Pinnanmittaus- ja säätölaitteen asennus, ohjelmointi ja testaus sadevesipumppaamoon

Pinnanmittaus- ja säätölaitteen asennus, ohjelmointi ja testaus sadevesipumppaamoon Jani Sydänlammi Opinnäytetyö Sähkö- ja automaatioalan perustutkinto Automaatioasentaja 28.4.2014

Sisällys 1 Johdanto 1 2 Pinnanmittaus- ja säätölaite-saneerauspaketti 1 2.1. Tilattu työ 1 2.2. CU-362-ohjausyksikkö 2 2.3. IO 351-moduuli 3 2.4. Siemens SITRANS P MPS painelähetin 4 3 Saneerauspaketin asennus 4 3.1. Työn aloitus ja vanhan purkaminen 4 3.2. Saneerauspaketin asentaminen 6 3.3. Pumppaamon testaus 7 4 Päätäntä 8 Lähteet 10

1 1 Johdanto Opinnäytetyöni on pinnanmittaus- ja säätölaitteen asennus, ohjelmointi ja testaus. Asennus tehtiin sadevesipumppaamon sähkökeskukseen, joka sijaitsee pumppaamon kannen päällä. Itse pumppaamo sijaitsee Valkeakoskella. Uusi pinnanmittauslaite helpottaa ja modernisoi pumppaamon tiedonkeruuta ja sen osoitusta. Asennukseen kuului vanhan pinnansäätölaitteen korvaaminen uudella Grundfossin Dedicated Controllers-sarjaan kuuluvalla CU-362:lla, pumppujen virtamittareiden paikan vaihto keskuksessa, nelikärkisten nokkakytkimien vaihto kahdeksankärkisiin ja vanhan paineanturin vaihto uuteen. Kerron opinnäytetyössäni asentamistani ja asennuksessa käyttämistäni komponenteista oppimieni tietojen sekä manuaalien pohjalta. Lisäksi raportoin tekemääni asennustyötä. Vähemmälle tarkastelulle jätän pumppaamoiden yleistiedon. Asennustyötä tehdessäni käytin koulussa oppimiani sähköalan perusoppeja sekä työharjoittelupaikalla minulle opetettuja asioita. Asennustyössä minulla oli apuna huoltomies Tuomo Lehtola. Tekemässäni työssä käyttämäni työvälineet ja tavat olivat minulle entuudestaan tuttuja. Olin myös ollut aikaisemmin tekemisissä työssä asennettujen laitteiden kanssa. Tekstissäni kerron aluksi asennettavan saneerauspaketin sisältämistä laitteista sekä muista komponenteista, jotka tulen vaihtamaan. Seuraavassa luvussa kerron tekemästäni työstä. Työtäni havainnollistamaan käytän itseottamiani valokuvia. 2 Pinnanmittaus- ja säätölaite-saneerauspaketti 2.1. Tilattu työ ELY-keskus teki joulukuussa 2013 työtilauksen Grundfossille. Työhön kuului ELY:n sadevesipumppaamon vanhan Labkotec-pinnanohjausjärjestelmän vaihtaminen uuteen

2 Grundfossin Dedicated Controller-ohjausyksikköön. Samalla pumppaamoon vaihdettaisiin uusi paineanturi ja uuden ohjausyksikön vaatimat kahdeksankärkiset nokkakytkimet. Asennettava Dedicated Controller-ohjausyksikkö on mallia CU-362, ja se on suhteellisen uusi Grundfos-tuote. Minä ja Grundfossin huoltomies Tuomo Lehtola saimme saneerauspaketin asennettavaksemme, koska meillä oli jo kokemusta siihen kuuluvasta CU-362-ohjausyksiköstä. Olimme aikaisemmin olleet mukana Tampereen Hatanpäällä sijaitsevan Viinikanlahden jätevedenpuhdistuslaitoksen kuuden 100 kw:n pumpun tulopumppaamon automaatiojärjestelmän uusimisessa. Työhön tilattuja uusia osia kutsuttiin saneerauspaketiksi. Paketti sisälsi CU-362:n ja IO 351:n omassa keskuskotelossaan sekä painelähettimen ja kaksi nokkakytkintä. Kaikki olisi tarkoitus saada mahtumaan pumppaamon sähkökeskukseen. 2.2. CU-362-ohjausyksikkö CU-362 (kuva 1) on Grundfossin Dedicated Controllers-tuotesarjaan kuuluva ohjausyksikkö. Dedicated Controllerit on tarkoitettu enintään kuuden pumpun säätöä ja valvontaa varten. Työssä käyttämäni CU-362 on tarkoitettu jätevesi- ja tyhjennyssovelluksille. (CU-362 2013:255.) CU-362 on tarkoitettu asennettavaksi ohjauspaneeliin tai erilliseen ohjauskaappiin. Ulkoasennusta varten se on sijoitettava ohjauskaappiin, jonka kotelointiluokka on vähintään IPX4. CU-362:n kotelointiluokka on IP54, kun se asennetaan IPX4-paneeliin tai kaappiin. (CU-362 2013:258.) Kuva 1. CU-362 CU-362 asennetaan yleensä paneeliin, joka sisältää myös IO 351-moduulin. Paneeli voi sisältää myös muita Grundfos-moduuleja ja taajuusmuuttajia. Virheettömän toiminnan takaamiseksi on tärkeää asentaa elektroniset moduulit EMC-suojatulla tavalla. (CU-362 2013:259.)

3 EMC-suojaus tarkoittaa sähkömagneettista yhteensopivuutta. Sähkölaite ei saa lähettää ympäristöönsä kohtuuttomasti häiriötä, ja lisäksi sen on siedettävä riittävässä määrin muualta tulleita häiriöitä (Tukes 2013.) EMC-suojatun asennuksen tarkoitus on vähentää sähkömagneettisia häiriöitä. CU-362 asennetaan EMC-suojausten mukaisesti. Itse ohjausyksikkö maadoitetaan omaan asennusrunkoonsa. Asennuksessa käytettävä väyläkaapeli täytyy olla suojavaipallinen, josta se maadoitetaan CU-362:ssa olevaan kaapelikiinnikkeeseen. Digitaalisten ja analogisten tulojen ja lähtöjen signaalijohtimet on suojattava koko pituudeltaan CU- 362:een asti ja kytkettävä sen runkoon esimerkiksi kaapelikiinnikkeillä. (CU-362 2013:259.) CU-362 tulee asentaa korkeintaan 10 A sulakkeen (sekä nopeat että hitaat sulakkeet ovat sopivia) taakse. Käyttöjännite on yksivaiheinen 100-240 VAC ja taajuus 50/60 Hz. (CU-362 2013:262.) 2.3. IO 351-moduuli IO 351 (kuva 2) on moduuli, joka vaihtaa digitaalisia ja analogisia signaaleja muun sähköjärjestelmän kautta. IO 351:stä on A- ja B-tyyppiä. IO 351 A on tarkoitettu yhdestä kolmeen kiinteänopeuksiselle Grundfospumpulle. B-tyyppi on tarkoitettu yhdestä kuuteen Grundfos-pumpulle, joissa kiinteä nopeus tai joita ohjaa ulkoinen taajuusmuuttaja. IO 351 B:tä voi käyttää myös input-output-moduulina kommunikoitaessa näyttö- tai jonkun muun laitteen kanssa. (IO 351 2014:6.) IO 351 on aina tehtaassa johdotettu. Ennen asennusta on kuitenkin selvitettävä, onko IO johdotettu tilatunlaisesti ja ettei se ole vahingoittunut toimituksessa. IO 351 kytketään jännitteettömänä. (IO 351 Kuva 2. IO 351 2014:7.)

4 Tekemässäni työssä käytettiin IO 351 B:tä, koska sadevesipumppaamossa, johon työ tehtiin, oli käytössä kaksi pumppua ja CU-362 toimi pumppaamon tietojen näyttölaitteena. Työssäni IO:ta käytettiin keräämään kaikki signaalitieto pumpuilta ja pumppaamon antureilta. IO siirtää tiedot eteenpäin CU-362:lle. 2.4. Siemens SITRANS P MPS -painelähetin Siemensin SITRANS P MPS sarja on nestepinnan tason mittaukseen tarkoitettu upotettava painelähetin. Se on tarkoitettu pinnanmittauksiin kaivoissa, säiliöissä ja kanavissa. Ruostumattoman teräskotelonsa ansiosta anturi soveltuu kaikille nesteille aina juomavedestä syövyttäviin nesteisiin saakka. (Siemens FI 01 2014:1.) Painelähettimen mittausalue on 2 mh 2 O 20 mh 2 O. Ulostulona painelähettimellä on standardisoitu virtaviesti 4-20 ma. Mitattavan aineen lämpötila tulisi olla -10 C - +80 C. (Siemens 2014:5.) Painelähettimessä on ruskea plus-johdin, sininen miinus-johdin, kaksi tuuletusventtiiliä sekä kevlar-johto pidempiä kiinnityksiä varten. Pumppaamoissa painelähettimelle on oma johdinputki, jotta vältytään sen joutumiselta pumppujen juoksupyöriin. Oikea asennussyvyys painelähettimelle on laskea se aivan pohjaan ja nostaa sieltä noin 0,1 m (Turppa 2013). 3 Saneerauspaketin asennus 3.1. Työn aloitus ja vanhan purkaminen Työtehtävät olivat seuraavat: pumppaamon sähkökeskuksessa (kuva 3) olevan pinnanmittauslaitteen ja sen kotelointien poistaminen, pumppujen virtamittareiden siirto keskuksen sisällä paikkaan johon ne mahtuvat, CU-362-saneerauspaketin asennus poistettujen koteloiden tilalle, uusien komponenttien johdottaminen, nokkakytkimien ja painelähettimen vaihto ja lopuksi pumppaamon käyttöönotto uudella ohjausjärjestelmällä.

5 Ennen kuin aloitimme Lehtolan Tuomon kanssa asennustyöt, tarkistimme kaivon vesitilanteen, eli tuleeko pumppaamoon paljon vettä, pitääkö sitä pumpata tyhjäksi ennen, kuin sen kytkee virrattomaksi ja saako asennustyön tehdä rauhassa. Pumppaamoon valui kokoajan vettä, mutta rauhalliseen tahtiin. Vedenpinnan ollessa kuitenkin noin metrissä päätimme pumpata vettä pois, kunnes saisimme pumput näkyviin. Näin saimme varmasti tarpeeksi rauhallista asennusaikaa. Joissakin pumppaamoissa veden tulo on niin voimakasta, että asennustyön aikaisen pumppaamon toimintakyvyttömäksi tekemisen täytyy olla lyhytaikaista ja tarkoin suunniteltua, jotta kaivon tulvimiselta tai veden nousemiselta ennen kaivoa vältyttäisiin. poistettava pinnanmittauslaite Kuva 3. Pumppaamon sähkökeskus, jossa oikealla Kun pumppaamon vedenpinta oli haluamallamme tasolla, aloitimme vanhan purkamisen. Ensin kytkin pumppaamon pääkytkimestä jännitteettömäksi ja vedin vielä varmuudeksi kaikki sulakkeet alas. Lisäksi varmistin jännitteettömyyden yleismittarilla. Sitten irrotin vanhan pinnanmittaus- ja säätölaitteen piuhat. Merkitsin niistä syötön, koska tulisin käyttämään sitä samaa uuteen laitteeseen. Muut pinnanohjauslaitteelle tulevat piuhat, jotka irrotin, Kuva 4. Virtamittarit sulakekotelossa olivat painelähettimen plus ja miinus. Nyt, kun pinnanohjauslaite oli kytketty irti, irrotin sen keskuskoteloineen keskuksesta. Sen jälkeen irrotin pumppujen virtamittarit ja uudelleensijoitin ne sulakekoteloon (kuva 4) sen ollessa ainoa mahdollinen paikka.

6 Molemmilla pumpuilla oli oma mittarinsa ja mittarin läpi kulki 3 ~ pumpun toinen vaihe. Purkutyön viimeisinä vaiheina olivat vielä virtamittareiden vanhan kotelon poisto ja vanhan painelähettimen vetäminen ylös kaivosta. 3.2. Saneerauspaketin asentaminen Nyt meillä oli keskuksessa tilaa asentaa uusi ohjausjärjestelmä koteloineen poistettujen koteloiden tilalle. Kiinnitimme uuden kotelon ruuveilla sähkökeskuksen kiinnityskiskoihin ja muihin yllä ja vierellä oleviin koteloihin. Uusi CU-362 ja IO 251 olivat valmiiksi johdotetut. Meidän johdotettavanamme olivat vain syöttö IO:lle ja pumppujen tilatiedot sekä uuden painelähettimen virtaviesti ohjausjärjestelmän riviliittimille (kuva 5). Kuva 5. Uuden ohjausjärjestelmän riviliittimet Pumppujen tilatiedot otimme uusilta nokkakytkimiltä. Pumpuilla on kolme käyttöasentoa: 0- pumppu ei käytössä, K-pumppu käsiohjauksella ja A-pumpun ohjaus pinnanohjausjärjestelmän kautta. Kaikilta asennoilta välittyy tieto IO:lle ja sitä kautta CU:lle, josta on helppo seurata pumppujen käyntitietoja ja painelähettimen antamaa tietoa pumppaamon veden pinnankorkeudesta. Teimme kaikki kytkentämuutokset saneerauspaketin mukana tulleiden sähköpiirustusten mukaan.

7 Kun kaikki johdottaminen ja fyysinen asennus oli tehty, oli aika kytkeä sähköt takaisin päälle. CU oli kytketty oikein, koska se käynnistyi. Oli aika aloittaa pumppaamon tietojen ja haluttujen raja-arvojen syöttäminen CU:lle. Ensiksi CU:lle ohjelmoidaan pumppujen lukumäärä, joka on tässä tapauksessa kaksi. Toiseksi asetellaan pumppaamon mitat (syvyys ja halkaisija), ja viimeiseksi halutut pumppujen käynnistys- ja pysäytysrajat. Kyseinen pumppaamo on noin 4 m syvä ja 1,5 m leveä. Pumppujen käynnistysrajaksi asetimme 1,4 m, apukäynnistysrajaksi 1,8 m, pysäytysrajaksi 0,5 m, kuivakäyntirajaksi 0,1 m ja ylivuotorajaksi 4 m. Eli CU käynnistää toisen pumpun veden noustessa 1,4 m:iin, käynnistää rinnalle toisen pumpun, jos veden pinta yhä nousee 1,8 m:iin, ja pysäyttää molemmat pumput pinnan laskiessa 0,5 m:iin. Kuivakäynti- ja ylivuotorajat ovat hälytyksiä. 3.3. Pumppaamon testaus Arvojen asettelun jälkeen testasimme pumppaamon toiminnan. Pumppaamoon oli valunut vettä yli käynnistysrajan (painelähetti ilmoitti pinnankorkeudeksi 1,7 m), joten kun asetimme toisen pumpun automaattiohjaukselle nokkakytkimeltä, CU käynnisti sen välittömästi ja pinta kaivossa alkoi laskea. Sitten asetimme käynnistyneen pumpun nollille ja sammuksissa olleen automaatille. CU tunnisti pumpun, käynnisti sen ja pinta laski jälleen moitteettomasti. Seuraavaksi kokeilimme, toimiiko pumppujen vuorottelu. Muutimme käynnistys- ja pysäytysarvoja niin, että pumppujen käyntiraja olisi lyhyempi ja että näkisimme, ettei järjestelmä käytä vain toista pumppua. Toisen pumpun pumpattua asettamamme 10 cm ja pinnan taas noustua takaisin käynnistysarvoon CU:n vuorottelu toimi, ja se käynnisti toisen pumpun. Todettuamme vuorottelun toiminnan palautimme aikaisemmin asettamamme arvot CU:lle.

8 Kuva 6. Pumppaamo toimintakunnossa uudella pinnanohjausjärjestelmällä Viimeiseksi mittasimme vielä, että molempien pumppujen kuluttamat virrat olivat oikeat. Virtamittareista määrän näki mutta varmistimme sen myös pihtimittauksella. Molemmat pumput kuluttivat 15 A:n nimellisvirtaansa nähden sopivan 11 A. Ennen lähtöämme varmistimme vielä, että molemmat pumput jäivät automaatille, että kaikki sulakkeet olivat ylhäällä ja että pumppaamo jäi toimintakuntoon (kuva 6). 4 Päätäntä Työn tarkoituksena oli helpottaa pumppaamon pinnankorkeuden valvomista sekä saada tietoa pumppujen tilatiedoista ja mahdollisista hälytyksistä. Näihin tarkoituksiin moderni CU-362 yhdessä IO 351:n kanssa oli erinomainen. Työssä mietitytti ainoastaan suorituspaikka: Miksi noin syrjäiseen sadevesipumppaamoon halutaan kallis pinnanmittausjärjestelmä? Asennuksessa työn tavoite saavutettiin. Pumppaamon valvonta ja sen toiminnan seuranta on nyt helppoa. CU-362:sta näkee nopeasti pumppujen tilat, pinnankorkeuden ja hälytyshistorian. Jos pumppaamossa ilmenee ongelmia, voi CU auttaa niiden

9 selvittämisessä. Lisäksi pumppaamon pumppausrajojen muuttaminen on nyt mahdollisimman helppoa CU:n havainnollistavan näytön ansiosta. Ennen työn aloittamista minulla oli jo kokemusta kaikissa siinä käytettävistä komponenteista ja työkaluista. Kuitenkin aina uutta tehdessä vanhat opit ja taidot varmenevat ja lisääntyvät, kuten nyt CU:n ohjelmointi. Laitteeseen ohjelmoitavat parametrit, joiden muuttaminen oli työn toimimisen kannalta oleellista, löytyivät nyt helposti ja CU:n näpräämisestä tuli varmempaa. Työssä ilmeni myös haasteita. Vanhan purkaminen ja uuden saaminen samoihin tiloihin on ennenkin hidastanut työtä, niin myös nyt. Vanhat kotelot oli kiinnitetty useilla ruuveilla ja niiden ollessa tyhjiä, joten jotta saimme kaikki ruuvit irti rikkomatta mitään, jouduimme purkamaan keskusta verrattain paljonkin. Työn tekeminen oli kiinnostavaa, koska se sisälsi useita työvaiheita ja minulla itselläni oli suhteellisen suuri päätösvalta työn tekemisessä ja siinä, miltä lopputulos tuli näyttämään. Työn lopputulos oli odotetunlainen ja toimiva. Jos työ alotettaisiin uudelleen en muuttaisi työtavoista mitään. Teimme työn tilatunlaisesti, eikä mitään varsinaisia ongelmia ollut missään vaiheessa.

10 Lähteet CU-362 2013, Asennus- ja käyttöohjeet. Grundfos. IO 351 2014, Original installation and operating instructions. Grundfos. Siemens FI 2014. Tuoteluettelo. http://www.automation.siemens.com/mcms/infocenter/dokumentencenter/sc/pi/lnfocenterl an-guage-packs/catalog%20sheet%20sitrans%20p%20mps/sitransp_mps_ fi01en.pdf. 2014. Siemens 2014, Sitrans P-painelähettimet. http://auser09.onet.tehonetti.fi/data/attachments/sitransp_esite.pdf. 2014. Tukes 2014, Tekniikka, EMC. http://www.tukes.fi/fi/kuluttajille/koti-ja-kodin-tekniikka/emc---sahkomagneettinenyhteensopivuus/. 1.2.2013. Turppa Kalle 2013. Grundfosin huoltomies. Haastattelu. Työssäoppimisjakso Grundfosilla. 12/2013.