših gradnikov celotnega

sistema [8].

3.2.2.1 Krmilnik S7-200

Obstoječi krmilnik znamke Siemens serije S7-200 vsebuje procesor CPU 224, ki deluje na 24

V enosmerne napetosti. Razpolaga z 10 digitalnimi vhodi, ter 14 digitalnimi izhodi, kar je bilo

dovolj za trenutno osnovno aplikacijo nadzora samo najosnovnejših funkcij. Gre za kompakten

krmilnik, kar pomeni, da vsebuje vse strojne gradnike v enem ohišju in ima možnost razširitve

do 7 dodatnih modulov [21].

3.2.2.2 Krmilnik S7-1200

Krmilniki znamke Siemens serije S7-1200 so zasnovani na treh različnih procesorjih CPU

1211C, CPU 1212C in CPU 1214C, ki jih lahko razširimo s številnimi vhodno/izhodnimi

moduli. V našem primeru smo se odločili za uporabo krmilnika s CPU 1214C. Krmilnik se

napaja z 230 V izmenične napetosti in ima 75 kB delovnega spomina. V osnovi ponuja 14

digitalnih vhodov in digitalnih 10 izhodov, ter 2 analogna vhoda. Je prav tako kompakten

krmilnik, ki nam tudi ponuja razširitve do 8 dodatnih modulov [22].


17

Slika 3.10: Krmilnik Siemens S7-200 (levo) in krmilnik Siemens S7-1200 (desno)

3.2.3 Moduli krmilnika S7-1200

Za posodobitve in nadgradnje celotnega sistema z dodatnimi funkcijami, ki smo si jih zadali,

žal ni dovolj osnovna konfiguracija osnovnega krmilnika, temveč je potrebno dodati nove

module, ki jih potrebujemo zaradi uporabljenih senzorjev in nalog spremljanja signalov na

daljavo. To so modul analognih vhodov in izhodov, RS232 modul in Ethernet stikalo CSM

1277. Pri izbiri teh modulov je potrebno biti pazljiv, da izberemo takšne, ki so kompatibilni s

krmilnikom [11].

3.2.3.1 Analogni moduli

Kot analogni modul je uporabljen modul Siemens SM 1231. Zaradi števila senzorjev oz. števila

signalov, ki jih oddajajo, sta potreba dva tovrstna modula, kajti na tem agregatu niso vgrajeni

samo senzorji temperature, nivoja in tlaka, temveč tudi dodatni senzorji za opcijsko spremljanje

stanja fizikalno-kemijskih lastnosti vgrajenega hidravličnega olja; CM-Condition Monitoring

olja. Gre za senzorje relativne vlažnosti, stopnje čistosti, električne prevodnosti, viskoznosti in

dielektrične konstante.

CM olja kot dodatna opcija nadzora agregata sicer ni podrobna tematika te diplomske

naloge, je pa potrebno pri nabavi vseh gradnikov in njihovi uvrstitvi v krmilno omarico, ter

kasnejšo povezljivost s krmilno nadzornim sistemom, o tem razmišljati že v tej fazi snovanja

novega krmilja. Prav tako je potrebno pustiti odprte možnosti za morebitno vključitev posebnih

funkcij nadzora v bodočnosti, o katerih sedaj še ne razmišljamo ali pa te trenutno še niso

potrebne. Npr. za realizacijo posebnih zahtev pri poljubnem agregatu (v primeru snovanja

tipskega krmilja z možnostjo izbire krmiljenja funkcij pri uporabi na različnih agregatih).

Tako smo dodali še en modul z analognimi vhodi in enega z analognimi vhodi in izhodi.

Tako je sedaj na razpolago skupno 12 analognih vhodov in 3 analogni izhodi.


18

Slika 3.11: Analogna modula SM 1231

3.2.3.2 RS232 modul

Nekateri senzorji za spremljanje stanja hidravlične tekočine (električno prevodnost in

viskoznost hidravlične tekočine) uporabljajo RS232 ASCII komunikacijski protokol. Zato smo

osnovnemu krmilniku dodali še dva modula serije Siemens CM 1241, ki bosta skrbela za

komunikacijo z dvema senzorjema z RS232 komunikacijo. Omenjen komunikacijski protokol

je point to point protokol in se uporablja pri asinhroni serijski komunikaciji, ki deluje do

razdalje 15 m s hitrostjo 20 kBit/s. V praksi lahko dosežemo tudi večje hitrosti od zgoraj

omenjene, odvisno pa je od dolžine vodnika [4].

3.2.3.3 Ethernet stikalo CSM 1277

Ethernet stikalo CSM 1277 nam omogoča dvosmeren prenos podatkov med dvema napravama

(krmilnik in HMI zaslon). Na njega lahko priključimo štiri naprave, ki lahko istočasno

komunicirajo preko Ethernet vodila. Povezuje jih s hitrostjo do 10/100 MBit/s. Prednost tega

stikala je, da poteka prenos podatkov brez trkov oz. izgub [4].

Slika 3.12 prikazuje nameščene Ethernet stikalo in RS232 modula, medtem ko slika 3.13.

prikazuje vse uporabljene module skupaj s krmilnikom, sestavljene v uporabljeno celoto.


19

Slika 3.12: Ethernet stikalo CSM 1277 in RS232 modula CM 1241

Slika 3.13: Izgled vseh modulov v Tia portal V13

3.2.4 HMI zaslon

HMI zaslon (Human Machine Interface) uporabljamo, kot vmesnik človek-stroj. Z njim lažje

in pregledneje prikažemo trenutna stanja v sistemu. Njegove osnovne naloge so vizualizacija

parametrov oz. stanj v sistemu in prikazovanje alarmov oz. napak. Današnji, novejši HMI

zasloni ponujajo še beleženje in shranjevanje vseh rezultatov meritev, celotnih programov ter

WinCC sistema na pomnilniško kartico. Omogočajo tudi prikaz raznih animacij za lažjo

predstavo zgradbe in delovanja sistema, saj je vzdrževalcu lažje pogledati grafični potek

dogodkov v obliki animacije, ki prikazuje stanje sistema, kot pa zaslon z velikim številom lučk

in številk. Nekateri HMI zasloni ponujajo tudi možnost povezave z internetom. HMI zaslone

programiramo grafično in so povezani s krmilnikom in njegovim programom.


20

HMI zasloni so lahko nameščeni na različnih lokacijah, kot npr. v kontrolni sobi ali, kot

v našem primeru, v elektro omarici. Za delovanje običajno potrebujejo napajanje enosmerne

napetosti ter Ethernet povezavo s krmilnikom. Na ta način so tudi povezani z internetom.

3.2.4.1 KTP 400 basic color PN kot osnovni HMI zaslon

Kot osnovni HMI zaslon je možno uporabiti HMI KTP 400 basic color PN zaslon znamke

Siemens. To je barvni zaslon na dotik, ki pa žal ne omogoča več-prstnega upravljanja. Njegove

dimenzije so relativno majhne: 140 x 116 x 40 mm, z diagonalo zaslona 3,8'' (9,65 cm). Za

napajanje potrebuje 24 V enosmerno napetost s toleranco ±20 %. Zaslon omogoča PROFIBUS,

PROFINET, RS 422/485, PC/PPI in USB/PPI povezavo. Vsebuje 512 kB notranjega

pomnilnika. Nudi vizualizacijo stanja sistema in javljanje napak ali opozoril, tako vizualnih kot

zvočnih, vgraditi pa ga je možno v stoječem ali ležečem položaju, ali pa pod kotom od -35° do

35°. Obratuje lahko v temperaturnem območju od 0 do 50 °C.

Na samem zaslonu lahko spreminjamo nastavitve, kot so npr. sprememba IP naslova,

maske, gesla, kalibracijo zaslona, določitev povezave itd. Nudi možnost posodobitve svojega

operacijskega sistema. Omenjeni zaslon je za hkratni prikaz vseh izmerjenih parametrov

naenkrat dejansko premajhen in kot takšen nudi zgolj okrnjen hkratni prikaz podatkov. V tem

primeru bi bilo zato potrebno smiselno izbrati izgled osnovnega menija zaslona in smiselno

organizirati dostop do posameznih pod-menijev. Ali pa v izogib tem zamudnim manipulacijam,

potrebnim da upravljavec agregata pride do želenih podatkov, izbrati zmogljivejši HMI z

večjim zaslonom in več možnostmi upravljanja.

3.2.4.2 HMI zaslon Comfort Panel TP-700

Ker je v prejšnjem poglavju omenjeni HMI zaslon premajhen in ponuja premalo možnosti, smo

namesto omenjene cenejše variante uporabili novejši in zmogljivejši HMI zaslonom TP-700

Comfort istega proizvajalca. Sprednje dimenzije so 214 x 158 mm, diagonala pa znaša 7'' (17,78

cm). Zaslon premore resolucijo 800 x 480 pikslov. Ta nam zraven prej naštetih možnosti

dodatno omogoča tudi beleženje zgodovine več nizov podatkov, naprednejše javljanje alarmov

in neposredno povezavo z internetom, kar nam omogoča nadzor hidravličnega agregata preko

oddaljenega računalnika. Zaslon ima tudi režo za pomnilniško kartico, na katero je mogoče

shranjevati zgodovino meritev, program in WinCC sistem.

Tako nas ne rabi skrbeti potencialna izguba podatkov tudi v primeru menjave zaslona, saj

preprosto samo vstavimo pomnilniško kartico v novi zaslon, prenesemo podatke in novi HMI

zaslon lahko naprej obratuje brez težav [24].


21

Primerjavo med obema omenjenima zaslonoma prikazuje slika 3.17.

Slika 3.14: HMI zaslon KTP 400 basic color PN (levo) [24] in

HMI zaslon Comfort Panel TP-700 (Desno) [24]

3.2.5 Primerjava obstoječega in novega stanja nadzornega krmilja

agregata

Obstoječi nadzor hidravličnega agregata je temeljil na uporabi krmilnika S7-200, dvovrstičnega

16 bit-nega tekstovnega prikazovalnika, ter na agregatu vgrajenih senzorjev temperature, nivoja

in tlaka. S to opremo smo lahko zgolj neposredno opazovali stanje na agregatu. Prikaz podatkov

na dvovrstičnem zaslonu je bil nepregleden in nepraktičen (slika 3.15).

Slika 3.15: Dvovrstični 16 bit tekst prikazovalnik

Z ohranjanjem in razširjanjem starega krmilnika bi kar hitro naleteli na meje naših idej in

njihove realizacije. Prehod na v celoti novi koncept z uporabo sodobne opreme je vsekakor bolj

smiselna izbira, kot pa posodabljanje in ohranjanje obstoječega stanja, pri katerem naletimo na

vsaki novi ideji, in poti do njene realizacije, na dodatne omejitve.

Za posodobitev celotnega nadzora hidravličnega agregata smo se odločili zaradi:


22

boljše dostopnosti do velike količine podatkov (preko brezžičnega interneta ali preko

vodnika),

grafičnega prikaza sistema (velik barvni HMI zaslon na dotik),

vpogleda v zgodovino (na HMI zaslonu in preko spleta),

shranjevanja pomembnih podatkov (pomnilniška kartica v HMI zaslonu),

enostavnega upravljanja s podatki (uporabniku prijazno programsko okolje TIA portal

V13),

možnosti nadzora preko spleta,

možnosti razširitev sistema oz. dodajanja novih modulov (RS 232, AI/AO… ),

…

Da bi lahko vse te želje uresničili je bilo nujno potrebno zamenjati krmilnik in dodati

HMI zaslon. Starejši krmilnik S7-200 smo zamenjali s krmilnikom S7-1200. Z zamenjavo

krmilnika smo tudi posodobili logiko delovanja oz. program. Dvovrstični 16 bitni tekstovni

prikazovalnik smo zamenjali z novejšim in zmogljivejšim HMI zaslonom Comfort panel TP

700. Ta nam že zaradi svoje velikosti ponuja preglednejšo vizualizacijo. Vsebuje veliko več

funkcij in omogoča razdelitev zaslona (na zaslonu lahko imamo 2 strani). Novejši HMI zaslon

lahko deluje tudi kot samostojna enota, saj ima nameščen operacijski sistem.

Zaradi preureditve krmilno nadzornega sistema na sodoben novi krmilnik je bilo potrebno

najprej narediti popis realnega stanja krmilnika in logike ter popis vseh porabljenih vhodov in

izhodov krmilnika. Zaradi primerjave in preglednosti smo popis krmilnika in logike zapisali v

obliki tabel in te so v celoti priložene v prilogi 2.


23

4 KRMILNE FUNKCIJE – POVEZANOST SIGNALOV

V krmilniku se izvaja krmilno-nadzorni program, ki operira s podatki oz. signali, ki jih

zajemamo s senzorji. V našem primeru so to naslednji parametri oz. stanja:

temperatura hidravlične tekočine v bližini glavne sesalne cevi,

temperatura hidravlične tekočine v bližini sesalne cevi obtočnega sistema,

nivo hidravlične tekočine v bližini glavne sesalne cevi,

zamašenost povratnega in obtočnega filtra in

preobremenitev motorja obtočne črpalke in hladilnega sistema.

Celoten program je priložen v prilogi 3.

4.1 Zasnova krmilja

Krmilje celotnega sistema je zasnovano tako, da v primeru, ko je temperatura hidravlične

tekočine v območju med 10 in 30 °C, delujeta glavna črpalka in grelnik. Njegova naloga je, da

hidravlični tekočini zagotovi optimalno temperaturo, ki znaša okoli 40 °C. Ko se hidravlična

tekočina nahaja na optimalni temperaturi, to signalizira zelena lučka. Omenjen pogoj je vezan

na obstoječi agregat, ki deluje v zaprtem prostoru. V drugih primerih uporabe agregata, je to

strategijo potrebno prilagoditi temperaturnih razmeram in stanju okolice. Npr. vklop grelnika,

v kombinaciji z intermitirajočim delovanjem, kratkotrajnimi vklopi in izklopi črpalke (za pomik

manjše količine tekočine dalje in s tem boljše mešanje).

V kolikor temperatura hidravlične tekočine pade pod 10 °C je potrebna takojšnja

zaustavitev delovanja celotnega hidravličnega sistema zaradi prevelike viskoznosti hidravlične

tekočine, obenem pa se prižge rdeča lučka. Ko temperatura naraste nad 40 °C se vklopi obtočna

črpalka. Ta bo hidravlično tekočino transportirala preko hladilno-filtrirnega sistema, ki bo

hidravlično tekočino do neke mere ohladil in hkrati filtriral s finim obtočnim filtrom.

Hidravlična tekočina se bo sicer pretakala skozi hladilnik, a ventilator hladilnika bo ostal še

vedno izklopljen. V primeru, da temperatura še naprej narašča, se pri 50 °C vklopi ventilator.

Če temperatura naraste na 65 °C, se mora celoten hidravlični sistem ustaviti, hladilni sistem pa

mora delovati naprej in olje ohlajati, vse dokler temperatura ne pade pod to zgornjo dovoljeno

mejo. Prav tako je potrebna zaustavitev sistema v primeru, kadar pride do preobremenitve

motorja ventilatorja ali preobremenitve glavne črpalke.


24

V primeru zamašitve povratnega filtra se delovanje agregata ustavi, medtem ko se

zamašitev obtočnega filtra le signalizira z rumenim alarmom, pri čemer se tudi izklopita

obtočna črpalka ter ventilator (ostali aktuatorji obratujejo nemoteno naprej).

Ko nivo hidravlične tekočine pade pod 20 cm se celoten sistem takoj zaustavi, saj bi lahko

v nasprotnem primeru prišlo do poškodb ali/in uničenja glavne črpalke. Kadar znaša nivo olja

med 20 in 32 cm agregat deluje nemoteno, kar signalizira zelena lučka. V kolikor pa nivo olja

naraste nad 32 cm začne svetiti rumena lučka, kot znak opozorila (npr. v primeru vdora zraka

v sistem in posledičnega tvorjenja pen, ali pa npr. napake v primeru uporabe vodnih hladilnikov,

…). Ob vsaki zaustavitvi sistema do njegovega ponovnega zagona sveti rdeča lučka, ki

signalizira napako.

4.2 Spremenljivke krmilja

Spremenljivke so razen logičnih vrat osnovni gradniki vsakega programa. Pojem izhaja iz

matematike in pomeni nek simbol, ki lahko zavzame določeno vrednost oz. prostor, kamor se

lahko ta vrednost shrani. Tako kot pri matematiki tudi pri programiranju spremenljivkam

določimo neko vrednost. Spremenljivki lahko določimo vrednost oz. lastnost s prireditvijo ali

z izrazom oz. formulo. V našem primeru smo vsem spremenljivkam določili vrednost s

prireditvijo le-te [6].

4.2.1 Spremenljivke glavnega programa

Vse spremenljivke glavnega programa so bile kreirane v obliki tabele. Po izbiri ustreznega

krmilnika v programskem okolju Tia portal V13, se nam samodejno kreira datoteka z naslovom

»PLC tags«. V tej datoteki je že pripravljena prazna tabela za kreiranje spremenljivk, ki jim

določimo ime, tip, naslov, povezljivost in vidnost s HMI zaslonom. Tem spremenljivkam lahko

tudi določimo lokalno ali globalno vidljivost spremenljivke. Globalne spremenljivke so

deklarirane na osnovi razreda oz. glavnega programa, lokalne spremenljivke so deklarirane na

osnovi metode oz. funkcije. V našem primeru uporabljamo samo globalne spremenljivke. To

pomeni, da so te spremenljivke vidne v vseh funkcijah znotraj glavnega programa. V primeru

spremembe vrednosti globalne spremenljivke v eni funkciji, je ta sprememba vidna v vseh

ostalih funkcijah glavnega programa. Tabelo lahko tudi izvozimo in shranimo kot Excel

datoteko [35]. Celotna tabela spremenljivk je priložena v prilogi 4.


25

4.2.2 Spremenljivke HMI zaslona

Enako kot spremenljivke glavnega programa, je potrebno kreirati tudi spremenljivke HMI

zaslona. Tudi tukaj se ob izbiri HMI zaslona samodejno ustvari datoteka »HMI tags« za

kreiranje spremenljivk. V tej tabeli spremenljivkam določimo ime, tip, naslov, dostop, ter

povezavo spremenljivke glavnega programa s spremenljivko HMI zaslona. Tudi to tabelo lahko

izvozimo in shranimo kot Excel datoteko. Celotna tabela spremenljivk HMI zaslona je

priložena v prilogi 5.


26

5 POSODOBITEV KRMILNO – NADZORNIH FUNKCIJ

Pri nadgradnji oz. zamenjavi krmilnika in HMI zaslona, je bilo potrebno posodobiti tudi

program, kajti osnovni program je bil napisan v programskem okolju Simatic STEP 7, medtem

ko se novi krmilnik Siemens serije S7-1200 programira v programskem okolju TIA portal.

5.1 Programsko okolje TIA portal V13

Novejši krmilnik smo programirali v programskem okolju TIA portal V13, ki predstavlja

popolnoma integrirano avtomatizirano okolje. Sestavljeno je iz programskega okolja STEP 7,

kjer se pišejo programi, vizualizacije, kjer se oblikuje grafičen prikaz in simulatorja – slika 5.1.

Programsko okolje TIA portal razpolaga z velikim številom knjižnic, v katerih so

definirani vsi krmilniki, HMI zasloni, razni moduli in industrijski računalniki znamke Siemens.

Poleg tega vsebuje tudi knjižnice, ki zajemajo že vnaprej pripravljene funkcije, bloke, razne

časovnike, števce, bloke za normiranje, skaliranje itd. Tako je tudi programiranje veliko lažje,

hitrejše in uporabniku prijazno [3].

Slika 5.1: Programsko okolje TIA portal V13

Ob zamenjavi HMI zaslona je bilo potrebno izdelati vizualizacijo nadzornega sistema

hidravličnega agregata. Zaradi novejšega programskega okolja smo lahko dodali prikaz

digitalnih vrednosti merjenih parametrov, grafičen prikaz analognih vrednosti v obliki stolpcev

in skupen graf, ki beleži, zajema in shranjuje tri najpomembnejše merjene parametre

(temperatura, tlak in nivo). Celoten izgled vizualizacije je priložen v prilogi 6.


27

Izdelava vizualizacijskega sistema je dokaj enostavna, saj nam popolna integracija

programskega okolja omogoča avtomatizirano izdelavo, pri čemer je potrebno uporabljene

elemente le povezati z »merkerji« spremenljivk, ki smo jih morali določiti v tabeli

spremenljivk. Grafe in stolpce lahko poljubno oblikujemo, jim spreminjamo barvo in obliko,

določimo skale, minimalne in maksimalne vrednosti itd. Omogoča nam celo spreminjanje in

utripanje barve v primeru dosega minimalne ali maksimalne vrednosti. Tako bo operater ali

vzdrževalec lažje in bolj zanesljivo zaznal napako na HMI zaslonu.

5.1.1 Povezava TIA - HMI zaslonom

Izdelan program in vizualizacijski vmesnik je potrebno naložiti iz programskega okolja TIA

portal V13 na HMI zaslon. V ta namen potrebujemo povezavo med HMI zaslonom in

krmilnikom, ki poteka preko Ethernet vodila. Po fizični priključitvi moramo nastaviti še IP

naslove krmilnika in HMI zaslona [3].

Slika 5.2: Povezava HMI zaslona z Ethernet stikalom in krmilnikom

5.2 Snovanje in testiranje programa

Obstoječega programa za S7-200 žal ni bilo mogoče neposredno odpreti v novem programskem

okolju TIA portal, ker je program bil napisan v starejši verziji programskega okolja STEP in

programskem jeziku STL. Zato smo program prepisali iz oblike STL v LAD. Po pretvorbi

osnovnega programa smo dodali analogne funkcijske bloke za zajemanje podatkov s senzorjev.

Zasnovati smo morali tudi dodatno funkcijsko tabelo v kateri so zbrani vsi »merkerji«

spremenljivk, ki smo jih uporabili za povezovanje vizualizacije s krmilnim programom.

Krmilni program in vizualizacijski sistem smo najprej testirali na testni plošči, kot to prikazuje

slika 5.3. Na sliki je prikazana vezava krmilnika in HMI zaslona s testno ploščo, ki ima

nameščena stikala in lučke, katera ponazarjajo vstopne in izstopne signale gradnikov agregata.

Poleg testne plošče sta uporabljena dva napajalnika, s katerima smo simulirali analogne

vrednosti. Po zaključenem testiranju je sledila povezava celotnega krmilnega in nadzornega

sistema na internet ter izdelava oz. montaža elektro omarice in vseh gradnikov.


28

Slika 5.3: Testiranje programa in vizualizacije sistema na testni plošči

Strukturo celotnega vizualizacijskega sistema smo razdelili več menijev oz. podmenijev.

Na začetku obratovanja hidravličnega agregata imamo eno začetno oz. uvodno stran, ki

predstavlja glavni meni, v njem lahko dostopamo do podmenijev, ki smo jih poimenovali

FILTRI, ZGODOVINA, ROČNO KRMILJENJE, SENZORJI in STANJA. Poimenovali smo

jih glede na funkcijo oz. nalogo, ki jo prikazuje. V vsakem podmeniju, ki ga trenutno opazujemo

imamo gumb »back« z njim se vrnemo na začetno stran oz. glavni meni, tako se enostavno

premikamo po celotnem vizualizacijskem sistemu. Strukturo celotnega vizualizacijskega

sistema prikazuje slika 5.4.

Glavni meni

Naslov

Avtor

Dostop do podmenijev


29

Slika 5.4: Shematičen prikaz strukture vizualizacijskega sistema

5.3 Povezava z internetom

Danes je možno veliko različnih sistemov opazovati in nadzorovati preko spleta. To je velika

prednost, saj lahko celotno stanje sistema opazujemo in po potrebi spreminjamo s poljubne

lokacije. Tako si olajšamo nadzor sistema, kajti med obratovanjem se lahko posvečamo

drugemu delu, v primeru okvare sistema, nas ta nemudoma opozori preko mobilne naprave ali

delovnega računalnika v pisarni. Tako lahko v zelo kratkem času pričnemo s popravilom.

Filtri

stanja filtrov (zamašenost)

preobremenitev obtočne črpalke

preobremenitev motorja ventilatorja

Ročno krmiljenje

preklop iz avtomatskega v ročno krmiljenje aktuatorjev

vklop ali izklop aktuatorjev

Zgodovina

grafično beleženje merjenih parametrov (temperatura, tlak in nivo)

Senzorji

analogni in digitalni prikaz merjenih parametrov

Stanja

prikaz stanj aktuatorjev (vklop ali izklop)


30

Za vse sisteme, ki jih krmili krmilnik znamke Siemens S7-1200, lahko za opazovanje

in nadzor preko spleta uporabimo tri različne možnosti: Prva možnost je ta, da krmilnik

gosti internetno stran. To pomeni, da je potrebno ročno napisati celotno spretno stran in

njeno povezavo v HTML/JavaScript.

Druga možnost (v primeru uporabe Siemens Comfort panela) je ta, da se na spletu objavi

neposredna slika zaslona preko IP naslova oz. DNS naslova. To nam omogoča WinCC

SM@RT SERVER, ki je že vgrajen v programskem okolju TIA portal V13.

Tretja možnost pa je uporaba WebNavigator-ja, ki predstavlja nadgradnjo

programskega okolja TIA portal V13. S to nadgradnjo je možen celoten nadzor SCADA

sistemov.

Najbolj optimalno rešitev za naše potrebe predstavlja druga opcija, saj ponuja odlično

razmerje med enostavno uporabo in funkcijskimi zmožnostmi. Prva možnost za nas ni bila

toliko interesantna zaradi težavnosti pisanja HTML strani in JavaScript programa ter povezave

spletne strani s krmilnikom. Prav tako pa za nas ni bila primerna zadnja možnost, saj je

WebNavigator relativno drag licenčni program in zaradi tega pogosto v »duhu varčevanja«

snovalcem krmilja ni vedno na voljo. Večinoma se uporablja za objavo ter posredovanje

celotnih kompleksnih SCADA sistemov v internetno okolje.

Za aktivacijo oddaljenega dostopa s pomočjo WinCC SM@RT SERVER smo morali le-

tega omogočiti v programskem okolju TIA portal V13. Najprej smo morali poiskati »Runtime

- settings« v podmeniju nastavitev HMI zaslona, nato poiskati v teh nastavitvah podmeni

»services«, ter na koncu še omogočiti oz. označiti Start SM@RT SERVER. Celoten postopek

prikazuje slika 5.5.

Slika 5.5: Omogočitev WinCC SM@RT SERVERJA

Po ponovni naložitvi programa na HMI zaslon, smo morali najprej spletni brskalnik

nadgraditi z vtičnikom Java. V tem vtičniku smo morali nastaviti naš IP naslov HMI zaslona

kot izjemo zaradi varnostnega protokola, ki ga vsebuje Java. Ker je naš nadzorni sistem


31

priključen na internetno omrežje preko ethernet usmerjevalnika, smo morali še skonfigurirati

»port forwarding«, s čemer smo omogočili dostop do našega nadzornega sistema tudi iz

zunanjih IP naslovov izven naše lokalne mreže. Tako lahko spremljamo in spreminjamo stanje

krmilja preko oddaljenega računalnika z internetno povezavo.

Slika 5.6: Izgled vizualizacije v spletnem brskalniku

Za ogled stanja sistema na »pametnem« telefonu smo poiskali Siemens-ovo aplikacijo

Sm@rt Client lite. V tej aplikaciji smo nastavili IP naslov HMI zaslona, vrata, geslo (po potrebi)

in orientacijo. Pri brezplačni lite verziji je možen ogled stanj le za omejen čas (nekaj minut).

Slika 5.7: Izgled na »pametnem« telefonu


32

6 ELEKTRO OMARICA

Zaradi možne prisotnosti umazanije, udarcev, tresljajev in drugih vibracij sam hidravlični

agregat ni najprimernejše mesto za namestitev krmilnika, HMI zaslona in ostalih električnih

gradnikov. Zato smo omarico krmilnega dela agregata, skupaj z omaricama za močnostni del

in regulacijo črpalke, namestili na samostojno ogrodje sestavljeno iz aluminijastih profilov, kot

to prikazujejo slike 6.1, 6.2 in 6.4. Na ogrodju so tako nameščene vse tri elektro omarice. Na

hidravličnem agregatu se nahaja le manjša zbirna elektro omarica, v njej so nameščene

priključitvene sponke senzorjev (slika 6.3). Elektro omarice na splošno predstavljajo ohišje

vseh električnih gradnikov in služijo kot zaščita pred udarci, umazanijo, tresljaji itd.

Slika 6.1:Krmilni del

Slika 6.2: Močnostni del

Slika 6.3: Električna omarica na agregatu

Slika 6.4: Ogrodje iz Al-profila


33

6.1 Zakoni in standardi za načrtovanje in izgradnjo elektro omaric

Načrtovanje in izgradnja elektro omaric mora po slovenski zakonodaji slediti navodilom,

zakonom in standardom, kot npr.:

Zakon o uredbi splošnih pogojev za dobavo in odjem električne energije [30],

Zakon o električni opremi, ki je namenjena za uporabo znotraj določenih napetostnih

mej [31],

SIST EN 61038: 1997/A2:2000. Standard napetosti. SIST, Ljubljana, 2000 [32],

SIST EN 61140: 2002. Standard o zaščiti pred električnim udarom. SIST, Ljubljana,

2002 [33],

SIST EN 60529:1997/A1:2000. Standard o ustrezati stopnji zaščite pred udarom trdih

teles ali tekočin. SIST Ljubljana, 1997 [34].

Ostali zakoni in standardi so navedeni v prilogi 7.

Tako lahko npr., skladno s standardi, znaša minimalna notranja globina omarice od

notranjosti stene do linije zapiranja vrat 170 mm. Elektro omarica je lahko izdelana iz kovinskih

materialov ampak mora biti dovolj mehansko, toplotno in UV odporna. Elektro omarica je

lahko izdelana tudi iz umetnih materialov, kot so polikarbonat, armiran poliester s steklenimi

vlakni, polipropilen ali polistiren. Kovinski materiali so lahko nerjaveča pločevina debeline

min. 1 mm tipa INOX A2 ali AC11 extra ali ALMgSi pločevina. Elektro omarice morajo

prenesti temperaturo od -25 do 60 °C. Kovinske omarice morajo imeti vijake, ki omogočajo

zaščito pred napetostjo dotika, tako na vratih kot na okvirju. Vrata omaric morajo dopuščati

možnost za vgradnjo okna z ustreznim tesnjenjem. Vrata se morajo odpirati za 180° ali pa

morajo biti lahko snemljiva. Dobro mora biti vidna oznaka standardnega znaka, ki opozarja na

nevarnost napetosti. Tesnilo vrat naj bo iz penaste gume, ki ne sme odstopiti pri odprtju [25].

Pri snovanju in montaži nove elektro omarice so bili upoštevani vsi navedeni standardi,

še posebej področja, ki se neposredno povezuje z zaščito oz. varovanjem človeškega življenja.


34

6.2 Izdelava dokumentacije

Dokumentacija je zelo pomemben del snovanja in konstruiranja naprav, saj nam pomaga pri

odpravljanju napak in opravljanju vzdrževalnih del s pomočjo standardiziranega opisa in

prikaza vseh gradnikov sistema.

6.2.1 Popis obstoječega stanja

Pred menjavo električne omarice je bilo najprej nujno narediti celoten popis vodnikov in

povezav med obstoječimi gradniki. Ta popis smo razdelili na tri dele, torej za vsako omarico

posebej. V tem popisu je zapisana barva vodnika, ki vodi v omarico, vezava v omarici, številka

sponke, vezava izven omarice, funkcija vodnika, pin senzorja in barva vodnika, ki pelje izven

omarice. Ta popis nam bo zelo koristil pri izdelavi novega ožičenja. Celoten popis vodnikov

vseh treh omaric je priložen v prilogi 8.

6.2.2 Električna shema

Poleg popisa vseh vodnikov smo izdelali tudi električno shemo. Tako bomo imeli vizualno

predstavo o povezavi vseh vodnikov in gradnikov, ki so v elektro omarici. Tudi tukaj smo načrt

razdelili na tri dele, torej za vsako elektro omarico posebej. Tako bo električna shema bolj

pregleden in lažje berljiv. Celotna električna shema je priložen v prilogi 9.

6.3 Menjava elektro omarice

V veliko primerih rekonstrukcije strojne opreme (elektro omarice, ogrodja, kanali za

vodnike…), želimo z minimalnimi stroški zamenjati le najnujnejše, npr. zgolj vrata elektro

omarice. Ob tem pa velikokrat zanemarimo drug problem, to je optična poenotenost celotnega

sklopa elektro omaric, enaka zasnova pomembnih tipk na vratih, enake dimenzije, položaj

glavnih vklopnih stikal, dovolj velika velikost oz. dimenzije, ki bodo dovoljevale še kakšno

nadgradnjo, …

Vsak izvajalec ima bolj ali manj svoj pristop k fizični zamenjavi gradnikov krmilja in

ožičenja. Vsekakor mora biti to opravljeno skladno z navedenimi standardi, pri čemer pa v

veliki meri pridejo do izraza izkušnje s podobnih del in spretnost izvajalca. Koraki izvedbe

zamenjave so si več ali manj podobni.


35

V obravnavanem primeru zamenjave, smo se tega lotili po sledečih fazah:

Priprava na zamenjavo

Priprava na zamenjavo elektro omarice zajema odklop celotnega sistema hidravličnega

agregata in demontažo elektro omarice iz ogrodja ter vseh krmilnih in elektro gradnikov, ki so

bili v njej. Demontažo gradnikov prikazuje slika 6.5.

Novo elektro omarico je bilo potrebno prilagoditi glede na naše potrebe, kajti tako smo

lahko pripeljali vse vodnike, ki povezujejo elektro omarico s preostalim sistemom

hidravličnega agregata. Prilagoditev omarice prikazuje slika 6.6.

Slika 6.5: Demontaža krmilnih in elektro

gradnikov iz omarice

Slika 6.6: Izvrtine za dovod vodnikov

Priprava odprtin na vratih

Priprava odprtin na vratih zajema smiselno načrtovanje oz. izdelavo delavniške risbe in

izris položaja stikal ter HMI zaslona. Delavniška risba je priložena v prilogi 10. Tukaj je

priporočljivo optično poenotiti celoten sklop elektro omaric oz. enako zasnovati in določiti

položaj glavnih vklopnih stikal in HMI zaslona.

Montaža nove elektro omarice

Montaža je sestavljena iz enostavne pritrditve nove elektro omarice na pripravljeno

ogrodje. Priporočljivo je novo elektro omarico vgrajevati prazno oz. brez krmilnih in elektro

gradnikov. Izgled uspešne montaže nove elektro omarice prikazuje slika 6.7.


36

Slika 6.7: Izgled končane montaže nove električne omarice (desni del slike)

Montaža HMI zaslona in glavnih vklopnih stikal

Montaža HMI zaslona in glavnih vklopnih stikal obsega smiselno in optično poenoteno

vgradnjo stikal (ZASILNI IZKLOP, STOP in START) ter vgradnje HMI zaslona. Končen

izgled montaže prikazuje slika 6.8

Slika 6.8: Izgled končane montaže vrat nove električne omarice


37

6.4 Vgradnja in ožičenje gradnikov

Tudi vgradnja in ožičenje gradnikov lahko poteka podobno kot priprava omaric, po posameznih

korakih, ki si smiselno sledijo.

Vgradnja gradnikov

Vgradnja je sestavljena iz optimalnega načrtovanja razporeditve vseh gradnikov na

pločevinasti plošči in njihova montaža, kot prikazuje slika 6.9 ter vgradnje pločevinaste plošče

v novo elektro omarico, kot prikazuje slika 6.10.

Slika 6.9: Končana razporeditev na plošči

Slika 6. 10: Namestitev plošče v omarico

Ožičenje gradnikov

Ožičenje gradnikov se prične v nekem smiselnem vrstnem redu in s samo prilagoditvijo

dolžine vodnikov. Priporočljivo se je ravnati po pregledno izdelani dokumentaciji s čemer se

zmanjša možnost napake. Vse vodnike je dobro speljati po zaščitnih kanalih. Tako se vodniki

ne prepletajo med seboj in tako elektro omarica izgleda urejeno. Ožičenje vodnikov prikazuje

slika 6.11.

Po končanem ožičenju elektro omarice je bilo potrebno še ožičiti vrata elektro omarice

(HMI zaslon in glavna vklopna stikala). Končano ožičenje vrat prikazuje slika 6.12.


38

Slika 6.11: Ožičenje vodnikov po zaščitnih

kanalih

Slika 6.12: Ožičenje vrat

Po končanem ožičenju je priporočljivo zunanje vodnike ustrezno zaščititi oz. oviti, kot

prikazuje slika 6.13.

Slika 6.13: Ovijanje vodnikov na gibajočih delih kot npr. vrata omarice


39

6.5 Priprava in montaža kanala za vodnike

V industrijskem okolju vse pogosteje srečamo vodnike kar prosto ležeče na tleh. Ti so večkrat

prepleteni, z njimi se mešajo signalni vodniki, izpostavljeni so mehanskim poškodbam, razlitju

tekočine ... Razen tega pa predstavljajo potencialno nevarnost za nesreče – padce zaradi

spotikanja. Zato je vse vodnike priporočljivo položiti v kanal, saj z njim preprečimo prepletanje

vodnikov, uredimo okolico sistema in vodnike ustrezno zaščitimo pred prej omenjenimi

nevarnostmi. Izgled kanala prikazuje slika 6.14. Montažo kanala za vodnike je smiselno izvesti

v naslednjih korakih.

Priprava kanala za vodnike

Priprava je sestavljena iz ustreznega izbora kanala (zadostna širina), načrtovanja in izrisa

položaja kanala na površino kamor ga polagamo, prilagoditve kanala na ustrezno dolžino ter

izdelave ustreznih izrisanih izvrtin.

Montaža kanala za vodnike

Montaža kanala je sestavljena iz enostavne položitve kanala na načrtovano mesto in

ustrezno pritrditvijo na površino.

Polaganje vodnikov

Vodnike je priporočljivo polagati po nekem smiselnem vrstnem redu (slika 6.15), brez

tlačenja in pri tem misliti tudi na vstop in izstop vodnikov iz kanala – na zaključke kanalov ter

stranske odprtine. Na koncu je smiselno vodnike, ki izhajajo iz kanala primerno oviti, dodatno

stisnili z vezico in označiti s primerno oznako, kot prikazuje slika 6.16.

Slika 6.14: Kanal

Slika 6.15: Polaganje

vodnikov

Slika 6.16: Ovijanje


40

Končen rezultat kanala za vodnike in primerjavo urejenosti okolice prikazuje slika 6.17.

Slika 6.17: Primerjava med prosto ležečimi kabli na tleh (levo) in urejeno s kanalom (desno)

6.6 Preizkus celotnega sistema hidravličnega agregata

Po končani vezavi je bilo potrebno opraviti še celoten pregled sistema, pri čemer lahko najdemo

večje ali manjše napake, ter jih odpravimo še preden pričnemo s testiranjem delovanja pod

napetostjo.

Po pregledu sledi priklop elektro omarico v omrežje, ter »nalaganje« programa v krmilnik

in HMI zaslon, kot to prikazuje slika 6.18. Tudi pri tem, če funkcije testiramo po korakih, še

lahko odkrijemo in odpravimo morebitne programske napake. Te so lahko najrazličnejše, npr.

pri dodajanju funkcijskih blokov SCALE in NORM napačno nastavimo merilno območje, kar

se da hitro spremeniti oz. popraviti. Ko so takšne in podobne malenkostne programske napake

odpravljene lahko program ponovno naložimo na krmilnik in HMI zaslon, ter ga preizkušamo

kot celoto.


41

Slika 6.18: Programiranje

Slika 6.19: Končen izgled nove elektro omarice za krmilno nadzorne funkcije (desni del slike)

Po odpravljenih vseh napakah smo v realnosti vzpostavili vsa možna stanja in tako

potrdili ustreznost delovanja celotnega krmilja oz. sistema, tako električnega kot tudi

programskega. Ob testiranju programa smo izkoristili možnost on-line spremljanja stanja

spremenljivk ter programa oz. opcije opazovanja. Tako celoten sistem krmiljenja in nadzora

hidravličnega agregata deluje neoporečno in zanesljivo.


42

7 SKLEP

V diplomskem delu z naslovom »Posodobitev nadzorno krmilnega sistema hidravličnega

agregata« smo predstavili posodobitev celotnega krmilnega dela hidravličnega agregata.

Brezhibnost delovanja hidravličnega agregata je zelo pomembna za zanesljivo delovanje

celotnega hidravličnega sistema in stroja. Kot smo pokazali v nalogi se s takšnim sistemom

posredno zmanjšajo stroški vzdrževanja in poraba energije, posledično pa se tudi podaljša

življenjska doba hidravlične tekočine ter samega hidravličnega sistema. Če je nadzorno krmilni

sistem agregata zasnovan neprimerno ali pa je morda že zastarel, se lahko na daljše obdobje

stroški obratovanja zelo povečajo.

Dejstvo je, da je za doseganje ustrezne zanesljivosti delovanja hidravličnega agregata, le-

tega smiselno opremiti z ustreznimi senzorji, krmilnikom in HMI zaslonom, ki omogočajo

krmiljenje in nadzor najpomembnejših funkcij agregata. Zaradi mnogokrat zastarele senzorske

opreme in krmilno nadzornega sistema agregata se velikokrat ne zagotovi niti osnovni nadzor

najpomembnejših parametrov, kaj šele popolni nadzor vseh obratovalnih parametrov in

spremljanje zgodovine sprememb signalov.

V nalogi je podrobno predstavljena posodobitev krmilno-nadzornega sistema, kjer smo

nadomestili starejši krmilnik S7-200 z novejšim in zmogljivejšim krmilnikom S7-1200. Prav

tako smo zamenjali dvovrstični tekst prikazovalnik z novejšim HMI zaslonom znamke Siemens

Comfort Panel TP 700. Posodobili smo glavni program krmilnika in naredili HMI zaslonu

primerno vizualizacijo za preglednejši prikaz stanj sistema. Poleg tega smo še vključili

beleženje zgodovine in opazovanje stanj preko interneta. Zaradi nadgradnje smo zamenjali

celotno elektro omarico in jo prilagoditi novim potrebam. Poskrbeli smo tudi za ustrezno zaščito

vodnikov, ki smo jih združili v namenski kanal, ki služi kot zaščita pred možnimi poškodbami,

umazanija itd.

V nalogi predstavljeni posodobljeni krmilni sistem nam omogoča mnoge prednosti v

primerjavi s starejšim, kot so npr. vizualizacija stanj hidravličnega agregata, shranjevanje

merjenih veličin na pomnilniški kartici, opazovanje in krmiljenje sistema hidravličnega

agregata preko LAN omrežja… Možnost za nadaljnje posodobitve oz. nadgradnje

hidravličnega agregata je nadzor stanja hidravlične tekočine ter oddaljeno upravljanje krmilnih

funkcij preko spleta.


43

8 SEZNAM UPORABLJENIH VIROV

[1] D. Lovrec, e-literatura Moodle Mehatronski sistemi na obdelovalnih strojih

[2] D. Lovrec, e-literatura Moodle Hidravlika in pnevmatika

[3] D. Lovrec, e-literatura Moodle Krmilna tehnika

[4] P. Planinšič, e-literatura Moodle Komunikacije v avtomatiki

[5] E. Cibula, e-literatura Moodle Senzorji

[6] M. Rodič, e-literatura Moodle Programiranje za elektrotehnike

[7] C. Grilj, Vzdrževanje strojev in naprav, oktober 2005

[8] J. Bartenschlager, Mehatronika, Založba Pasadena, maj 2009

[9] A. Lesnik, Uporaba kompaktnih hidravličnih agregatov v strojegradnji, diplomsko delo,

UM-FS 2014

[10] V. Tič, Snovanje sodobnega hidravličnega agregata, diplomsko delo, UM-FS, 2008

[11] A. Čakš, K. Pušnik, Posodobitev nadzorno krmilnih funkcij hidravličnega agregata. AIG'

15. Konferenca Avtomatizacije v industriji in gospodarstvu: Maribor, 9.4.2015.

[12] Foster Manufacturing Corporation. Dostopno na: http://www.fostermfgcorp.com/ ,

30.7.2015

[13] Eckel. Dostopno na: http://www.eckel.com/images/products/p4/large1.jpg , 30.7.2015

[14] Vista hidravlika. Dostopno na: http://www.vista-hidravlika.si/hidravli-ni-agregati---

hydraulic-units.html, 30.7.2015

[15] Elektrotehnika plus. Dostopno na:

http://eele.tsckr.si/wiki/index.php/Trifazni_elektromotor, 30.7.2015

[16] Siemens standard motorst. Dostopno na:

http://www.motology.co.th/download/motors/(2)%20Standard%20Motor%20catalog.pdf,

30.7.2015

[17] Hydac international filter clogging indicators. Dostopno na:

http://www.hydacusa.com/literature/filters/indicators.pdf, 30.7.2015

[18] Hydac international. Dostopno na:

http://www.hydacusa.com/betadownloads/catalogs/1303-1506%20Standard%20Coolers.pdf,

30.7.2015

[19] Hydac return line filter. Dostopno na:

http://www.hydac.com.au/MessageForceWebsite/Sites/279/Files/E.7.116.4.03.12.pdf,

30.7.2015


44

[20] Hydac low pressure filter. Dostopno na:


30.7.2015

[21] Siemens S7-200. Dostopno na: http://www.automation.siemens.com/salesmaterial-

as/catalog/en/simatic_st70_chap03_english_2011.pdf, 30.7.2015

[22] Siemens S7-1200. Dostopno na:

https://cache.industry.siemens.com/dl/files/465/36932465/att_106119/v1/s71200_system_ma

nual_en-US_en-US.pdf, 30.7.2015

[23] HMI KTP400. Dostopno na:

https://www.automatyka.siemens.pl/docs/docs_ia/HMI_KTP400_KTP600_KTP1000_TP150

0.pdf, 30.7.2015

[24] HMI KTP 700 comfort. Dostopno na:

http://www.automation.siemens.com/salesmaterial-as/brochure/en/brochure_panels_en.pdf,

30.7.2015

[25] Elektro Ljubljana. Dostopno na: https://www.elektro-

ljubljana.si/Portals/0/Content/Dokumenti/Obnovljivi%20viri/tehnicna_smernica_za_elektro_o

marice_z_opremo.pdf, 30.7.2015

[26] Hydac ENS 3000. Dostopno na:

http://www.hydac.com.au/MessageForceWebsite/Sites/279/Files/ens3000_1.pdf, 30.7.2015

[27] Hydac ETS 3000. Dostopno na:


30.7.2015

[28] Hydac EDS 3000. Dostopno na:

https://pubweb.bnl.gov/~kirk/MERIT/2005_Nov18/Data_sheets/EDS3000%20US%20Manua

l.pdf, 30.7.2015

[29] Foster Manufacturing Corporation. Dostopno na:

http://www.fostermfgcorp.com/page/gas/20_24_hp.html, 30.7.2015

[30] Uradni list RS, 2007, št. 126, str. 135. Dostopno na: http://www.uradni-

list.si/_pdf/2007/Ur/u2007126.pdf#!/u2007126-pdf, 30.7.2015

[31] Uradni list RS 2004, št. 27, str. 3039. Dostopno na: https://www.uradni-

list.si/_pdf/2004/Ur/u2004027.pdf#!/u2004027-pdf, 30.7.2015

[32] SIST Ljubljana. Dostopno na:

http://www.sist.si/ecommerce/catalog/project.aspx?id=d75ff494-4937-4c89-93bb-

df5226c1cd63, 30.7.2015


45


http://www.sist.si/ecommerce/catalog/project.aspx?id=15ebc37c-0ad3-4ead-a183-

a14f6536d3e1, 30.7.2015


http://www.sist.si/ecommerce/catalog/project.aspx?id=8a9f21d2-ef8b-4a66-9cbd-

1b398a95c247, 30.7.2015

[35] Globalne spremenljivke. Dostopno na:

http://www.praktik.si/DisplayContent.aspx?groupId=208, 27.8.2015


46

Priloga 1: pomen in funkcija konektorskih priključkov

SE 1 - Senzor temperature in nivoja, ENS 3000 Barva Funkcija Pin 1: bela Napajanje 18-35 V DC Pin 2: rjava Preklopni signal SP2 Pin 3: zelena 0V Pin 4: rumena Preklopni signal SP1 Pin 5: siva Preklopni signal SP3 Pin 6: roza Preklopni signal SP4 Pin 7: morda Analogni izhod NIVO Pin 8: rdeča Analogni izhod TEMP.

SE 2 - Senzor zamašenosti glavnega filtra, VR 2 D.0/L24 Barva Funkcija Pin 1: rjava Napajanje +24 V DC Pin 2: zeleno rumena Preklopni signal zamašenosti Pin 3: modra 0V

SE 3 - Senzor zamašenosti obtočnega filtra, VM 5 D.0/L24 Barva Funkcija Pin 1: rjava Napajanje +24 V DC Pin 2: zeleno rumena Preklopni signal zamašenosti Pin 3: modra 0V

SE 4 - Senzor temperature, ETS 3228 Barva Funkcija Pin 1: rjava Napajanje 18-35 V DC Pin 2: bela Analogni izhod TEMP. Pin 3: modra 0V Pin 4: črna Preklopni signal SP1 Pin 5: siva Preklopni signal SP2

SE 5 – Tlačni senzor, EDS 3448 Barva Funkcija Pin 1: rjava Napajanje 18-32 V DC Pin 2: bela Analogni izhod TLAK Pin 3: modra 0V Pin 4: črna Preklopni signal SP1 Pin 5: siva Preklopni signal SP2


47

Priloga 2: popis realnega stanja krmilnika in logike

Digitalni Senzor / Stikalo SignalI 0.0 M22 – K10 (tipka) Tipka STOPI 0.1 M22 – K10 (tipka) Tipka STARTI 0.2 Hydac ENS 3000 Temp. pod 10°CI 0.3 Hydac ETS 3000 Temp. nad 40°CI 0.4 Hydac ETS 3000 Temp. nad 50°CI 0.5 Hydac ENS 3000 Temp. nad 65°CI 0.6 Hydac ENS 3000 Nivo olja pod 20 cmI 0.7 Hydac ENS 3000 Nivo olja nad 32 cmI 1.0 hydac VR 2D.0/l24 Povratni filterI 1.1 hydac VM 5 D.0/l24 Obtočni filterI 1.2 Schrack BE400310 (Motorska zaščita) Preob. Obtočna I 1.3 Schrack BM017310 (Motorska zaščita) Preob. ventilator

Digitalni Q 0.0 Bosch Rexroth A10VSO28DFE1 / 3XR - PPA12N00 Glavna črpalkaQ 0.1 Obtočna črpalkaQ 0.2 Hydac OKAF – EL7L / 40 / 3.1 / D / M / A / LPF280 / 4 / 1 Motor ventilatorjaQ 0.3 Rexroth AB32 – 10 / 2E440 GrelnikQ 0.7 LED semafor LED zelenaQ 1.0 LED semafor LED rumenaQ 1.1 LED semafor LED rdeča

Popis obstoječega stanja S7 – 200


48

Digitalni Senzor / Stikalo SignalI 0.0 M22 – K10 (tipka) Tipka STOPI 0.1 M22 – K10 (tipka) Tipka STARTI 0.2 Hydac ENS 3000 Temp. pod 10°CI 0.3 Hydac ETS 3000 Temp. nad 40°CI 0.4 Hydac ETS 3000 Temp. nad 50°CI 0.5 Hydac ENS 3000 Temp. nad 65°CI 0.6 Hydac ENS 3000 Nivo olja pod 20 cmI 0.7 Hydac ENS 3000 Nivo olja nad 32 cmI 1.0 hydac VR 2D.0/l24 Povratni filterI 1.1 hydac VM 5 D.0/l24 Obtočni filterI 1.2 Schrack BE400310 (Motorska zaščita) Preob. Obtočna I 1.3 Schrack BM017310 (Motorska zaščita) Preob. ventilator

Analogni AI 96 Hydac EDS 3000 TlakAI 98 Hydac ENS 3000 NivoAI 100 Hydac ENS 3000 Temp. pred. Črp.AI 102 Hydac ETS 3000 Temp. obt. Črp.

Digitalni Q 0.0 Bosch Rexroth A10VSO28DFE1 / 3XR - PPA12N00 Glavna črpalkaQ 0.1 Hydac OKAF – EL7L / 40 / 3.1 / D / M / A / LPF280 / 4 / 1 Obtočna črpalkaQ 0.2 Hydac OKAF – EL7L / 40 / 3.1 / D / M / A / LPF280 / 4 / 1 Motor ventilatorjaQ 0.3 Rexroth AB32 – 10 / 2E440 GrelnikQ 0.7 LED semafor LED zelenaQ 1.0 LED semafor LED rumenaQ 1.1 LED semafor LED rdeča

Popis novega stanja S7 – 1200


49

Signalnik / preklop Pozitiven signal Negativen signalTipka STOP ‐ Stop ‐ Tipka START ‐ Start ‐ Stop

‐ Stop‐ Temp. pod 10°C‐ Temp. nad 65°C‐ Nivo pod 20 cm‐ Povratni filter‐ Preobr. Obt. Črpalka‐ Preobr. Venilator‐ Stikalo avto-ročno 3

‐ Stop‐ Temp. pod 10°C‐ Temp. nad 65°C‐ Nivo pod 20 cm‐ Povratni filter‐ Temp. nad 50°C‐ Preobr. Obt. Črpalka‐ Preobr. Ventilator

Vklop glavne črpalke ‐ Avto. Vklop g. črpalke ‐ Stikalo avto-ročno 3‐ Stikalo avto-ročno 3‐ Avto. Vklop g. črpalke

‐ Start ‐ Temp. pod 10°C‐ Temp. nad 40°C ‐ Nivo pod 20 cm

‐ Obtočni filter‐ Preobr. Obt. Črpalka‐ Preobr. Venilator

Vklop obtočne črpalke ‐ Avto. Vklop obt. črpalke ‐ Stikalo avto-ročno 1‐ Stikalo avto.ročno 1‐ Avto. Vklop obt.

‐ Start ‐ Temp. pod 10°C‐ Temp. nad 40°C ‐ Nivo pod 20 cm‐ Temp. nad 50°C ‐ Obtočni filter‐ Obtočni filter ‐ Preobr. Obt. Črpalka

‐ Preobr. Venilator‐ Stikalo avto-ročno 2

Avto. vklop m. vent. ‐ Avto. Vklop ventilator ‐ Stikalo avto.ročno 2‐ Stikalo avto-ročno 2‐ Avto. Vklop ventilator

Avto. vklop obt. črpalke

Izklop obtočne črpalke ‐

Avto. vklop ventilatorja

Avto. izklop m. vent. ‐

Popis realnega stanja logike S7 – 200 in S7 - 1200

Avto. vklop g. črpalke ‐ Start

Avto. izklop g. črpalke ‐ Stikalo avto-ročno 3

Izklop glavne črpalke ‐


50

‐ Temp.nad 40°C‐ Temp. nad 50°C‐ Temp. nad 65°C‐ Nivo pod 20 cm‐ Stikalo avto-ročno 4

Avto. vklop grelnika ‐ Vklop grelnik ‐ Stikalo avto-ročno 4‐ Stikalo avto-ročno 4‐ Vklop grelnik‐ Vklop rumena luč‐ Vklop rdeča luč

‐ Nivo nad 32 cm ‐ Temp. pod 10°C‐ Obtočni filter ‐ Temp. nad 40°C

‐ Vklop zelena luč‐ Vklop rdeča luč

‐ Temp.pod 10°C ‐ Vklop zelena luč‐ Temp. nad 65°C ‐ Vklop rumena luč‐ Nivo pod 20 cm‐ Povratni filter‐ Preobr. Obtočna črpalka‐ Preobr. ventilator

‐ Temp. pod 10°C‐ Temp. nad 40°C‐ Temp. nad 50°C‐ Temp. nad 65°C‐ Nivo pod 20 cm‐ Nivo nad 32 cm

‐ Stikalo avto-ročno 1‐ Ročno krm. Obt. črpalke

Ročni izklop obt. črpalke ‐ Stikalo avto-ročno 1 ‐ Ročno krm. Obt. ‐ Stikalo avto-ročno 2‐ Ročno krm. m. ventilatorja

‐ Stikalo avto-ročno 3‐ Ročno krm. g. črpalke

Ročni izklop g. črpalke ‐ Stikalo avto-ročno 3 ‐ Ročno krm. g. črpalke‐ Stikalo avto-ročno 4‐ Ročno krm. grelnik

Ročni izklop grelnika ‐ Stikalo avto-ročno 4 ‐ Ročno krm. grelnik

Ročni vklop g. črpalke ‐

Ročni vklop grelnika ‐

Ročni vklop obt. črpalke ‐

Ročni vkop m. vent. ‐

Ročni izkop m. vent. ‐ Stikalo avto-ročno 2 ‐ Ročno krm. m. vent.

Vklop rumena luč

Vklop rdeča luč

Srednja temp. ‐

Srednji nivo olja ‐

Vklop grelnika ‐ Start

Avto. izklop grelnika ‐

Vklop zelena luč ‐ Start


51

Priloga 3: program


52


53


54


55


56

Priloga 4: tabela spremenljivk programa

Name Path Data Type Logical Address Comment Hmi Visible Hmi Accessible

STOP Spremenljivke Bool %I0.0 True True

START Spremenljivke Bool %I0.1 True True

Temp pod 10°C Spremenljivke Bool %I0.2 True True

Temp nad 40°C Spremenljivke Bool %I0.3 True True



Nivo olja pod 20cm Spremenljivke Bool %I0.6 True True

Nivo olja nad 32cm Spremenljivke Bool %I0.7 True True

Povratni filter Spremenljivke Bool %I1.0 True True

Obtočni filter Spremenljivke Bool %I1.1 True True

Preobr. obtočna črpalka Spremenljivke Bool %I1.2 True True

Preobr. ventilator Spremenljivke Bool %I1.3 True True

Glavna črpalka Spremenljivke Bool %Q0.0 True True

Obtočna črpalka Spremenljivke Bool %Q0.1 True True

Motor ventilatorja Spremenljivke Bool %Q0.2 True True

Grelnik Spremenljivke Bool %Q0.3 True True

Zelena Spremenljivke Bool %Q0.7 True True

Rumena Spremenljivke Bool %Q1.0 True True

Rdeča Spremenljivke Bool %Q1.1 True True

Merker START Spremenljivke Bool %M0.0 True True

M_nivo_srednji Spremenljivke Bool %M2.0 True True

M_temperatura_srednja Spremenljivke Bool %M2.1 True True

Rocno krm. gla. črpalke Spremenljivke Bool %M2.2 True True

Rocno krm. obt. črpalke Spremenljivke Bool %M2.3 True True

Rocno krm. moto. ventilatorja Spremenljivke Bool %M2.4 True True

Rocno krm. grelnik Spremenljivke Bool %M2.5 True True

Stikalo avto‐ročno 1 Spremenljivke Bool %M3.0 True True




Avt. vklop obt. Spremenljivke Bool %M4.0 True True

Avt. vklop ventilator Spremenljivke Bool %M4.1 True True

Avt. vklop glavna črpalka Spremenljivke Bool %M4.2 True True

Avt. vklop grelnik Spremenljivke Bool %M4.3 True True

A. senzor nivo Spremenljivke Int %IW98 True True

A. senzor temp. sesalna cev Spremenljivke Int %IW100 True True

A. senzor tlaka Spremenljivke Int %IW96 True True

Prikaz nivo Spremenljivke Real %MD10 True True

Prikaz temp. sesalna cev Spremenljivke Real %MD14 True True

Prikaz tlaka Spremenljivke Real %MD18 True True

A. pretvorba NIVO Spremenljivke Real %MD22 True True

A. pretvorba TEMP. SES. Spremenljivke Real %MD26 True True

A. pretvorba TLAK Spremenljivke Real %MD30 True True

A. senzor temp. obtocna cev Spremenljivke Int %IW102 True True

A. pretvorba TEMP. OB. Spremenljivke Real %MD38 True True

Prikaz temp. obtocna cev Spremenljivke Real %MD42 True True


57

Priloga 5: tabela spremenljivk HMI zaslona


58

Priloga 6: vizualizacija


59


60

Priloga 7: zakoni in standardi


61

Priloga 8: popis vodnikov vseh treh elektro omaric

Barva vodnika Func PinVezava v omarici (Vhod - zgoraj)

SponkaVezava izven omarice

(Izhod - spodaj)Barva vodnika

Rdeča SP1 4 + napajanje 1 Kabel levi (SE 1,2) Rdeča

Črna SP2 5 ETS 3228 2 Kabel levi (SE 1,2) Modra

Siva SP1 4 ETS 3228 3 Kabel levi (SE 1,2) Roza

Rumena SP2 2 ENS 3000 4 Kabel levi (SE 1,2) Vijolična

Rjava SP3 5 ENS 3000 5 Kabel levi (SE 1,2) Siva

Siva SP4 6 ENS 3000 6 Kabel levi (SE 1,2) Rjava

Roza Izhod 2 ENS 3000 7 Kabel levi (SE 1,2) Svetlo zelena

Zeleno rumena Izhod 2 VR 2 D.0/L24 8 Kabel levi (SE 1,2) Rumena

Zeleno rumena SP1 4 VM 5 D.0/L24 9 Kabel levi (SE 1,2) Bela

Črna SP2 5 EDS 3448 10 Kabel levi (SE 1,2) Črna

Siva EDS 3448 11 Kabel levi (SE 1,2) Belo rdeča

12 Kabel levi (SE 1,2) Belo modra

13 Kabel levi (SE 1,2) Belo roza

14 Kabel levi (SE 1,2) Belo siva

15 Kabel levi (SE 1,2) Belo zelena

16 Kabel levi (SE 1,2) Belo rumena

17 Kabel levi (SE 1,2) Belo črna

18 Kabel levi (SE 1,2) Belo rdeča


20 Kabel levi (SE 1,2) Belo rjava





Črna - napajanje 25 Kabel levi (SE 1,2) Sivo roza

26

27

28

29 Kabel desni (SE 3,4,5) Roza

Analog 2 30 Kabel desni (SE 3,4,5) Rumena

Bela Analog 7 EDS 3448 31 Kabel desni (SE 3,4,5) Bela

Modra Analog 8 ENS 3000 32 Kabel desni (SE 3,4,5) Modro rdeča

Rdeča Analog 2 ENS 3000 33 Kabel desni (SE 3,4,5) Rdeča

Bela ETS 3228 34 Kabel desni (SE 3,4,5) Vijolična

35 Kabel desni (SE 3,4,5) Siva

36 Kabel desni (SE 3,4,5) Zelena

37 Kabel desni (SE 3,4,5) Rjava

38 Kabel desni (SE 3,4,5) Sivo roza

39 Kabel desni (SE 3,4,5) Modra

40 Kabel desni (SE 3,4,5) Črna

Napajalni letvici Leva stran vijaki

Rdeča +24V 1 + napajanje 1 1

Rjava +24V 1 4 EDS 3448

Rjava +24V 1 5 VM 5D.0/L24

Rjava +24V 1 6 VR 2 D.0/L24

Bela +24V 1 7 ENS 3000

Rjava 8 ETS 3228

Priključitev sponk v omarici na agregatu


62

Desna stran vijaki

Črna 0V 3 - napajanje 8 25

Modra 0V 3 2 EDS 3448

Modra 0V 3 3 VM 5D.0/L24

Modra 0V 3 4 VR 2 D.0/L24

Zelena 0V 3 5 ENS 3000

Modra 0V 3 6 ETS 3228

Vezava v omarici Vezava izven omarici

(Vhod - zgoraj) (Izhod - spodaj)

Rdeča Na sponko 43 (zg.) 1 Kabel levi (SE 1,2) Rdeča

Modra Krmilnik I 0.3 2 Kabel levi (SE 1,2) Modra

Roza Krmilnik I 0.4 3 Kabel levi (SE 1,2) Roza

Vijolična Krmilnik I 0.6 4 Kabel levi (SE 1,2) Vijolična

Siva Krmilnik I 0.7 5 Kabel levi (SE 1,2) Siva

Rjava Krmilnik I 0.2 6 Kabel levi (SE 1,2) Rjava

Zelena Krmilnik I 0.5 7 Kabel levi (SE 1,2) Zelena

Rumena Krmilnik I 1.0 8 Kabel levi (SE 1,2) Rumena

Bela Krmilnik I 1.1 9 Kabel levi (SE 1,2) Bela

Črna Krmilnik I 1.4 10 Kabel levi (SE 1,2) Črna



13 Kabel levi (SE 1,2) Belo roza

14 Kabel levi (SE 1,2) Belo siva


16 Kabel levi (SE 1,2) Belo rumena

17 Kabel levi (SE 1,2) Belo črna

18 Kabel levi (SE 1,2) Rjavo rdeča

19 Kabel levi (SE 1,2) Rjavo modra

20 Kabel levi (SE 1,2) Rjavo roza

21 Kabel levi (SE 1,2) Rjavo siva

22 Kabel levi (SE 1,2) Rjavo zelena

23 Kabel levi (SE 1,2) Rjavo rumena

24 Kabel levi (SE 1,2) Rdeče modra

Črna Na sponko 47 (sp.) 25 Kabel levi (SE 1,2) Sivo roza

26

27

28

29 Kabel desni (SE 3,4,5) Roza

30 Rumena

Priključitev sponk v omarici (Krmilnik)

Barva vodnika Sponka Barva vodnika


63

Bela An. modul 0+ 31 Kabel desni (SE 3,4,5) Bela

Rdeče modra An. modul 1+ 32 Kabel desni (SE 3,4,5) Rdeče modra

Rdeča An. modul 2+ 33 Kabel desni (SE 3,4,5) Rdeča

Vijolična An. modul 3+ 34 Kabel desni (SE 3,4,5) Vijolična

Črna An. modul M 35 Kabel desni (SE 3,4,5) Siva

36 Kabel desni (SE 3,4,5) Zelena

37 Kabel desni (SE 3,4,5) Rjava

38 Kabel desni (SE 3,4,5) Sivo roza

39 Kabel desni (SE 3,4,5) Modra

40 Kabel desni (SE 3,4,5) Črna

Rdeča Rele A1 13 41 Krmilnik Q 0.0 Črna

Zelena Rele (desni) Krmilnik Q 0.1 Zelena

Rumena Rele (sredinski) Krmilnik Q 0.2 Rumena

Vijolična Rele (levi) Krmilnik Q 0.3 Vijolična

Rdeča Krmilnik I 1.5 42 Zasilni izklop (-) Zeleno rumena

Rdeča Moč. del 43 Sponka 1 Rdeča

44 Krmilnik L+ Rdeča

Rdeča Stikalo + CSM1277 45 Vse 3 tipke Rdeča

Rdeča HMI zaslon 46

Črna Lučke in Rele A2 14 47 Krmilnik M Črna

Črna HMI zaslon 48 ČrnaČrna An. Modul A- 49 Moč. del Črna

Rjava Krmilnik 50 Moč. del RjavaModra Krmilnik 51 Moč. del Modra

Zeleno rumena Krmilnik 52 Moč. del Zeleno rumena53

54

55

56

57

58

Belo zelena Lučke 59 Krmilnik Q 0.7 Belo zelena

Belo rumena Lučke 60 Krmilnik Q 1.0 Belo rumena

Belo rdeča Lučke 61 Krmilnik Q 1.1 Belo rdeča

Rumeno zelena Ozemljitev 62

Rumeno zelena Ozemljitev 63

Sivo roza Krmilnik I 1.2 SCHRANK MP10/3 (Moč. del) Sivo roza

Rdeča Krmilnik I 1.3 SCHRANK MP4/3 (Moč. del) Rdeča

Vezano neposredno


64

Vezava v omarici Vezava izven omarici

(Vhod - zgoraj) (Izhod - spodaj)

Črna SCHRACK PT270024 (Levi, A2) 1 SCHRACK LP 733103I Črna

Vijolična SCHRACK PT270024 (Levi, A1) 2 Sponka 44 (krmilnik) Vijolična

Rumena SCHRACK PT270024 (sredinski, A1) 3 Sponka 43 (krmilnik) Rumena

Zelena SCHRACK PT270024 (desni, A1) 4 Sponka 42 (krmilnik) Zelena

Rjava SCHRACK LA30101 (4 T2, levi) 5

Siva SCHRACK LA30101 (6 T3) 6

Modra Sponka 18 7

Črna SCHRACK LA30101 (2 T1, sredinski) 8 Ventilator Črna

Rjava SCHRACK LA30101 (4 T2, sredinski) 9 Ventilator Rjava

Siva SCHRACK LA30101 (6 T3, sredinski) 10 Ventilator Siva

Modra Sponka 17 11 Ventilator Rumeno zelena

Črna SCHRACK LA30101 (2 T1, desni) 12 Ob. črpalka Črna

Rjava SCHRACK LA30101 (4 T2, desni) 13 Ob. črpalka Rjava

Siva SCHRACK LA30101 (6 T3, desni) 14 Ob. črpalka Siva

Modra Sponka 16 15

Modra Sponka 15 16 Ob. črpalka Rumeno zelena

Modra Sponka 11 17

Modra Sponka 7 18 Napajanje p. Modra

Modra SCHRACK C 4/1N (4 priključek) 19 Napajanje Modra

Rumeno zelena Sponka 21 20

Rumeno zelena Sponka 20 21 Napajanje Rumeno zelena

22

Priključitev sponk v omarici (Močnostni del)

Barva vodnika Sponka Barva vodnika


65

Priloga 9: električna shema


66


67

Priloga 10: delavniška risba

Documents

POSODOBITEV NADZORNEGA IN KRMILNEGA SISTEMA …