Antti Kivirinta Rehuvalkuaistehtaan sähkökäyttöjen kehittäminen Opinnäytetyö KESKI- POHJANMAAN AMMATTIKORKEAKOULU Sähkötekniikan koulutusohjelma Toukokuu 2008
SISÄLLYS TIIVISTELMÄ ABSTRACT ESIPUHE 1. JOHDANTO 1 2. ATRIA YHTYMÄN NURMON TUOTANTOLAITOS 2 3. REHUVALKUAISTEHDAS 4 4. REHUVALKUAISTEHTAAN SÄHKÖMOOTTORIKÄYTÖT 6 4. 1. Yleistä Sähkömoottorikäytöistä 6 4. 1. 1. Sähkömoottorikäyttö 6 4. 1. 2. Suorituskykyvaatimukset 7 4. 2. Sähkönsyöttö rehuvalkuaistehtaaseen 8 4. 3. Sähkökäytöt rehuvalkuaistehtaassa 8 5. SÄHKÖMOOTTORIKÄYTTÖJEN NYKYISET ONGELMAT 10 5. 1 Käytettävyys 10 5. 2 Kunnossapito 10 6. SÄHKÖKÄYTTÖIHIN TEHTYJÄ MUUTOKSIA 12 6. 1. Taajuusmuuttaja 12 6. 2. Taajuusmuuttaja pohjakuljettimelle 12 7. MUUTOSEHDOTUKSIA 15 7. 1. Ohjelmoitavan logiikan käyttöönotto 15 7. 2. Logiikkaohjelma 16 7. 3. Hätäkatkaisupiiri 20 7. 4. Sähkömekaanisten osien kestävyys 20 8. POHDINTAA 21 LÄHTEET LIITTEET
TIIVISTELMÄ Aika Yksikkö 25. 4. 2008 Ylivieskan toimipiste Koulutusohjelma Sähkötekniikan koulutusohjelma Työn nimi Rehuvalkuaistehtaan sähkökäyttöjen kehittäminen Työn ohjaaja Jari Halme Tekijä/tekijät Antti Kivirinta Sivumäärä 21+20 Työelämäohjaaja Huoltoinsinööri Markku Ulvinen Tämä opinnäytetyö käsittelee Atria Suomen Nurmon tehtaiden rehuvalkuaistehtaan tuotantoon liittyviä sähkökäyttöjä. Työssä on esitelty minkinrehun tuotantoprosessi Atrian elintarviketehtaan sivutuotteena. Nykyisen tuotantoprosessin sähkökäyttöihin liittyviin ongelmiin ja puutteisiin sekä tuotannon ja kunnossapidon tehostamiseen on perehdytty sekä tuotannon kokemusten että havaittujen puutteiden pohjalta. Osaan ongelmista on työn kuluessa tehty muutoksia ja osaan ongelmista esitellään parannusehdotuksia tässä työssä. Työssä esitellään jo tehtyjä muutoksia sekä tuotantoprosessin ja kunnossapidon tehostamisen ja puutteiden kannalta esiin tulleita muutos- ja kehitysehdotuksia. Työn tuloksena on tehty rehun raaka- aineen vastaanottosiilon kierukkakuljettimen mottoriohjauksen muutostyö sekä annettu muutamia prosessiin ja kunnossapitoon liittyviä parannusehdotuksia. Asiasanat Taajuusmuuttaja, sähkökäytöt, ohjelmoitavat logiikat, sähkömoottorit
ABSTRACT CENTRAL OSTROBOTHNIA UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Date 19. 4. 2008 Degree programme Electrical engineering Name of thesis Development of electric motor drives used in a fodder factory Instructor Jari Halme Author Antti Kivirinta Pages 21+ 20 Supervisor service engineer Markku Ulvinen This dissertation is about electric motor drives used in fodder factory of Atria Finlands factories in Nurmo. The poduction of mink fodder as Atrias groserie factorys secondary product is presentated in this dissertation. Problems concerning electric motor drives in the manufacturing process are orientated from the production point of view and from electrical maintenance poit of view. Some of the detected problems are solved durin this dessertation. Also development ideas are presentated for other problems detected. Changes concerning manufacturing process and electrical maintenance already made and developement ideas are presentated in this dessertation. As a result of this dessertation change in fodder factory material receiving silo conveyor electric motor drive is made. And as a result of this dissertation some developement ideas are given. Key words AC drive, electric motor drive, frequency transformer, PLC drive
ESIPUHE Tämä opinnäytetyö on tehty Atria-Tekniikka Oy:n tilauksesta Keski-Pohjanmaan ammattikorkeakoulun Ylivieskan yksikköön. Ajatus tämän opinnäytetyön tekemiseen lähti huoltoinsinööri Markku Ulvisen toimesta ollessani kesäharjoittelijana Atria-Tekniikka Oy:n palveluksessa. Työn tarkempi suunnittelu sekä rajaus suoritettiin yhdessä Markku Ulvisen kanssa. Häntä haluankin kiittää kesäharjoittelupaikasta sekä siitä, että olen saanut olla töissä myös kesää seuranneina aikoina ja tehdä tämän opinnäytetyön muun työn ohella. Haluan kiittää myös Atria-Tekniikka Oy:n sikalinjan sähkömiehiä asennusavusta, asiantuntevista neuvoista ja opastamisesta joita ilman olisi monen asian tekemiseen ja selvittämiseen mennyt moninkertainen aika. Toivon, että tästä työstä olisi mahdollisimman paljon hyötyä sekä yritykselle, että muille lukijoille tulevaisuudessa. Lapualla 25. toukokuuta 2008 Antti Kivirinta
1 1. JOHDANTO Opinnäytetyö tehtiin Atria-Tekniikka Oy:lle tarkoituksena helpottaa Atrian Nurmon tehdasalueella sijaitsevan rehuvalkuaistehtaan sähkömoottorikäyttöjen kunnossapitoa sekä käytettävyyttä. Tämä työ keskittyy rehun valmistuslinjan toimintavarmuuden ja käyttäjäystävällisyyden kehittämiseen sähkömoottorikäyttöjen osalta. Työssä on esitetty jo tehtyjä muutoksia sekä pohdinnan ja selvitystyön aikana syntyneitä muutos ehdotuksia, mitkä voisivat toteutuessaan helpottaa rehutehtaan tuotannon työntekijöiden sekä kunnossapidon laitosmiesten työtä. Rehuvalkuaistehtaalla vallitsevat olosuhteet ovat sähköisten osien kannalta erittäin haasteelliset, tilojen ilma on erittäin kosteaa ja ilman laatu on muutoinkin epänormaali rehutehtaan yhteydessä toimivasta jäteveden esikäsittelylaitoksesta johtuen. Esimerkiksi kuparijohtimissa ja liittimissä tapahtuva ruostuminen on erittäin nopeaa. Myös ajan myötä tehdyt muutokset sähkökäyttöihin ovat omalta osaltaan vaikuttaneet nykyisen hieman sekavan sähkökäyttöjen toteutuksen syntyyn. Työhön on kysytty kokemuksia ja toiveita tuotannon työntekijöiltä. Kunnossapitoon liittyvät näkökohdat ovat sellaisia, että yksinkertainen toimintavarma ratkaisu on yleensä paras.
2 2. ATRIA YHTYMÄN NURMON TUOTANTOLAITOS Atria Yhtymä Oyj on kansainvälinen elintarvikealan yritys, jolla on toimintaa Suomessa, Ruotsissa, Virossa, Venäjällä ja Tanskassa (Kuvio 1.). Atria- konsernin liikevaihto oli vuonna 2007 noin 1,3 miljardia euroa. Atria-konsernin palveluksessa on noin 5900 työntekijää. (Atria- konsernin perustiedot 2008. ) KUVIO 1. Atria-konsernin tuotantolaitokset. Lähde: Atria- konsernin yleisesittely 2008. Atria Suomi Oy on Atria Yhtymä Oyj:n tytäryhtiö, joka vastaa konsernin suomen toiminnoista. Yritys kehittää, valmistaa ja markkinoi lihaa, lihapohjaisia valmisteita ja ruokia sekä niihin liittyviä palveluita suomalaiseen lihatuotantoon pohjautuen. Atria Suomi Oy:n asiakkaita ovat vähittäiskauppa, suurkeittiöt, teollisuus ja vienti. Atria Suomi Oy:n suurin tuotantolaitos sijaitsee Nurmossa. Sen ilmakuva on esitetty kuviossa 2. Muut tuotantolaitokset sijaitsevat Kuopiossa, Kauhajoella, Forssassa ja Karkkilassa. (Atria Suomi Oy 2008.) Atria-Tekniikka Oy on Atria Yhtymä Oyj:n tytäryhtiö, joka vastaa Atrian tuotantolaitosten teknisistä toiminnoista.
3 Atria Suomi Oy:n Nurmon tehtaiden pohjapinta-ala on noin 13 ha, josta noin puolet on tuotantotilaa. Tehtaan sähkönsyöttö on toteutettu 15 muuntajan kautta 48 pääkeskukselle, josta eteenpäin noin 500 ryhmäkeskuksen kautta kulutuspisteisiin. Sähkön huippukulutus päivässä on noin 400 MWh. Keskimääräinen vuosikulutus on noin 80 000 MWh. KUVIO 2. Atria Suomi Oy:n Nurmon tuotantolaitos Lähde: Atria-konsernin yleisesittely 2008. Atria Suomi Oy:n kaikkien tuotantolaitosten tilat ovat olosuhteiltaan hyvin samantyyppisiä. Tuotantotilasta suurin osa on jäähdytettyä tilaa, jossa käsitellään lihaa, sekä jalostuksen eri vaiheissa olevaa elintarvikemateriaalia. Rehuvalkuaistehtaassa vallitsevat olosuhteet ovat puolestaan kuumia ja kosteita, mikä edesauttaa kaikenlaisten metallien korroosion muodostumista.
4 3. REHUVALKUAISTEHDAS Rehuvalkuaistehtaalla tuotetaan yhtä Atria Suomi Oy: n Nurmon tehtaiden monista sivutuotteista. Rehuvalkuaistehdas tuottaa sinne siirrettävästä ihmisravinnoksi kelpaamattomasta teurasjätteestä minkinrehua. Rehun valmistukseen käytettäviä raaka-aineita: - suolet, jotka eivät kelpaa hyödynnettäväksi muulla tavalla - jäteveri - joitain sian sisäelimiä, kuten keuhkoja, maksoja ym. - luita - nahkaa - sorkkia - korvankantoja - hännänkantoja Rehun valmistuksessa käytettävät raaka-aineet siirretään koneellisesti vastaanottotilaan, mistä ne sitten annostellaan tuotantoprosessin eri vaiheisiin. Kiinteä aine ajetaan vastaanottotilassa olevaan vastaanottosiiloon (KUVIO 3), joka sijaitsee rakennuksen keskikerroksessa. Vastaanottosiilosta raaka-aine siirretään siilon pohjalla olevalla ruuvikuljettimella kellarikerroksessa sijaitsevaan myllyyn (KUVIO 4), mikä jauhaa raaka-aineen hienoksi. Myllyltä jauhettu raaka-aine siirretään lyhyen ruuvikuljettimen ja monopumpun avulla keskikerroksessa olevaan sekoittimeen, missä varsinainen tuote valmistetaan. Sekoittimeen syötetään kiintoaineen lisäksi verta, muurahaishapon sekä maitohapon seosta ja natriumbenzonaattia, joista sekoitetaan minkin ravinnoksi valmista rehua. Muurahaishapon ja maitohapon seos sekä natriumbenzonaatti ovat rehun säilöntäaineita. Valmis rehu siirretään monopumpulla ulkona oleviin varastosiiloihin, mistä se kuljetetaan edelleen rekoilla minkkitarhoille. Tuotannon työntekijä ohjaa prosessia kolmesta eri pisteestä, jotka sijaitsevat rakennuksen kolmessa eri kerroksessa, kameroiden välittämän reaaliaikaisen kuvan avulla. Kaikkia toimintoja ei kuitenkaan pystytä käyttämään jokaisesta käyttöpaikasta, mikä on tällä hetkellä yksi prosessin sähkökäyttöihin liittyvistä ongelmista.
5 KUVIO 3. Raaka- aineen vastaanottosiilo KUVIO 4. Rehumylly oheislaitteineen kellarikerroksessa
6 4. REHUVALKUAISTEHTAAN SÄHKÖMOOTTORIKÄYTÖT 4.1 Yleistä sähkömoottorikäytöistä 4.1.1 Sähkömoottorikäyttö Moottorin sähkökäytön mitoitus ja valinta on aina teknillis-taloudellinen tehtävä ja siten varsin monimutkainen tehtävä. Ei riitä, että valitaan halvin ratkaisu, vaan myös käyttökustannukset on huomioitava. Sähköalan talouslaskennassa esitetään menetelmiä, joilla vaihtoehtoisille sähkökäytöille lasketaan niin sanottu hankintahetkeen kapitalisoidut hankintahinnat, joissa käyttökustannukset otetaan huomioon. (Satakunnan ammattikorkeakoulu/ Sähkölaboratorio/ YK. 2002) Hyvin suunniteltu ja toteutettu sähkökäyttö antaa mahdollisuuksia parantaa sen käyttämän prosessin omaisuuksia ja tästä tulevat taloudelliset hyödyt voivat olla hankintahintaan verrattuna moninkertaiset. Hyvänä esimerkkinä voidaan mainita putkiston virtauksen säätö säätämällä pumpun pyörimisnopeutta eikä virtaamaa putkistoon liitettävän kuristusventtiilin avulla. (Satakunnan ammattikorkeakoulu/ Sähkölaboratorio/ YK. 2002)
7 KUVIO 9. Sähkömoottorikäytön periaate Lähde: Satakunnan ammattikorkeakoulu/ Sähkölaboratorio/ YK. 2002 Sähkömoottorikäyttöön kuuluvat: - sähkömoottori ja mahdollinen vaihde - tehonsäätöjärjestelmä (TEHOASETTELU) - säätöjärjestelmä (SÄÄTÖ) - ohjausjärjestelmä (OHJAUS) - suojaus- ja merkinantojärjestelmä (SUOJAUS) - verkko eli energialähde (VERKKO). Käytön tarkoituksena on tuottaa työkoneen tarvitsema mekaaninen energia työkoneen kantilta parhaalla mahdollisella tavalla. Työkone täytyy ymmärtää laajasti. Yleensä siinä on konetekninen laite ja siihen liittyvä mekaaninen järjestelmä. (Satakunnan ammattikorkeakoulu/ Sähkölaboratorio/ YK. 2002) 4.1.2. Suorituskykyvaatimukset On huomattava, että laitteistoa käynnistettäessä saatetaan vaatia melkoinen irrotusmomentti, sillä monien järjestelmien lepokitka on paljon liikekitkaa suurempi. Hyvänä esimerkkinä on rehutehtaan vastaanottosiilon ruuvikuljetin. Moottoria ja tehonsäätöjärjestelmää mitoitettaessa selvitetään usein suurin mahdollinen kuormitusmomentti eri pyörimisnopeuksilla. Moottorin ja tehonsäätöjärjestelmän valinnat tehdään sen perusteella. Monissa tapauksissa tämä voi aiheuttaa ylimitoituksen ja siten hankintahinnaltaan kalliimman sähkökäytön. (Satakunnan ammattikorkeakoulu/ Sähkölaboratorio/ YK. 2002)
8 Siksi onkin selvitettävä miten pitkissä jaksoissa kuormitus vaihtelee. Jos suurimmat kuormitusmomentit esiintyvät vai hetkellisesti, niin saattaa olla mahdollista valita pienempi sähkömoottori. Sähkömoottoria voidaan kuormittaa lyhytaikaisesti jopa kaksinkertaisella nimellismomentilla. 4.2. Sähkönsyöttö rehuvalkuaistehtaaseen Sähkönsyöttö rehutehtaaseen tulee Vattenfallin verkosta kahdella 20 kv maakaapelilla Atrian päärakennuksessa sijaitsevaan muuntamo ykköseen. Muuntamo ykköseltä lähtee syöttö katkaisijan sekä kuormanerottimen kautta muuntamo kakkoseen edelleen 20 kv maakaapelia pitkin. Muuntamo kakkosesta syöttö jatkaa kuormanerottimen kautta edelleen 20 kv maakaapelia pitkin puistomuuntamo kolmoseen, missä 20 kv keskijännite muutetaan 400 V pienjännitteeksi. Puistomuuntamo kolmoselta lähtee kaksi 240 neliömillimetristä syöttökaapelia Rehuvalkuaistehtaan pääkeskukseen. 4.3. Sähkökäytöt rehuvalkuaistehtaassa Rehuvalkuaistehtaan sähkökäytöt on toteutettu tällä hetkellä kontaktoreilla, joita ohjataan paino- sekä kierto kytkimin. Kellarikerroksessa sijaitsevia laitteita, jotka ovat: mylly, pohjakuljetin, siirtoruuvi, sulkuventtiili ja monopumppu voidaan käyttää kellarikerroksen lisäksi keskikerroksesta, yläkerran valvomossa on sulkuventtiilin ohjaus sekä myllyn ja pohjakuljettimen pysäytys. Keskikerroksesta käytetään lisäksi Palmia-sekoitinta ja siihen liittyviä laitteita, joita on: muurahaishappo maitohappo seoksen annostelupumppu ja veripumppu sekä rehun varastosiiloon kuljettava monopumppu. Liitteessä yksi on esitetty kaikki olemassa olevat rehun valmistus laitteisiin liittyvä sähkökuvat. Kuvioissa viisi ja kuusi on esitetty kaksi esimerkkikuvaa nykyisiin sähkömoottorikäyttöjen ohjauksiin liittyen.
9 KUVIO 6. Rehulinjan ohjauskojeita KUVIO 7. Rehulinjan ohjauskojeita
10 5. SÄHKÖMOOTTORIKÄYTTÖJEN NYKYISET ONGELMAT 5.1 Käytettävyys Rehun tuotantolinjaa ajaa kerrallaan vain yksi työntekijä, linjan ohjaukset tulisi siten olla rakennettu niin, että laitteita pystyisi ohjaamaan jokaiselta käyttöpaikalta. Käyttöpaikkoja on kolme yksi jokaisessa kerroksessa. Käyttökytkimien lisääminen tämän hetkiseen ohjauspiiriin ei ole vaikeaa, mutta koska laitteet sijaitsevat eri kerroksissa ei niitä saa turvallisuus syistä pystyä laittamaan päälle ilman asian mukaista varoautomaatiota tai kameravalvontaa. Nykyiset kameravalvonnat eivät riitä varmistamaan laitteen turvallista kaukokäynnistystä. Tästä syystä muualta kuin samasta tilasta tehtävät käynnistykset on toteutettava siten, että aina kaukokäynnistyksen yhteydessä ennen laitteen käynnistymistä kyseisen laitteen tilassa kuuluisi äänimerkki ja, että laitteella olisi riittävä käynnistysviive. Lisäksi myllylle raaka-ainetta syöttävä vastaanottosiilon pohjakuljetin on ollut jonkin aikaa ilman nopeuden säätöä. Kuljettimen sähkömoottorin ja kierukan välissä on ennen ollut mekaaninen variaattori nopeuden säätöä varten. Se on kuitenkin rikkoutunut noin vuosi sitten ja korvattu tavallisella nopeutta pienentävällä vaihteella. Mahdollisuus säätää pohjakierukan nopeutta on tärkeä, koska raaka-aineen koostumus vaihtelee lievemmästä kankeampaan. Kuljettimen nopeutta säätämällä pystytään vähentämään kuljettimen käynnistyksiä ja täten pidentämään mekaanisten osien käyttöikää. 5.2 Kunnossapito Kunnossapidon kannalta suurimmat ongelmat ovat puutteelliset dokumentit sekä olosuhteiden aiheuttama sähkölaitteen ennenaikainen rikkoutuminen. Syy puutteellisiin dokumentteihin on yksinkertaisesti ajan puute. Kun on suoritettu jonkin sähkökäytön pikainen muutostyö, että on saatu linja nopeasti takaisin käyttöön jää usein tehty muutos kirjaamatta. Tämä johtuu siitä, että kun työ on valmis pitää tekijän jo kiiruhtaa seuraavaan kohteeseen.
11 Olosuhteet rehutehtaassa ovat erittäin lämpimät ja kosteat etenkin kellarikerroksessa. Kosteus, hapettava ilma, lämpötila ja kuormitus aiheuttavat kuparin nopean syöpymisen. Kuparin normaali syöpymisnopeus on 1-2 mikrometriä/ vuosi. Mutta kosteassa ja happamassa ilmassa voi syöpyminen olla jopa yli 10 mikrometriä vuodessa (Metalliteollisuuden Keskusliitto 2001, 139-140.). Kuvion seitsemän ryhmäkeskus on noin 10 vuotta vanha ja kuparin korroosio alkaa olla melko runsasta, keskus sijaitsee toisessa kerroksessa ja on erotettu jäteveden esikäsittelylaitoksen flotaatioallas tilasta yhdellä tavallisella ovella. Korroosio ei ole suinkaan ongelma jokaisessa tilassa missä on sähkölaitteita. KUVIO 8. Esimerkki kuparin korroosiosta ryhmäkeskuksessa
12 6. SÄHKÖKÄYTTÖIHIN TEHTYJÄ MUUTOKSIA 6.1. Taajuusmuuttaja Epätahtimoottorin pyörintänopeus riippuu taajuudesta, jättämästä ja napapariluvusta, ovat nämä kolme muuttuja käytettävissä moottorin pyörintänopeuden säätöön. Epätahtimoottorin napaluku on yleensä vakio, tästä johtuen yleisin tapa muuttaa moottorin pyörintänopeutta on vaihtovirran taajuuden muuttaminen. Nykyaikaiset taajuusmuuttajat ovat kooltaan pieniä, älykkäitä yksiköitä, joilla on monia toimintoja sekä hienouksia. Taajuusmuuntimia on olemassa noin 100 W tehosta noin 500 kw tehoon asti. yleensä taajuusmuuttajassa on ohjauspaneeli ja näyttö, mistä voi helposti muuttaa taajuusmuuttajan parametreja sekä lukea niiden arvoja. Taajuusmuuttajalla saadaan aikaan myös moottorin pehmokäynnistys ja jarrutus. (Kördel L, Johnsson J. 2004.) 6.2. Pohjakuljettimen taajuusmuuttaja Myllylle raaka-ainetta syöttävä vastaanottosiilon pohjakuljetin on ollut jonkin aikaa ilman nopeuden säätöä. Mahdollisuus säätää pohjakierukan nopeutta on tärkeä, koska raaka-aineen koostumus vaihtelee lievemmästä kankeampaan. Kuljettimen nopeutta säätämällä pystytään vähentämään kuljettimen käynnistyksiä ja täten pidentämään mekaanisten osien käyttöikää. Tämän ongelman ratkaisuksi on pohjakuljettimen sähkömoottoria käyttämään asennettu Vacon NXS 0012 5A2H1 taajuusmuuttaja. Kyseinen taajuusmuuttaja on sopiva kierukkaa käyttävälle 3,9 kw:n sähkömoottorille.
13 KUVIO 12. Vacon NXS taajuusmuuttaja Lähde: Vacon 2008 Taajuusmuuttajaa ohjaamaan suunnittelin yksinkertaisen kontaktoriohjauksen. Kytkennässä on kontaktori ohjaamassa moottorilähtöä sekä turvarele, joka ohjaa erillistä kontaktoria, mikä katkaisee virran kokonaan taajuusmuuttajalta. Nopeuden säätö on toteutettu trimmeripotentiometrillä eli säätövastuksella. Taajusmuuttajassa on kyllä muitakin mahdollisuuksia nopeuden säätämiseen mutta tässä tapauksessa päädyin käyttämään potentiometriä. potentiometri kytketään taajuusmuuttajan OPT-A1 kortin yksi, kaksi ja kolme riviliittimiin (KUVIO 12). Moottorilähtöä ohjaava kontaktori kytketään riviliittimien kuusi ja kahdeksan väliin (KUVIO 12). Kontaktoreiden ohjaus ovat yksinkertainen pitovirtapiiriä hyväksi käyttävä kokonaisuus.
14 KUVIO 13. Pohjakuljettimen taajuusmuuttajakäyttö KUVIO 14. Vacon taajuusmuuttajan OPT-A1 kortin oletusasetukset Lähde: Vacon 2008
15 7. MUUTOSEHDOTUKSIA 7.1. Ohjelmoitavan logiikan käyttöönotto Ohjelmoitava logiikka on eräänlainen ohjelmoitava ohjausjärjestelmä, joka on käytössä hyvin laajalti. Ohjelmoitavasta logiikasta käytetään myös nimitystä PLCohjaus, missä kirjainlyhenne PLC tulee englanninkielen sanoista Programmable Logic Controller. Sen toiminta perustuu mikroprosessoriin, jossa on ohjelmoitava muisti. Muistia käytetään ohjaukseen tarvittavien komentojen tallentamiseen. Ohjelmoitava logiikka sisältää sekä tuloja, että lähtöjä. Moottorinohjauksessa logiikka ottaa vastaan viestejä eri kytkimistä sekä antureista ja käsittelee niitä ohjelmoinnin mukaisesti. Logiikka ohjaa sitten moottoreita kontaktoreiden avulla. Ohjelmoitavaa logiikkaa voi pitää pienenä teollisuustietokoneena. Logiikka voidaan ohjelmoida uudelleen nopeasti paikan päällä kannettavalla tietokoneella. Ohjelmoitava logiikka asennetaan yleensä laitekaappiin, johon on sijoitettu kaikki ohjauslaitteet. Näin asennus on yleensä halvempaa, virhelähteet vähenevät sekä käyttövarmuus paranee. Normaalisti logiikka ohjaa kontaktoria, joka ohjaa moottoria. (Kördel L, Johnsson J. 2004.) KUVIO 10. Esimerkki ohjelmoitavasta logiikasta Siemens Simatic S7 200 Lähde: Siemens Automation. 2008
16 7.2. Logiikkaohjelma Kyseinen logiikkaohjelma tehtiin Siemens Simatic Managerilla. Rehunvalmistuslinjan ohjauksen toteuttamiseen riittäisi toimilaitteeksi Siemensin Simatic S7 sarjan pienimmät vaihtoehdot, kuten ohjelmoitava rele LOGO lisäosilla tai Simatic S7 200 sarjan ohjelmoitava logiikka. Siemensin logiikoiden käyttö on muutoksen toteutuessa todennäköisintä, koska kyseiset logiikat ovat Atrialla hyvin yleisiä. Logiikkaohjelmassa on käynnistystä ja pysäytystä ohjaamaan käytetty RS kiikkuja, joissa start painike aktivoi lähdön Q ja stop sekä hätäseispainike resetoi kyseisen lähdön. Kiikkuja on yksi jokaista moottorilähtöä kohden. KUVIO 15. Logiikkaohjelma lohkokaavio, painikkeet
17 Ohjelmaan on ohjelmoitu äänihälytys ensimmäistä moottorilähtöä kytkettäessä. Kun kaikki moottorilähdöt ovat pois päältä ja jokin neljästä lähdöstä kytketään aiheuttaa se äänihälytyksen. Kun taas jos jokin moottorilähdöistä on aktivoitu ennemmin ei hälytystä tapahdu. Äänimerkin toiminta-aika on kolme sekuntia käyntikäskyn saamisesta, mikä on toteutettu päästöhidastuksella. KUVIO 16. Logiikkaohjelma lohkokaavio, summerin päästöhidastus Jokaisella moottorilähdöllä on kuuden sekunnin vetohidastus jos kyseinen moottorilähtö on ensimmäinen kytkettävä ja muut moottorilähdöt ovat pois päältä. KUVIO 17. Logiikkaohjelma lohkokaavio, vetohidastus moottoreille
18 Moottorilähdöt ovat toteutettu niin sanotulla ja piirillä, eli kun kaikki ehdot on toteutettu lähtee kyseinen moottorilähtö päälle. KUVIO 18. Logiikkaohjelma lohkokaavio, lähdöt
19 Logiikka ohjelmaan laitettiin kaukokäynnistysviive sekä äänimerkki siitä syystä, että vaikka laitetiloissa onkin kameravalvonta, joka mahdollisesti riittää täyttämään lakipykälät, niin se ei ole tarpeeksi kattava osoittamaan ettei laitteen vaara-alueella ole muita henkilöitä. Käynnistyksen varoautomatiikkaa ei kuitenkaan ole mielestäni tarpeellista käyttää aina jokaista laitetta käynnistettäessä, koska kyseisiä laitteita käynnistetään ja sammutetaan melko tiheästi tuotannon toimiessa täydellä teholla toisistaan riippumatta. Tästä syystä mielestäni vain mylläystä aloitettaessa ensimmäisen laitteen käynnistys riippumatta siitä mikä, on oltava varoautomatiikka. Jokaisella Sähkömoottorikäytöllä on asianmukaiset turvakytkimet, mutta laitteet ovat lähellä toisiaan, mistä syystä mielestäni käynnistyksen yhteydessä tapahtuva varoautomaatio on hyvä olla. Rehunvalmistuslinjan päälaitteet ovat melkoisen suurta koko luokkaa, tästä syystä varotoimenpiteitä ei ole syytä vähätellä, esimerkiksi rehumylly ottaa käyttövoimansa 55 kw: n sähkömoottorista ja rehunsekoitin 22 kw: n sähkömoottorista. Liitteessä kaksi on esitetty logiikkaohjelma tikapuukaaviona. Mielestäni koko rehunvalmistuslinjan sähkökäyttöjen ohjaus olisi hyvä toteuttaa ohjelmoitavan logiikan avulla. Suunnittelin kahden kokeneemman sähköasentajan avustuksella logiikkaohjelman jolla rehulinjan myllyn käyttöön liittyvän ohjauksen voisi toteuttaa. Ohjelmoitavan logiikan käyttö mahdollistaisi sähkömekaanisten eli rikkoontuvien osien vähentämisen, mikä rehutehtaalla vallitsevissa olosuhteissa olisi hyvä asia. Myös mahdollisten muutosten tekeminen rehulinjan ohjausjärjestelyihin olisi helpompaa, kun sen voisi suorittaa tietokoneella ohjelmaa muuttamalla.
20 7.3. Hätäkatkaisupiiri Nykyaikaisten sähköalan standardien mukainen hätäkatkaisupiiri sisältää kaksi toisistaan riippumatonta hätäkatkaisupiiriä. Tällaisia hätäkatkaisupiirejä varten on olemassa turvareleitä, joilla määräysten mukainen hätäkatkaisupiiri on toteutettavissa. KUVIO 11. Pilz turvarele Lähde: Pilz turvareleet. 2008. 7.4. Sähkömekaanisten osien kestävyys Rehuvalkuaistehtaan kaikki tilat eivät suinkaan ole kuumia ja kosteita, tehdasrakennuksesta löytyy myös muutamia tiloja, joiden ilmanvaihto on riittävällä tasolla ehkäistäkseen sähkölaitteiden metalliosien nopean ruostumisen. Sähkökäyttöjen kannalta tuotantolaitteiden yhteydessä ei tarvita kuin käyttökytkimet, turvakytkimet ja monitorit. Kaikki muut sähkömekaaniset laitteet olisi hyvä sijoittaa näihin normaalin huoneilman omaaviin tiloihin. Sähkömekaanisten laitteiden asennuksessa olisi rehutehtaan tapauksessa syytä käyttää metallipintojen suojaamiseen siihen tarkoitettuja vaseliineja sekä lakkoja. Vaseliineja ja lakkoja löytyy juuri tähän tarkoitukseen tehtyjä seoksia, jotka on suunniteltu sulkemaan kosteuden metallipinnoilta ja näin estämään niiden korroosiota. Myös sähkökoteloiden sekä keskusten ilmastointia voitaisiin käyttää pitämään keskusten ja koteloiden sisällä olevat laitteet erotettuna muusta huoneilmaista. Käytännössä koteloja ilmastoitaessa niihin lisätään ainoastaan putki tuloilmakanavasta, joka aiheuttaa kotelon sisälle pienen ylipaineen mikä riittää pitämään kostean ulkoilman loitolla.
21 8. POHDINTAA Tämän työn tärkeimpänä tuloksena voi pitää vastaanottosiilon pohjakuljettimen sähkömoottorikäytön muutostyötä. Taajuusmuuttajalla toteutettu ohjaus helpottaa tuotantoa erittäin paljon verraten entiseen käy tai ei käy typpiseen ohjaukseen. Rehuvalkuaistehtaan sähkömoottorikäyttöjen kehitystyö on odottanut tekijää jo pidemmän aikaa. Tämä opinnäytetyö auttaa hahmottamaan, mistä näissä ongelmissa on kyse. Toivottavasti tämän työn muutosehdotukset antavat edes jonkinlaisen kuvan siitä miten osa kyseisistä ongelmista voisi olla korjattavissa. Rehuvalkuaistehtaan sähkökäytöt eivät suinkaan ole mahdottoman huonolla tolalla, valmistetaanhan siellä päivittäin monta rekkakuormallista laadukasta minkinrehua. Työssä esitetyt kehitysehdotukset ovat suurimmalta osin tekijän omia, jotka ovat tarkoitettu kehittämään rehunvalmistusta sähkökäyttöjen näkökulmasta. Kyseisten muutosehdotusten toteutus vaatii melko suuria investointeja, mutta todennäköisesti muutokset maksaisivat itsensä takaisin ennemmin tai myöhemmin.
22 LÄHTEET Atria- konsernin perustiedot. 2008. Www-dokumentti. saatavissa: http://www.atria.fi/asp/empty.asp?p=1028&vid=default&sid=954795414222055& S=0&C=20748 Atria Suomi Oy. 2008. Www-dokumentti. saatavissa: http://www.atria.fi/asp/empty.asp?p=1072&vid=default&sid=954795414222055& S=0&C=20758 Atria- konsernin yleisesittely. 2008. PowerPoint esitys Atrian intranetistä. Metalliteollisuuden Keskusliitto, MET. 2001. Kuparimetallit 2.painos. Helsinki: Metalliteollisuuden Kustannus Oy Satakunnan ammattikorkeakoulu/ Sähkölaboratorio/ YK. 2002. Www- dokumentti. saatavissa: www.tp.spt.fi/~salabra/yk/ska/ska100.doc Kördel L, Johnsson J. 2004. Moottoriohjaus. Iisalmi: IS- VET Siemens Automation. 2008. Www-dokumentti. saatavissa: http://www.automation.siemens.com/net/html_00/produkte/040_simatic_s7_200.ht m Pilz turvareleet. 2008. Www-dokumentti. saatavissa: http://www.pilz.de/products/control_communication/safety_relay/f/pnozpower/s/00 259/index.fi.jsp?itemId=773300 Vacon. 2008. Www-dokumentti. saatavissa: http://www.vacon.fi/default.aspx?id=461937
Rehun hapotuslinjan (sekoitin) piirikaaviot LIITE 1
Rehun hapotuslinjan (sekoitin) piirikaaviot LIITE 2
Rehun hapotuslinjan (sekoitin) piirikaaviot LIITE 3
Rehun hapotuslinjan (sekoitin) piirikaaviot LIITE 4
Rehun hapotuslinjan (sekoitin) piirikaaviot LIITE 5
Rehun hapotuslinjan (sekoitin) piirikaaviot LIITE 6
Rehun hapotuslinjan (sekoitin) piirikaaviot LIITE 7
Siirtoruuvin suunnanvaihdon ohjauspiirikaavio LIITE 8
Myllyn sulkuventtiilin ohjauspiirikaavio LIITE 9
Muurahaishapon annostus ja veripumpun ohjauspiirikaavio LIITE 10
Muurahaishappopumpun ohjauspiirikaavio LIITE 11
Logiikka ohjelma LIITE 12
Logiikka ohjelma LIITE 13
Logiikka ohjelma LIITE 14
Logiikka ohjelma LIITE 15
Logiikka ohjelma LIITE 16
Logiikka ohjelma LIITE 17