System napełniania zbiornika wody — ocena stanu technicznego, usterki i modernizacja na PLC

Zadanie egzaminacyjne

Ze względu na wadliwe działanie systemu napełniania zbiornika wody w zakładzie chemicznym podjęto decyzję o jego szybkiej naprawie. Ponadto zdecydowano, że ze względu na częste awarie zastosowany w zbiorniku układ sterowania powinien zostać w najbliższym czasie zamieniony na układ sterowania z użyciem PLC.

Konieczne jest opracowanie dokumentacji naprawy oraz wstępnej dokumentacji modernizacyjnej układu sterowania, w której oprócz zastosowania sterownika programowalnego (PLC) znajdą się wszystkie te elementy, które w poprzednim układzie działały prawidłowo i które będzie można po naprawie wykorzystać w zmodernizowanym układzie.

Przeanalizuj dołączony do arkusza fragment dokumentacji technicznej elementów systemu napełniania zbiornika, zawierający:

• schemat poglądowy systemu napełniania zbiornika wody przed modernizacją – rysunek 1,
• opis działania systemu wraz ze schematami: sterowania w obwodach głównych (rysunek 2) i obwodu sterowania stykowego systemu napełniania zbiornika wody (rysunek 3),
• wytyczne dla zmodernizowanego systemu sterowania z uwzględnieniem PLC,
• wybrane informacje techniczne elementów zastosowanych w systemie napełniania zbiornika wody, przedstawione w formie zestawień tabelarycznych (tabele 1–5).

Opis działania systemu

W systemie napełniania zbiornika wody znajdują się dwa przyciski sterownicze zapewniające jego właściwe działanie: S1 – załączający działanie systemu i S0 – wyłączający jego działanie. Zainstalowane są również dwa czujniki pojemnościowe wskazujące kolejno minimalny (B0) i maksymalny (B1) poziom wody w zbiorniku górnym. Włączanie systemu grzewczego następuje poprzez wysterowanie przekaźnika K8, za co odpowiedzialny jest czujnik temperatury B2. Uruchomienie systemu sygnalizowane jest zaświeceniem lampki H1. Działanie zespołu grzałek w trakcie pracy systemu sygnalizowane jest zaświeceniem lampki H2. Logikę działania dotyczącą załączania silnika pompy oraz zespołu grzałek realizują odpowiednio połączone przekaźniki K4, K5, K6, K7, K8 oraz przekaźnik czasowy T1.

Elementami wykonawczymi w układzie, którego schemat przedstawia rysunek 2, są:

• pompa napędzana silnikiem elektrycznym M, którego każdorazowy rozruch odbywa się w układzie gwiazda-trójkąt funkcjonującym w oparciu o styczniki K1, K2 i K3,
• zespół grzałek E1, E2 i E3 załączanych do poszczególnych faz zasilania za pośrednictwem stycznika K9 sterowanego przez zestyk przekaźnika K8.

Z chwilą wciśnięcia przycisku S1 przy niewciśniętym S0, jeżeli:

• poziom wody w zbiorniku jest za niski (nieaktywne oba czujniki B0 i B1) najpierw załącza się pompa, która przetłacza wodę ze zbiornika dolnego do górnego aż do poziomu sygnalizowanego przez czujnik B1, a następnie, o ile jest taka konieczność (temperatura wody jest niższa niż 40 °C), załącza się układ grzałek,
• poziom wody w zbiorniku górnym jest odpowiednio wysoki (działa przynajmniej czujnik B0), a temperatura wody jest niższa niż 40 °C to załącza się układ grzałek.

Jeżeli w górnym zbiorniku poziom wody spadnie poniżej poziomu sygnalizowanego przez czujnik B0, działający układ grzałek wyłącza się automatycznie i załącza się pompa napędzana silnikiem. Proces napełniania zbiornika górnego i podgrzewania w nim wody trwa dopóki nie zostanie przez obsługę wciśnięty przycisk S0 lub w zbiorniku górnym zostanie osiągnięty wysoki poziom wody sygnalizowany czujnikiem B1.

Wytyczne dla zmodernizowanego systemu sterowania z uwzględnieniem PLC

W obwodzie głównym, z racji zastosowania w obwodzie styczników z cewkami na napięcie 24 V DC nie przewiduje się wprowadzania żadnych zmian. Ponieważ zakłada się pozostawienie przekaźnika K8, który będzie sterowany z jednego z wyjść PLC, zestyk K8:11/12-14 również pozostaje w taki sam sposób włączony w obwodzie głównym.

W układzie sterowania, wyjścia wszystkich czujników zostaną podłączone bezpośrednio do odpowiednich wejść PLC, identycznie jak przyciski operatorskie. Elementy sygnalizacyjne, cewka przekaźnika K8 i cewki styczników K1, K2 i K3 sterowane będą bezpośrednio przez PLC. Funkcje pozostałych elementów przejmie sterownik programowalny.

Co masz zrobić:

• oceń stan techniczny elementów istniejącego układu sterowania: przekaźników – tabela 6, styczników – tabela 7 i czujników pojemnościowych – tabela 8,
• zapisz informacje dotyczące lokalizacji, przyczyn i sposobów usunięcia usterek w systemie napełniania zbiornika wody oraz wykaz narzędzi niezbędnych do wykonania naprawy – tabela 9,
• uzupełnij schemat układu sterowania systemem napełniania zbiornika wody z uwzględnieniem wybranych elementów istniejącego układu oraz sterownika PLC – rysunek 5,
• uzupełnij listę przyporządkowania, podając m.in. informacje o cechach i funkcji elementów użytych w układzie – tabela 10.

Ocenie podlega 6 rezultatów:

• R.1 (6 pkt) — ocena stanu technicznego przekaźników zastosowanych w układzie – tabela 6,
• R.2 (4 pkt) — ocena stanu technicznego styczników zastosowanych w układzie – tabela 7,
• R.3 (2 pkt) — ocena stanu technicznego czujników pojemnościowych zastosowanych w układzie – tabela 8,
• R.4 (10 pkt) — lokalizacja, przyczyny i sposób usunięcia usterek w systemie napełniania zbiornika wody – tabela 9,
• R.5 (10 pkt) — uzupełniony schemat układu sterowania zespołem pompy i grzałkami elektrycznymi z uwzględnieniem PLC – rysunek 5,
• R.6 (10 pkt) — uzupełniona lista przyporządkowania – tabela 10.

⏱ Czas: 150 minut. Punktów: 42 · Próg zaliczenia: 75%.