Villamos tervezés Eplan segítségével

(önálló laboratóriumi beszámoló)

Dani Bálint, T37JVK

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Villamosmérnök alapszak – Irányítórendszerek szakirány

Konzulensek:

Dr. Kiss Bálint docens, tanszékvezető helyettes

Irányítástechnika és Informatika Tanszék

Antal Dániel

Gamma Digital Kft.

Az ipari irányítástechnikában az egyik legfontosabb lépés az ipari

infrastruktúra kialakítása. Még mielőtt leprogramoznánk egy PLC-t ki kell

alakítanunk a szabályozáshoz, irányításhoz szükséges rendszert. Ezt akár meg is

tehetnénk olyan programozói gondolkodásmóddal, hogy mindenhol érzékelő

található, egy minimális és maximális szint között szabályozott a rendszer és csak

figyelnünk kell a 0/1 váltásokat, de ennél többről van szó jelen esetben. Ahhoz,

hogy jól működő, biztonságos rendszert kapjunk, már a tervezés során bele kell

vennünk azokat az állapotokat, kompenzálásokat, védelmeket melyek

megakadályozzák a későbbi váratlan meghibásodásokat, zavarokat. Ezért egy

komplex szabályozási struktúra kialakítása, egészen a betáplálástól a ki és

bemenő jelekig, nem egy egyszerű feladat. Ebben lehet segítségünkre az Eplan

nevű program.

EPLAN

Az önálló laboratóriumi gyakorlatom során az Eplan programmal sikerült

megismerkednem és terveznem. Más tervezőprogramok is léteznek, melyekkel

ugyanúgy megoldható lenne a tervezési feladat, de az ipari irányítástechnikában

ezt használják a legtöbb helyen. Az Eplan lényege, hogy egyszerűen, sematikusan

tudjunk tervrajzot megvalósítani, melyet akár későbbi használat vagy módosítás

során is könnyen tudnak majd használni.

Pozitívumok:

Minden módosítást automatikusan elment: a program

bekapcsolásától kezdve tárol minden állapotot és

minden módosítás után menti a projektet.

Vonalakat automatikusan húzza be: nekünk csak

kereszteződéseket és kivezetéseket kell megadnunk

Egyszerű kezelőfelület és rajzolás

Egyszerű eszköztár használat, projekt

importálás/exportálás

Negatívumok:

Egyszerre csak egy ember dolgozhat egy projekten:

nincs csapatmunka

Nincs működéstesztelés, összekapcsolás visszajelzés,

csak szimpla tervrajz

Raszterek méretének problémája: ha kis rasztert

választunk, később nehezen tudunk alkalmazkodni

Miből is áll egy projekt? A válasz tervezőtől függően változik, de ha igényes

és átlátható munkát szeretnénk kiadni a kezünkből, akkor körülbelül ezek szerint

járunk el:

1. Fedőlap: Ezen az oldalon található a projekt legfontosabb adatai: kivitelező

cég neve és adatai, a megrendelő cég neve és adatai, rajzszám és típusa, a

projektvezető, a tervező és ellenőrző személy neve (a későbbi hivatkozásokhoz),

elosztó hely, betáplálási hely, stb. Fontos, hogy később tudjanak hivatkozni erre,

ha módosítást szeretnének végrehajtani (vagy reméljük nem, de meghibásodás

esetén felelősöket keresni).

2. Tartalomjegyzék: A tervrajz oldalainak elnevezése esetleg rövid leírással és

dátumos keltezéssel.

3. Szerkezetazonosító lista: Azon szerkezetek felsorolása melyek az épületen

belül megvalósításra kerülnek. Lehet az szintenként más-más vezérlőszekrény,

de jelölésük megegyezik a beépítési rajzban jelöltekkel. Emellett rövid

szerkezetleírást is tartalmaz.

4. Alkatrészjegyzék: Az összes alkatrészt tartalmazza felsorolva darabszámmal,

funkció szerinti megnevezéssel, típussal+védettséggel, gyártóval és

cikkszámmal, valamint a tervrajzban található helyével. A gyárban lévő

követelmények szerint kell kialakítani a megfelelő IP védettséget minden

elektromos eszköz esetében. Ezek általában előre meg vannak adva szobánként

vagy gyárterületként. IPXY

Szilárd tárgyak elleni mechanikai védettség (X)

0: Nincs védelem 1: Nagyméretű szilárd tárgyak ellen védett (>50 mm) 2: Közepes méretű szilárd tárgyak ellen védett (>12 mm) 3: Kisméretű szilárd tárgyak ellen védett (>2,5 mm) 4: Apró méretű szilárd tárgyak ellen védett (>1 mm) 5: Por ellen védett (nem károsító mértékű behatolás megengedett) 6: Teljes mértékben védett por ellen

Víz elleni védettség (Y)

0: Nincs védelem 1: Függőlegesen cseppenő víz ellen védett (pl. kicsapódó víz) 2: Fröccsenő víz ellen védett (függőlegestől max. 15 fokban) 3: Fröccsenő víz ellen védett (függőlegestől max. 60 fokban) 4: Fröccsenő víz ellen védett minden irányból (nem károsító mértékű szivárgás

megengedett)

5: Kisnyomású vízsugár ellen védett minden irányból (nem károsító mértékű szivárgás megengedett)

6: Erős vízsugár és vízbe merítés ellen védett (rövid ideig tartó merülés, nem károsító mértékű szivárgás megengedett)

7: Vízbe merülés ellen védett korlátozott ideig (0,15 – 1m között 30 percig) 8: Víz alatt folyamatosan használható a gyártó által megadott ideig (1m-nél

mélyebben)

Ha nem az előírások szerint járunk el, akkor időközönként meghibásodást

tapasztalhatunk, de legrosszabb esetben porrobbanás is felléphet!

5. Kábellista: A kábelek elnevezését, forrását és célját, a kábel típusát,

vastagságát tartalmazza, valamint hogy az összes érből hány ér került

használatra véglegesen.

6. Belső elrendezési vázlat:

Egyes szekrényekben az

alkatrészek konkrét

elhelyezkedését mutatja meg,

mely a beszerelő vagy módosító

számára igen fontos és

nélkülözhetetlen. A sok kábel,

sorkapocs és alkatrész között

könnyen el lehet veszni ezért

törekednünk kell a könnyen

átlátható elrendezésre. Minden

eszközt, amit itt látunk,

nyomon tudjuk követni az

elkészült tervrajzunkban.

Esetleg sorkapocs-léc lista,

dugós csatlakozó lista és PLC

kivezetés lista is szóba jöhet, de

az Eplan tartalmazza ezen

elemek listáját külön

böngészőben az egyszerű

hozzáférhetőséget megkönnyítve ezzel.

7. Minden, ami más: Ezek a leglényegesebbek, amik a konkrét tervezés részei.

Leggyakrabban hálózati tápellátással és szakaszos feszültségelosztással szoktak

Irányító doboz(PLC panel)

kezdeni. A szétosztott feszültségszintek végigkísérhetőek a legtöbb lapon

keresztül melyekből kirajzolódhat egy teljes áramút.

a) Tápforrás, feszültségszint elosztás

A vezetékek minden rácsatlakozási pontnál (ahol szétágazik) kismegszakítókkal

és olvadóbiztosítókkal védeni kell az esetleges rövidzár, vagy meghibásodás

ellen. A hirtelen fellépő nagy feszültségszintek komoly károkat okozhatnak a

drága eszközökben. Kapcsolókkal is biztosítani kell a főbb leválasztó pontokat a

kézi feszültségmentesítés miatt. Az olyan alkatrészek, mint a 3 fázisú motorok

nem igényelik a feszültség átalakítást (400VAC vonali). Normál esetben

transzformátorral 230VAC-t állítunk elő, de sok eszköz igényli a 24VDC-t, úgymint

az érzékelő vagy vezérlő eszközök, ezért számukra biztosítani kell az

egyenirányítóval történő átalakítást. A PLC-k típustól függően használhatnak ezt

is, azt is.

Feszültségelosztás és túláram védelem

b) Motorindítások

Motoros működésű eszközökhöz szükségeltetik egy motorvédő kapcsoló,

amely lekapcsol, ha a kapcsain lévő feszültség nem halad meg egy minimum,

vagy meghalad egy maximum értéket.(ezek általában beállíthatóak) Ezeket

követik a motorindító mágneses kapcsolók melyeket a nagyáramú rendszerek

kapcsolásához használnak. De még mielőtt a motorhoz érnénk, található egy

tokozott tiltókapcsoló is, amely megakadályozhatja a motorok bekapcsolását

manuálisan vagy automatizáltan.

Motorindítások

c) Vezérlőegység

Leggyakoribb esetben van egy

panelunk, vagy akár ethernetes

kapcsolatunk, ami közvetlen

kapcsolatban áll a PLC-vel és így helyben

lehetséges annak programozása, adatok

leolvasása. Ez a kijelző általában a

szekrény külső részén található. A PLC

részeinek részletes leírása is

megtalálható külön lapon a kártyák

elrendezésével és funkcióival. Az ábrán

jól látható a PLC betáplálása, CPU-

ja, a digitális és analóg

ki/bemeneti kártyái. Fontos, hogy

az egyes vezérlőjelek és mérőjelek

megfelelően le legyenek

árnyékolva az azonos fázisú

zavarjel elnyomás

1PLC felépítése + BDA vezérlőpanel

hatékonyságának növelése szempontjából. Meg kell említenünk, hogy általában

a PLC ki- és bemenetei galvanikusan le vannak választva a CPU-tól, de ha például

egy SIEMENS LOGO24 processzorba szeretnénk bemeneti jeleket, akkor ott

gondoskodnunk kell erről induktív, kapacitív vagy optikai csatolás segítségével.

d) Szenzorok, átalakítók, vezérlések

Ezek az eszközök adják a

tervrajz túlnyomó részét. A digitális

bemeneteken a PLC-t informálja a

rendszer az egyes állapotokról,

leggyakrabban végálláskapcsolók,

záró vagy nyitó segédérintkezők

segítségével. Ha valami bekapcsol

vagy kikapcsol, az meghúzatja a

kapcsolót, így feszültségváltozás

történik a PLC bemenetén (0->1, 1-

>0). A digitális kimeneteket relékhez, szelepekhez, vagy félvezető

vezérlőeszközök szokás csatlakoztatni, hogy kapcsolókat, állapotokat

változtassanak meg feszültségváltozás hatására. Az analóg bemenetek a

mérésekhez szokás használni, ahol a szenzor jelét egy távadó átalakítja 0-10V, 0-

20mA vagy 4-20mA-es analóg jellé és azt a PLC fogadni tudja. Az analóg

kimeneteket beavatkozóként használjuk a szabályozások során. Fontos

megemlítenünk a sorkapcsozásokat, melyek igen egyszerű dolgok, de viszont

annál nagyobb jelentőségűk van. Rengeteg kábel található egy nagyobb

szekrényben vagy elosztódobozban. Azok rendszerezése és bekötése nem

egyszerű, ha már több száz egyforma színű vezeték található egymás mellett. Ezt

könnyíti meg a sorkapcsokba való

rendszerezés, hogy a szekrényben

található összes ilyen vezetéket egy

helyre kötjük és onnan kifele már a

megszámozott kapcsokról

szakaszosan, külön sorkapcsokban

szétoszthatjuk a kábeleket. A

különböző távolságok és

elhelyezkedések miatt érdemes így

rendszerezni, mivel megkönnyítik a Sorkapocsléc elhelyezkedés

hordozhatóságot is. Az X-szel jelölt sorkapocslécek külön számozással

találhatóak meg mindenhol elhelyezkedésüktől és funkcióiktól függően. Az

alattuk lévő kis szám megmondja, hogy melyik kivezetésbe kell elhelyezni a

kábelt. A sorkapocslécek rendszerezése külön

lapon fel van tüntetve (ábra).

Minden alkatrész, nagyobb berendezés

külön tervrajznévvel el van látva. Az első szám az

eszköz első megjelenésének oldalszáma, a második az eszköz funkcióját (pl. B->

jelátalakító, H-> világító eszköz, K-> kapcsoló, Y-> szelep, stb.), a harmadik pedig

normál esetben a tervrajz felső részében található számozott területeket

jelentené, de az azonos típusú eszközök megkülönböztetésére is szolgálhat egy

lapon belül.

Túlfeszültség elleni védelem

A túlfeszültség elleni védelemre a távközlés,

adat tárolás, mérés és tápellátás során van

szükségünk. Ehhez megfelelő védelmi eszközöket

kell biztosítanunk annak érdekében, hogy ne

sérüljön meg a rendszer, ne vesszen vagy

rongálódjon meg az adat, amivel dolgozunk.

Használatosak ilyen esetekben a gáztöltésű csövek,

varisztorok vagy szupresszordiódák. A gáztöltésű

csövek (szikraközök) nagy frekvencián is

használhatóak, nagy szigetelési ellenállásúak, nagy áramok levezetésére képes,

de önmagában nem használható védelemre (gyújtó elektróda szükséges) és a

levezetőn megjelenő utánfolyó áram problémát okozhat. A lényege, hogy egy

névleges feszültség szintet elérve begyújt és elvezeti az áramot. Átlagosan

100ms alatt 10kA levezetésére képes, de ez az érték megnövelhető. A varisztor

gyors, utánfolyó áram nélküli eszköz, viszont szivárgó áram van jelen (energia

veszt.) a névleges feszültség környékén. A varisztor lapkái a névleges feszültség

alatt szigetelőként viselkednek, felette vezetőként. Önmagában használható

védelemként, kevesebb, mint 25ns alatt átlagosan 2kA-t vezet el.

Szupresszordióda a leggyorsabb működésű, viszont a legkisebb áramot elvezető

eszköz, melynél nincs utánfolyó áram,

viszont szivárgási áram itt is előfordul. Az

alacsony védelmi szintű eszközökhöz

varisztoros védőeszköz

használják leginkább, de viszont önálló védelemként ez sem használható.

Szabványos jelölések

Az EPLAN

Electric P8

számos

nemzetközi

szabványformátumot támogat, mint például az

IEC 61346, JIC, NFPA vagy az orosz GOST.

Fontos megemlíteni a szabványos jelöléseket

mivel minden mérnök más-más jelöléseket

szeret/szokott gyakran használni. Legtöbb

esetben ezen eszközök felismerhetőek a

hasonlóság miatt, de a biztonság kedvéért

mindig érdemes hivatkozni a funkciójukra

szövegesen is (régi tervrajzok). A szekrény

külsején a kijelző mellett található a főkapcsoló, a nyomógombok és a

jelzőfények, melyek a tervrajzban is fel vannak tüntetve szabványos

jelöléssekkel. Az itt látható képen például a 2-es számú jelölés egy jelzőfénnyel

ellátott nyomógomb, a 3-as egy ki-bekapcsolható gomb, a 8-as szimplán egy

jelzőfény, a 11-es egy szabad célra felhasználható rész (a szabvány szerint

kikapcsoló gomb kellene, hogy legyen), a 12-es pedig a vészleállító gomb.

Elvégzett munka

1. Irodalomkutatás egy automata targonca védőszenzor megvalósításáról

Gyűjtenem kellett ultrahangos, lézeres, valamint optikai mérőeszközökről

adatokat, termékeket, hazai eladókat, megvalósításokat, előnyöket,

hátrányokat, stb. A cél egy olyan megvalósítás volt, ahol a targonca érzékelője

nem csak a mögötte lévő területet, hanem a raklappal megrakott elülső részt is

pásztázza. Azt javasoltam, amit egy videólinkben el is küldtem nekik.

(http://www.youtube.com/watch?v=wXf2w-LArNA) Legyen egy mozgatható

teleszkópos szenzortartó a targonca tetején mely az előtte (villarész), esetleg

mögötte lévő területet figyeli, és ha érzékel egy oda nem illő tárgyat, akkor

végálláskapcsolók egyes jelölései

Szekrény előlap

megáll, ha alacsony a boltozat, akkor behúzza a szenzort és működés közben

hangjelzést biztosít (például abban az esetben, ha be kell húznia). A végső

döntésről tudomásom nincs, de a visszajelzés pozitív volt.

2. Gyógyszergyári bevonós eszköz villamos tervrajzának bemásolása Eplan

programba, majd szerkesztése.

Egyik kollégámmal azt a feladatot kaptuk, hogy egy 73 oldalas régebben

egy másik programmal megvalósított nyomtatott tervrajzot másoljunk be a

későbbi szerkesztés céljából. Így sikerült kellő tapasztalatot szereznünk ahhoz,

hogy gördülékenyen tudjuk használni a programot, megismertük a

szimbólumokat és program pozitív és negatív tulajdonságait. Eleinte problémák

voltak a tervrajzban meglévő eszközök, kivezetések, bonyolultabb ábrák

jelölésével és megvalósításával. (nem volt olyan eszköz, a leírás alapján se

jöttünk rá milyen lehet, nem tudtuk, hogy megrajzoljuk-e vagy van-e más

kinézetű szimbólum hozzá, stb.) Ezen kívül még új PLC ki/bemeneteket is kellett

betenni a régi mellé, mivel úgy cserélik ki majd a régi eszközt egy újra, hogy a

rendszer nem állhat le közben. Új elemek kerültek be és a régiek közül is párat ki

kellett cserélni és ethernet kommunikációs kapcsolatot is ki kellett alakítani.

Mérleg (betáplálás, kommunikáció, szabályzás)

3. Gyógyszertári mosó eszköz villamos tervrajzának bemásolása Eplan

programba, majd szerkesztése.

Ez csak 21 oldalas, az előző projekthez kapcsolódó berendezéssel

kommunikációs kapcsolatban lévő vezérlőrész. Miután sikerült bevinni Eplanba

a tervrajzot módosítottuk azt az előírtaknak megfelelően. Új PLC ki/bemeneteket

kellett bekötni és relés átkapcsolást kialakítani a két PLC egyes kimenetei között.

Ez idő alatt egy ipari irányítástechnikai innovációs előadáson vettem részt, ahol

bemutatót tartottak olyan fajta eszközökről, melyekkel terveztünk.

Voltak időszakok, amikor ritkábban találkoztunk sajnos, mivel a

konzulensemnek sok feladata volt, de nem hibáztatom emiatt, mivel így is a

munkája mellett tudott velünk foglalkozni és remélem tudtunk neki segíteni.

Sokat tanultam arról, hogyan is működik egy ilyen projekt lebonyolítása.

Van egy megrendelő cég és sok kivitelező. Benyújtja mindenki a pályázati

anyagát, amely elbírálásra kerül és mire döntés születik, addigra a határidő

hamarosan lejár. Általában árajánlattal együtt kell szolgáltatni a tervezetet, és ha

lehet több költségvetési megoldást is célszerű javasolni. Ezért nagyon össze kell

PLC rajz tápforrással és digitális bemenetekkel

Relé tekercseinek meghúzatása kapcsolóval Relés kapcsolók

dolgoznia a hardveres és szoftveres csoportnak, hogy jól működő rendszert

építsenek ki a lehető leggyorsabban. Először megtervezik és kialakítják a

berendezést a benti műhelyben, később megírják hozzá a programot és a

felhasználói felületet (ha PLC-s, de általában az) és végül üzembe helyezik és

tesztelik.

Az olyan praktikák elsajátítása, amely megkönnyíti és felgyorsítja a munkát

(mert a mérnöki munkaerő drága) csak szakmai tapasztalat során érhető el. A

tervezés során, ha az ember rájön arra, hogy sok olyan összekapcsolás, eszköz

vagy kialakítás van, ami már más tervrajzban is megjelent nem is egyszer, akkor

egyszerűen át lehet másolni és átnevezni a részeit, megtakarítva ezzel sok időt.

Ehhez lehet készíteni akár sablon elemeket úgy, mint 3 fázisú motorindító

elrendezés, egyszerű 2 állapotú végálláskapcsolós PLC bemenet, vagy relés PLC

kimenet, de könnyen megnyitható egyszerre sok régebbi projekt is, hogy

válogassunk a sablonok közül. Arra kell ügyelni viszont, hogy a másolás során ne

maradjon ugyanaz az alkatrész elnevezése, mert az később komoly problémákat

okozhat a bekötés során.

Ezek voltak a megszerzett tapasztalataim ezalatt a pár hét alatt, és

remélem, hogy többet sikerül majd megtudom, és mélyebb betekintést tudok

majd nyerni egy ilyen irányítódoboz belsejébe, esetleg programozásába a nyáron

itt töltött szakmai gyakorlatom folyamán.

4…20mA-es nyomás mérés + hőmérséklet PT100-as hőmérővel

Irodalom:

Moeller Zsebkönyv

Automatizálás és energiaelosztás

4. korrigált kiadás 2005, szerkesztés lezárása 05/02