I
Jani Ruippo
ARKKILEIKKURIN SÄHKÖISTYKSEN JA AUTOMAATION DOKUMENTOINTI
Automaatiotekniikan koulutusohjelma
2018
II ARKKILEIKKURIN SÄHKÖISTYKSEN JA AUTOMAATION
DOKUMENTOINTI Ruippo, Jani Ruippo
Satakunnan ammattikorkeakoulu Automaatiotekniikan koulutusohjelma Toimeksiantaja: Valmet Technologies Oy Valvoja: Antti Lamminaho
Tammikuu 2018
Ohjaaja: Hannu Asmala Sivumäärä: 18
Liitteet: 1
Asiasanat: Automaatiojärjestelmät, dokumentointi, prosessiteollisuus
____________________________________________________________________
Opinnäytetyö tehtiin Valmet Technologies Oy, Ulvilan yksikölle. Työn tarkoituksena oli selvittää arkkileikkurin sähköistyksen ja automaation dokumentaation nykytila, ja tarvittaessa päivittää puuttuvat tai puutteelliset tekniset piirustukset. Pääsin aloitta- maan opinnäytetyöni jo laitteen kokoonpano vaiheessa. Aluksi perehdyttiin laitteis- toon, saadakseen mahdollisimman tarkan kuvan laitteesta, ja prosessista. Opinnäyte- työn yhtenä osana on myös selvittää Siemens Comos tietokantajärjestelmän hyödyn- täminen.
III CUTTER LAYBOYS DOCUMENTATION OF ELECTRIFICATION AND AUTOMATION
Ruippo, Jani
Satakunnan ammattikorkeakoulu, Satakunta University of Applied Sciences Degree Programme in Automation Engineering
Commissioned by Valmet Technologies Oy Ulvila Supervisor: Antti Lamminaho
January 2018
Supervisor: Hannu Asmala Number of Pages: 18 Appendices: 1
Keywords: automation systems, documentation, process automation
____________________________________________________________________
This final thesis was made to Valmet Technologies inc. Ulvila. The purpose of the work was to sort out cutter layboys state of electricity and automation documentation, and to update missing and incomplete technical drawings, I got started my work at the time of assembly. At first, I got orientated to device to get as clear image as possible of device and process. One part of my thesis was to figure out how Siemens Comos database would be exploitable.
IV
SISÄLLYS
1 JOHDANTO ... 1
2 ASI-VÄYLÄ ... 2
2.1 Yleisesti... 2
2.2 ASi-kaapeli ... 3
2.3 ASi-MASTER ... 4
2.4 ASi-SLAVE ... 5
3 PROFIBUS ... 6
3.1 PROFIBUS PA ... 7
3.2 PROFIBUS DP ... 7
3.3 PROFIBUS FMS ... 8
3.4 PROFIBUS KAAPELI ... 8
4 YHTEENVETO ... 9
5 LIITTEET ... 10
5.1 Koeleikkurin anturit ... 10
5.1.1 NODE 1 10 5.1.2 NODE 2 10 5.1.3 NODE 3 10 5.1.4 NODE 4 10 5.1.5 NODE 5 11 5.1.6 NODE 6 11 5.1.7 NODE 7 11 5.1.8 NODE 8 11 5.1.9 NODE 9 12 5.1.10 NODE 10 ... 12
5.1.11 NODE 11 ... 12
5.1.12 NODE 12 ... 12
5.1.13 NODE 13 ... 13
5.1.14 Absoluuttianturi ... 13
LÄHTEET ... 14 LIITTEET
1
1 JOHDANTO
Opinnäytetyö tehtiin yhteistyössä Valmet Technologies Oy Ulvilan yksikön kanssa.
Valmet Technologies Ulvilan yksikkö on erikoistunut puunkäsittelyyn, massan keit- toon, massan käsittelyyn ja kyseisten laitteiden tuotekehitykseen. Valmetilla on koe- laitoksia muutamilla paikkakunnilla Suomessa. Sainkin mahdollisuuden toteuttaa opinnäytetyöni koeleikkuriin.
Arkkileikkuri on laite, joka leikkaa sellurainan nimensä mukaisesti arkeiksi. Arkki- leikkuri on vain pieni osa suurempaa kokonaisuutta. Arkkileikkurille tuleva selluraina tulee päättymättömänä sellurainana kuivaimelta, ja arkkileikkurilta lähtevät selluarkit lähtevät pakattavaksi paalaamoon.
Porissa sijaitseva arkkileikkuri sijoitettiin toiseen, suurempaan tilaan. Koneen uudel- leenkokoonpanoa suunniteltaessa teknisissä piirustuksissa havaittiin mahdollisia puut- teita. Opinnäytetyöni tarkoituksena olikin selvittää arkkileikkurin automaation ja säh- köistyksen dokumentaation tila, ja korjata mahdollisesti ilmenevät puutteet.
Arkkileikkurin toimilaitteiden ohjaukset hoidetaan pääosin ASi-väylällä.
Kyseessä on Valmet Technologies Oy.n koelaite prosessin tutkimus- ja kehitystyöhön, jonka johdosta opinnäytetyön raportti koostuu yleisesti laitteessa käytetyistä kenttä- väylistä. Tarkempi laitteistokohtainen informaatio jätetään raportin ulkopuolelle, vain tilaajan käyttöön.
2
2 ASI-VÄYLÄ
2.1 Yleisesti
Actuator Sensor Interface, eli ASi-väylä, on standartoitu anturi- ja toimilaite väylä.
ASi-väylä kehitettiin 1990-luvun alkupuolella 11 eri laitevalmistajan toimesta. ASi- väylä on avoin standardi, eli kaikki tieto mikä liittyy järjestelmään, on kaikkien saata- villa.
Kuva 1. Asi-tunnus.
ASi-väylällä korvataan perinteinen komponenttien kaapelionti. ASi-väylä korvaa siis alimman tason hierarkian. ASi-väylän kehittäminen sai alkunsa kustannusten mini- moimisesta. Erityisesti liitännöistä ja kaapeloinnista aiheutuvien kustannuksien mini- moimiseksi. ASi-väylää on myös erittäin helppo laajentaa ja muokata, jos vertaa ta- valliseen kaapelointiin. Väylää on myös erittäin helppoa huoltaa, MASTER-yksikön pitäessä huolta, jotta kaikki käytössä olevat SLAVE-yksiköt vastaavat kutsuihin. Tä- män vuoksi myös kunnossapito järjestelmän ylläpitämiseksi on erittäin helppoa ja edullista.
ASi-väylä on kehitetty vuosien saatossa vastaanottamaan analogiasignaaleja. Alunpe- rin järjestelmä kehitettiin toimimaan vain binäärilaitteiden ja antureiden kanssa.
ASi-väylän tiedonsiirtonopeus on täysin riippuvainen siihen liitettyjen I/O-laitteiden määrästä. Suurin mahdollinen tiedonsiirtonopeus on 167 kbit/s. ASi-väylässä kulkeva
3 tieto on vain ”ON/OFF”-tyylistä tietoa. Kaikkien liitäntöjen ollessa käytössä, väylän vasteajaksi tulee 5 ms.
Väylä soveltuu parhaiten käytettäväksi pienissä ja keskisuurissa järjestelmissä. Järjes- telmä toimii 1-100 metrin matkalla, mutta vahvistimia käyttämällä, järjestelmä toimii jopa 300 metrin etäisyyksille.
ASi-järjestelmä voi olla väylärakenteeltaan hyvin vapaamuotoinen. Rakenne muotou- tuu käytettävän laitteistokokonaisuuden mukaan.
Kuva 2. Erilaisia väylärakenteita.
2.2 ASi-kaapeli
Asi-kaapeli on hyvin yksinkertainen kaksijohtiminen lattakaapeli. Toisessa johtimessa kulkee moduloitu tieto, ja toisessa johtimessa virta. Kaapeli on suunniteltu käytettä- väksi vain ASi-väylässä. Normaaleissa olosuhteissa kaapelia on mahdotonta kytkeä väärin.
Kuvassa 3 ASi-kaapelin profiili mittoineen. ASi-kaapeli on väriltään yleensä keltai- nen. Tarvittaessa järjestelmään lisätään myös toinen ASi-kaapeli, josta SLAVE- yksikön OUTPUTit saavat virtansa. ASi-kaapelin suurin sallittu virta on 8 ampeeria.
4 ASi-kaapeli on vesisuojattu, IP-luokitukseltaan 67. Vaikka kaapeliin tulee pienet reiät aina kytkettäessä kaapeli ASi-yksikköön, pitää kaapelin kuori suojauksensa. Kaapelin kuoren elastisuuden vuoksi pienet reiät umpeutuu ajan myötä.
Kuva3. ASi-kaapelit.
2.3 ASi-MASTER
ASi-väylään kuuluu aina yksi MASTER-yksikkö [Kuva 4] ja vähintään yksi SLAVE- yksikkö. MASTER-yksikkö hoitaa tiedonsiirron, ohjaa väyläliikenteen, sekä tarkkai- lee väylää virhetilanteiden varalta. MASTER-yksikkö pystyy tunnistamaan ja paikal- listamaan virheet kysely/vastaus periaatteella. Väylän tarkkailun ansiosta MASTER- yksikkö pystyy tunnistamaan myös uudet SLAVE-yksiköt järjestelmästä.
Kun järjestelmään lisätään uusi SLAVE-yksikkö, täytyy sen osoite muuttaa. Osoit- teenmuutos on mahdollista toteuttaa ohjelmallisesti logiikkaan, tai vaihtoehtoisesti osoitteenmuutostyökalulla.
5 Kuva 4. MASTER-yksikkö.
Kun MASTER kytketään takaisin ajotilaan, MASTER alkaa automaattisesti lähettä- mään jokaiselle SLAVE-yksikölle kutsuja. Näihin SLAVE-yksikkö vastaa yksinker- taisesti tila-tiedolla.
Yksi MASTER-yksikön lähettämä pyyntö sisältää 14 bittiä - Aloitus bitin
- Control bitin - 5 osoitebittiä - 5 informaatio bittiä - Pariteetti bitin - Lopetus bitin
2.4 ASi-SLAVE
ASi-järjestelmä vaatii aina toimiakseen vähintään yhden SLAVE-yksikön. Yhteen SLAVE-yksikköön voidaan lisätä enimmillään 4 lähtöä ja 4 tuloa.
Jokaiselle SLAVE-yksikölle on ohjelmoitu oma osoitteensa. Osoite ohjelmoidaan MASTER-yksikön kautta esim. erillisellä ohjaimella. Tehdasasetuksissa olevat SLAVE-yksiköt ovat osoitteessa 0. Osoitteet on ohjelmoitava ennen kuin SLAVE- yksikköä voidaan käyttää.
SLAVE-yksikön tehtävä on yksinkertaisuudessaan ilmoittaa pelkkä toimilaitteen tila- tieto. SLAVE-yksikön vastaus ei sisällä osoitebittejä, eikä control-bittiä.
SLAVE-yksikön vastaus MASTERin kyselyyn sisältää 7 bittiä
6 - Aloitusbitin
- 4 informaatiobittiä - Pariteettibitin - Lopetusbitin
3 PROFIBUS
Profibus-protokolla on erityisesti teollisuuden, prosessin, ja rakennusteollisuuden au- tomaatiojärjestelmä, joka on täysin toimittajasta riippumaton, avoin järjestelmä. Pro- fibus soveltuu parhaiten vaativiin kommunikointitehtäviin. Suurnopeus ja aikakriitti- syys ovatkin yleisimpiä syitä profibus-standardin valintaan.
Profibus-tuoteperheestä löytyy viisi profiilia: Profibus FMS, Profibus PA, Profibus DP, ProfiDrive ja ProfiNET.
Väylässä kulkeva tieto perustuu kehyksissä kulkeviin sanomiin. Alku-, ja loppuerotti- milla erotellaan sanomat toisistaan.
Taulukko 1. Profibus-sanoma
SD LE LEr SD DA SA FC DSAP SSAP DU (244 tavua) FCS ED
SD = Start Delimiter, alkuerotin LE = Length, datan pituus
LEr = Length repetition, datan pituus toistettuna DA = Destination Address, kohteen osoite SA = Source Address, lähteen osoite FC = Function Code, funktiokoodi
DSAP = Destination Service Access Point, kohteen portti SSAP = Source Service Access Point, lähteen portti DU = Data Unit, Datakenttä
FCS = Frame Checking Sequence, kehyksen tarkistussekvenssi ED = End Delimiter, loppuerotin
7 Väylän data on alunperin 8-bitin dataa, mutta data koodataan 11-bitiksi. 8 databitin lisäksi on aloitusbitti, pariteettibitti sekä lopetusbitti. Sanomassa on 11 tavua erilaista ohjaustietoa. Sanoman pituus voikin olla enimmillään 255 tavua. Yhteen sanomaan mahtuu siis enimmillään 244 tavua dataa.
3.1 PROFIBUS PA
Profibus PA (Process Automation) suunniteltiin nimensä mukaisesti prosessiautomaa- tio tarpeisiin jo vuonna 1996. Yleensä väylä kytketään Profibus DP.n alle. Kytkentä hoituu joko DP/DA-couplerilla tai -linkillä.
Profibus PA-väylän avulla saadaan liitettyä anturit ja toimilaitteet yhteiseen väylään.
Väylällä saadaan yhdistettyä prosessin ohjauslaitteiden sekä prosessin toimilaitteiden toiminnot yhdeksi kokonaisuudeksi. Esim. virtauksen mittaukset, tason mittaukset sekä paineen ja lämpötilan vaihtelut.
Profibus PA-väylän suurin sallittu virransyöttö on 10mA. Väylä käyttää kansainvälistä IEC1158-2-standardin mukaista 2-lankatekniikkaa. Tiedonsiirto hoidetaan synkroni- sella Manchester koodauksella. Tiedonsiirtonopeus on vakio, 31,25 kbit/s.
Yhden Profibus PA-väylän segmentin pituus voi olla enimmillään jopa 1900m pitkä, ja yhteen segmenttiin mahtuu enimmillään 32 toimilaitetta. Yhteen väylään voidaan kytkeä jopa 126 erilaista toimilaitetta, mutta maksimaalisiin toimilaitemääriin ei päästä käytännössä. Toimilaitteiden maksimimäärään vaikuttaa kaapelin teho sekä pi- tuus.
Profibus PA-väylässä on mahdollista käyttää kolmea erilaista topologiaa. Puu, rengas ja tähti topologiaa. Topologia kuvaa väylän rakenteen.
3.2 PROFIBUS DP
Profibus DP (Decentralized perephery) on suunniteltu edulliseen ja nopeaan tiedon- siirtoon. Edulliseksi järjestelmän tekee laitteiden helppo ja edullinen kytkentä toi- siinsa. Väylä suunniteltiin erityisesti kommunikoimaan automaatiojärjestelmän sekä laitetason välillä. Väylällä voi korvata perinteisen rinnakkaiskaapeloinnin. Väylän kaapelointi on pääosin joko kierrettyä parikaapelia tai kuitua.
8 Väylän topologia voi olla väylä, puu, tai rengas, mutta suositellaan käytettävän väylä- topologiaa.
3.3 PROFIBUS FMS
Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) on räätälöity vaativaan kenttäväylän viestintätehtävään. Väylä on ensimmäinen ja erittäin monimutkainen viestintäproto- kolla, joka on pääosin korvattu PROFIBUS DP-väylällä, joka on huomattavasti yksin- kertaisempi ja yksinkertaisuudesta johtuen huomattavasti nopeampi tiedonsiirtoproto- kolla.
Profibus FMS on edelleen vähäisessä käytössä, pääosin ei-deterministisen tiedonsiir- ron välillä.
Nykyisin käytössä on pääosin PROFIBUS DP ja sovelluskohtaisempi PROFIBUS PA.
3.4 PROFIBUS KAAPELI
PROFIBUS-DP kaapeli on kaksiytiminen kierretty ja suojattu kaapeli.
Taulukko 2. Väyläkaapelin ominaisuudet
Aaltovastus ( Ohmia ) n.135-160 ( f=3-20MHz ) Silmukkavastus ( Ohmia/km ) 115
Käyttökapasiteetti 30 nF/km
Vaimennus 0,9dB/100m ( f=200kHz)
Sallittu johdinpoikkipinta-ala 0,3mm2-0,5mm2 Sallittu kaapelihalkaisija 8mm +/-0,5mm
9 Taulukko 2. Profibus DP kaapelityypit
PROFIBUS-DP-väyläkaapeli 6XV1830-0AH10
PROFIBUS-DP-maakaapeli 6XV1830-3AH10
PROFIBUS-DP-riippuasennuskaapeli 6XV1830-3BH10 PROFIBUS-DP-väyläkaapeli PE-vaipalla 6XV1830-0BH10 PROFIBUS-DP-riippuasennuskaapeli 6XV1830-3CH10
PE-vaipallinen kaapeli soveltuu myös elintarviketeollisuuteen.
Kaapelia käsiteltäessä huomioitava, että kaapelia ei saa kiertää, venyttää, eikä puristaa.
Tarvittaessa kaapelia voidaan jatkaa, jolloin tarvitaan RS485-toistin. Tämä mahdollis- taa pidempien segmentissä sallittujen kaapelipituuksien käytön. Yhteen riviin voidaan kytkeä enimmillään 10 RS485-toistinta. Kaapeleita jatkettaessa RS485-toistimien avulla, on huomioitava ettei kahden RS485-toistimen välissä ole yhtään liittyjää.
4 YHTEENVETO
Opinnäytetyön tehtävänä oli selvittää koneen tämän hetkinen automaation dokumen- toinnin tila, ja korjata mahdolliset puutteet ja virheet. Opinnäytetyö sai alkunsa, kun laite siirrettiin edellisistä tiloista uusiin, tilavampiin tiloihin ja koneen mukana kulke- nut dokumentointi oli sekavaa, ja hajautunutta.
Opinnäytetyön aikana selvisi, että teknisten piirustusten päivitykselle, ja revisioinnille ei ollut tarvetta. Nykyinen dokumentaatio on ajantasalla ja on yhtenevä laitteen kanssa.
10
5 LIITTEET
5.1 Koeleikkurin anturit
5.1.1 NODE 1
Jakolaite ala-asennossa S1 Jakolaite hitaasti alas S2
5.1.2 NODE 2
Paalipöytä ala-asennossa S3 Paalipöytä täynnä S4
Paalipöytä yläasennossa S5 Paalit paalipöydällä B1
5.1.3 NODE 3
Jakolaite takana S6 Jakolaite edessä S7
Paalipöytä kuljettimella B8
5.1.4 NODE 4
Jakolaite alas S9. Kapasitiivinen lähestymiskytkin joka sijaitsee vastasäleikössä Paalipöytä alas S10. Kapasitiivinen lähestymiskytkin joka sijaitsee vastasäleikössä
11 5.1.5 NODE 5
Hiettotelan ruuhkan valvonta B2 Arkkikuljettimen ruuhkanvalvonta B3 Hylkyluukun ruuhkan valvonta B15
5.1.6 NODE 6
Huolto puolen radan reunan valvonta B11
Ruuvinostin ala-asennossa S11 induktiivinen lähestymiskytkin Käyttöpuolen radan reunan valvonta B6
Ruuvinostin ylä-asennossa S12
5.1.7 NODE 7
Ruuhkan valvonta ennen poikkileikkausta B17 Ruuhkan valvonta poikkileikkauksen jälkeen B16 Täysleveä rata B7
5.1.8 NODE 8
Paalipöytä nopeasti alas Y5 (Hydrauliventtiili) Paalipöytä ylös Y4 (Hydrauliventtiili)
Paalipöytä alas Y3 (Hydrauliventtiili)
12 5.1.9 NODE 9
Hydraulikoneikon öljyn pinta LS1
Hydraulikoneikon öljypumppu lämpötila PUMPPU SEIS TS1B Hydraulikoneikon öljyn lämpötilan jäähdytyksen ohjaus TS1A Jakolaite alas Y6
Jakolaite eteen Y7
Jakolaite taakse Y8 Jakolaite ylös Y12
5.1.10 NODE 10
Pika seis
Vetotela ylös MV1-252
Vetotelan kuormitus käytön puoli MV2-252 Vetotelan kuormitus huollon puoli MV3-252 Pituusleikkausterä alas MV4-252
5.1.11 NODE 11
Päänvientipyörä alas MV5-252 Vetotela hätäjarru MV6-252 Aukirullain 2 hätäjarru MV7-252 Aukirullain 1 hätäjarru MV8-252
5.1.12 NODE 12
Hydraulipumppu käynnissä KDg1d1-K1
Hydraulikoneikko jäähdytyspuhallin käynnissä KDg2d1 Hydraulikoneikko hydraulipumppu käyntiin 1K1/KDg1d1-K1 Hydraulikoneikko jäähdyttimen puhallin käyntiin 2K1/KDg1d2-K1 Paalipöydän kuljetin eteen – Käyntiin 3K1/KDg1d3-K1
Paalipöydän kuljetin takkse – Käyntiin 3K2/KDg1d3-K2
13 5.1.13 NODE 13
Käryn poisto ruuvinostin ylös 4K1/KDg1d4-K1 Käryn poisto ruuvinostin alas 4K2/KDg1d4-K2
5.1.14 Absoluuttianturi
Absoluuttianturin tarkoitus on tarkkailla rainan riippumaa.
14
LÄHTEET
Henri Yrttiaho Opinnäytetyö Kajaanin AMK www.siemens.com
Valmet Technologies opetusmateriaali www.as-interface.net
