PROJEKTIRANJE INDUSTRIJSKIH POSTROJENJA

1. I. GAŠPARAC PROJEKTIRANJE INDUSTRIJSKIH POSTROJENJA PRIKAZ MATERIJALNIH, ENERGETSKIH I INFORMACIJSKIH TOKOVA na primjeru industrijskog postrojenja “CINČAONICA DALEKOVOD” P I P

2. ŠTO JE OSNOVNA ZADAĆA OVE TEME ? Osnovna je zadaća upoznavanje strukture industrijskog postrojenja i njegovih značajki, kako bi sa što jasnijim pojmovima mogli pristupiti bilo kojoj djelatnosti usmjerenoj prema cjelini industrijskog postrojenja i/ili prema nekom njegovom dijelu. P I P

3. ŠTO TVORI INDUSTRIJSKO POSTROJENJE ? Industrijsko postrojenje tvori organizirani skup sredstava za proizvodnju, a što omogućuje provedbu smislenog tehnološkog procesa P I P

4. TKO ILI ŠTO POSTAVLJA ZAHTJEVE NA INDUSTRIJSKO POSTROJENJE ? Industrijsko postrojenje se projektira i gradi prema zahtjevima TEHNOLOŠKOG PROCESA, i to s obzirom na: • opremu koja omogućuje provedbu suvremenog tehnološkog procesa, • energetiku koja pokreće opremu u izvršavanju svih radnji koje TP nalaže, P I P

5. upravljanje i regulaciju, kojih su zadaće: ispunjavanje svih zahtjeva upravljanja i regulacije u pojedinim tehnološkim funkcionalnim cjelinama IP-a, • zaštitu, kojoj je temeljna zadaća da, u slučaju nastupa kvara u bilo kojem dijelu strukture IP-a, osigura odgovarajuće brzu intervenciju tehnike i/ili pogonskog osoblja, kako bi se spriječile moguće, ali neželjene posljedice i nekontrolirano ponašanje dijelova postrojenja, ili postrojenja kao cjeline, • signalizaciju, vizualizaciju procesa, kako bi pogonsko osoblje moglo što aktivnije i stručnije sudjelovati u odvijanju TP-a, i time osigurati pogon od pogubnih radnji koje bi mogle ugroziti ljude, okolinu, TP, materijalna dobra ili dovesti do značajnih gubitaka u proizvodnji. P I P

6. TEHNOLOŠKI PROCES • Tehnološki proces je, u osnovi, niz potpuno određenih postupaka po kojima se predmet (ili predmeti) obrade giba, obrađuje, oblikuje, spaja (ili odvaja) kemijski i/ili samo fizički s (ili od) ostalim predmetima-sudionicima tehnološkog procesa, oplemenjuje propisanim postupcima oplemenjivanja, kontrolira u onim dijelovima postupka koji zahtijevaju kontrolna mjerenja zbog postizanja zahtjevane kvalitete, zaštićuje za kasniju uporabu, i konačno pohranjuje. • Dakle, tehnološki proces se odvija po receptu, prema kojem se od sirovina, energije, pomoćnih materijala u "kuhinji" industrijskog postrojenja stvara novi proizvod, ili se oplemenjuje, dorađuje, prerađuje postojeći proizvod, kojem treba dati novu kvalitetu, novu funkciju i/ili obličje (dizajn). P I P

7. ČIME JE ODREĐENTEHNOLOŠKI PROCES [ TP ] Suvremeni TP određuju : • tokovi materijala i pripadna tehnološka (primarna) oprema, • tokovi energije i pripadna energetska (sekundarna) oprema, • tokovi informacija (tokovi:upravljanja, regulacije, zaštite,signalizacije, vizualizacije i t.sl.) i pripadna informacijska (tercijarna) oprema. P I P

8. STRUKTURA INDUSTRIJSKOG POSTROJENJA Strukturu industrijskog postrojenja, s obzirom na opremu i procesne tokove, a prema zahtjevima TP-a, čine: • primarna-tehnološka, sekundarna-energetska i tercijarna-informacijska oprema, • tokovi materijala, tokovi energije i tokovi informacija. P I P

9. TOKOVI MATERIJALA, PRIMARNA TEHNOLOŠKA OPREMA • Industrijsko postrojenje [ IP ] obrađuje i/ili prerađuje sirovine i/ili poluproizvode u proizvod po tehnološki jasno utvrđenim postupcima. • Tokove sirovina i/ili poluproizvoda od ulaza u IP pa sve do uskladištenja gotovog proizvoda nazivamo TOKOVIMA MATERIJALA. • Ovi se tokovi ostvaruju uz pomoć PRIMARNE TEHNOLOŠKE OPREME; u pravilu se radi o strojarskoj opremi za prihvat, transport i obradu materijala kao osnovne supstance tehnološkog procesa proizvodnje. P I P

10. TOKOVI ENERGIJE, SEKUNDARNA (ENERGETSKA) TEHNOLOŠKA OPREMA • Za obradu ili preradu materijala (sirovina, poluproizvoda) potrebna je energija: toplinska, mehanička, električna, kemijska, itd. Osim toga, sve aktivnosti koje tehnološki proces [ TP ] nalaže primarnoj tehnološkoj opremi, ostvaruju se uz pomoć energije, najčešće električne pretvorene u mehaničku. • Uočavamo da su tokovi materijala mrtvi bez TOKOVA ENERGIJE. P I P

11. Jedna od osnovnih zadaća projektanta IP-a jest određivanje pravog udjela energetskih tokova u odvijanju TP-a, bilo da se radi o obradi/preradi ili transportu materijala. • Opremu, kojom se obavlja zadana pretvorba energije, nazivamo SEKUNDARNA (ENERGETSKA) TEHNOLOŠKA OPREMA. • Najčešće se radi o elektromotornim pogonima za transport, mehaničku obradu, a ponekad, i o opremi za toplinsku obradu materijalnih tokova, kao što je npr. slučaj kod elektrolučnih ili indukcijskih peći, ili, kao u našem slučaju, plinskih peći za cinčanje. P I P

12. TOKOVI INFORMACIJA, TERCIJARNA (INFORMACIJSKA) TEHNOLOŠKA OPREMA • Upravljanje čine smisleno postavljeni TOKOVI INFORMACIJA, vođeni uz direktno sudjelovanje upravljača (čovjeka), ili vođeni procesnom automatikom. Većina procesa se ostvaruje kombiniranjem oba ova načina. • O dinamici tokova energije ovisi kvaliteta odvijanja tokova materijala. Time je velikim dijelom određena kvaliteta TP-a kao cjeline. • Dinamika tokova energije zahtijeva upravljanje usklađeno sa zahtjevima vođenja TP-a. P I P

13. Što sve čini tokove informacija ? Svi oni tokovi, koji na bilo koji način informiraju o trenutnom i trajnom stanju procesa i opreme, a na temelju informacija upravljaju, reguliraju, signaliziraju, vizualiziraju stanje, štite opremu i TP, proglašavamo TOKOVIMA INFORMACIJA. P I P

14. TOKOVE INFORMACIJA dijelimo u dvije osnovne grupe: aktivne i pasivne • Aktivnima proglašavamo one tokove koji upravljaju i reguliraju odvijanje TP-a, dok u grupu pasivnih svrstavamo sve zaštitne i signalizacijske funkcije. To, zapravo, znači da pasivni prate odvijanje tokova materijala, energije i informacija, ali tako da se, u trenutku koji predstavlja opasnost za opremu i/ili TP, pretvaraju u nadređene, vrlo aktivne tokove zaštite i signalizacije. • Tokovi informacija se ostvaruju opremom odgovarajućih svojstava; ovu opremu, u odnosu prema primarnoj i sekundarnoj tehnološkoj opremi, nazivamo TERCIJARNA (INFORMACIJSKA) TEHNOLOŠKA OPREMA. P I P

15. Na primjeru industrijskog postrojenja CINČAONICE upoznajmo TOKOVE MATERIJALA, ENERGIJE, I INFORMACIJA TOKOVI MATERIJALA su za ovaj primjer prikazani na tlocrtu hale CINČAONICE P I P

16. Materijal (u ovom slučaju poluproizvod) za cinčanje slijedi put od ulaska u halu, • transport do kada za kemijsku obradu, • pranje i sušenje prije obrade cinčanja, • cinčanje u kadi za cinčanje; • nakon cinčanja materijal, kao gotov proizvod ovog TP-a, odlaže se u prostor za završnu obradu proizvoda (čišćenje i priprema za otpremu iz hale), • otprema iz prostora IP-a na skladište gotovih proizvoda. P I P

17. cinčanje robe hlađenje robe obrada kiselinama izlaz cinčane robe transport transporterom skidanje robe transport kranom vješanje robe ulaz robe za cinčanje P I P

18. Osim poluproizvoda, u tokove materijala se uključuju i one sirovine (materijali) koji služe kao sredstva za realizaciju TP-a. U našem slučaju radi se o CINKU (temeljnom sredstvu TP-a za obradu), kemikalijama za dekapiranje poluproizvoda, sredstvima za ispiranje kemikalija nakon dekapiranja, te otpadnim materijalima iz TP-a. Ovi materijali imaju slijedeće tokove: P I P

19. cink kiseline otpadni plinovi P I P

20. TOKOVI ENERGIJE u slučaju CINČAONICE imaju dva osnovna izvora: • toplinsku energiju za taljenje i održavanje cinka u rastaljenom stanju u kadi za cinčanje (energija plina), • električnu energiju za pogon EMP-a i svih ostalih električnih potrošača u okviru TP-a. P I P

21. Sekundarna (energetska) oprema je pridružena svakoj pojedinoj jedinici primarne (tehnološke) opreme. • Za prikaz tokova energije poslužit će tlocrt hale uz naznaku primarne (tehnološke) opreme s pripadnom sekundarnom (energetskom) opremom. • U našem slučaju na tlocrtu hale prikazana je, uz primarnu opremu, i sekundarna oprema. P I P

22. Energija plina ima sljedeći tok: • od plinske stanice posredstvom plinovoda teče plin do gorionika na kadi za rastaljeni cink, • pretežiti dio toplinske energije predaje se rastaljenom cinku u kadi kako bi se održavao na TP-om određenoj temperaturi; • preostala toplina se dimnim plinovima, zajedno s otpadnim plinovima iz TP-a cinčanja, odvodi u ekološki prečistač, nakon čega se očišćeni zrak pušta u atmosferu; • po sličnoj proceduri plinom se griju kade za kemijsku obradu materijala; • uobičajeno je da se u energetske, posebno toplinske tokove, uključuju i otpadne energije, bilo iz TP-a ili od otpadnih materijala. P I P

23. dovod plina P I P

24. Električna energija ima razvijenu mrežu svojih tokova. Zajednički dovod za sve industrijske potrošače počinje u trafostanici a završava na sabirnicama u rasklopnim ormarima smještenim u blizini pripadnih kada za cinčanje. U našem slučaju prikazana shema predstavlja niz odvoda za napajanje potrošača IP-a Cinčaonice, tj napajanja sekundarne opreme. P I P

25. Dovod energije od trafo stanice Sabirnice velike cinčaonice Dizalica Transporter Energetski odvodi prema razvodnim ormarima za pojedine grupe potrošača Dovod energije od trafo stanice Sabirnice male cinčaonice Energetski odvodi prema razvodnim ormarima za pojedine grupe potrošača P I P

26. Praćenje elektroenergetskih tokova započet ćemo na sabirnicama rasklopnog ormara EB1. Na tlocrtu hale prikazana je, uz primarnu opremu, sekundarna oprema. P I P

27. Na jednom karakterističnom primjeru pogledajmo tok električne energije u napajanju EMP-a vagona za transport poluproizvoda (materijala što ga treba cinčati): • energija poteče od sabirnica pripadnog razvodnog ormara , posredstvom frekvencijskog pretvarača do elektromotora, koji za potrebe TP-a obavi pretvorbu električne energije u mehaničku, tj, daje energiju primarnoj opremi (vagonu) za transport poluproizvoda zacrtanim putem do kada za kemijsku obradu. • Sličnu operaciju, s obzirom na tok energije, pogledajmo na jednom dizaličnom pogonu: P I P

28. EB1 privod električne energije za transporter EB21 P I P

29. Posredovanjem frekvencijskog pretvarača EMP-a dizalice energija poteče od sabirnica pripadnog razvodnog ormara do dizaličnog motora, koji za potrebe TP-a obavi pretvorbu električne energije u mehaničku, tj, daje energiju primarnoj opremi (pogonu dizanja) za spuštanje (ili dizanje) poluproizvoda u (ili iz) kadu za kemijsku obradu. P I P

30. EB1 EB23 privod električne energije za dizalicu EB54 P I P

31. TOKOVI INFORMACIJA u IP-u CINČAONICE Sistematiziranjem primarne (tehnološke) opreme, energetskih tokova i pripadne sekundarne (energetske) opreme dobivaju se funkcionalne cjeline s obzirom na obavljanje pojedinačnih zadaća TP-a. Kako se u ovom slučaju radi o tipičnom distribuiranom upravljačkom sustavu, ova podjela će dobro poslužiti pri rješavanju informacijskih tokova i pripadne tercijarne opreme. P I P

32. Tako dolazimo do niza funkcionalnih cjelina kojima upravljaju programabilni logički kontroleri [ PLC ]. Odaberimo tipičan tok informacije za slučaj upravljanja EMP-om vagona. Tok upravljačke informacije će slijediti sljedeću stazu: operater tipkalo PLC frekvencijski pretvarač P I P

33. Ukoliko blokade (krajnji prekidači) dozvoljavaju izvršavanje radnje, tj. vožnju vagona, vagon obavlja zadanu operaciju u cijelosti. Ovim je dat prikaz početka i kraja toka informacija upravljanja EMP vagona. Svi ostali EMP-i, odnosno objekti upravljanja, se na sličan način upravljaju posredstvom operatera i PLC-a uz moguće blokade koje osiguravaju pogon od pogrešnih operacija. P I P

34. Tercijarna (informacijska) oprema, kojom se ostvaruju informacijski tokovi, u osnovi sadrži: • tipkala, • senzore, • PLC -ove, • operacijske panele, • računala P I P

35. Informacijski tokovi se mogu razvrstati u: • tokove zaštite i signalizacije (pasivni informacijski tokovi), • tokove upravljanja i regulacije (aktivni informacijski tokovi). P I P

36. Zaštita ima osnovnu zadaću da štiti ne samo komponente sekundarne nego i primarne opreme. U ovom slučaju je zaštita ostvarena kao • klasična zaštita elektroenergetskih krugova uz pomoć: • osigurača • prekidača (elektromagnetska, bimetalna) • zaštita kroz blokade u obavljanju tehnoloških operacija, ostvarena krajnjim prekidačima ili na druge načine. P I P

37. Signalizacija ima zadaću da u svakom trenutku pokaže stanje uključenosti/isključenosti elektroopreme, stanje zaštita, dojavu alarmom za predviđene kritične točke pogona i opreme. • Tokovi upravljanja i regulacije čine posebnu cjelinu, kojoj je zadaća da osigura zahtijevanu dinamiku procesa. P I P

38. Za konkretni slučaj IP Cinčaonice prikažimo osnovne upravljačke i regulacijske staze, tj. prikažimo kako teku upravljački i regulacijski informacijski tokovi: P I P

39. signal za start motora digitalni ulazi PLC-a P I P

40. PLC veza prema frekvencijskom pretvaraču PROFIBUS-om P I P

41. Veza prema PLC-u PROFIBUS-om Frekvencijski pretvarač P I P

42. Frekvencijski pretvarač Motor P I P