VAATIMUSMÄÄRITTELY AUTOMAATIOLABORATORION NESTEPROSESSIN KEHITYSTYÖ Kirjasto: Tiedosto: D:\Opinnäytetyö\Aihe 2. Requirements\ SUUNN1000_Vaatimusmäärittely Versio: 1.1 Tila: luonnos [ ] ehdotus [x] hyväksytty [ ] Muutoshistoria: Versio Pvm Tekijä Huomautus 1.0 4.6.2009 Mika & Teemu Ensimmäinen luonnostelma 1.1 16.6.2009 Mika & Teemu Tietoja päivitetty JAKELU: Projektin johtoryhmä Jussi Kuosa (työn ohjaaja) Teemu Kolehmainen, Mika Mononen
1. LYHENTEET...3 1. WAPO-KEINOPROSESSI AUTOMAATIOKOULUTUKSESSA...4 2. PROSESSIKUVAUS...5 3. KEHITYSYMPÄRISTÖ...6 4. TOIMINNALLISET VAATIMUKSET...6 5. RAKENTEELLISET VAATIMUKSET...6 6. YMPÄRISTÖVAATIMUKSET...7 7. TURVALLISUUSVAATIMUKSET...7 8. KÄYTETTÄVYYSVAATIMUKSET...7 9. KUSTANNUSVAATIMUKSET...7 10. PROJEKTIHENKILÖSTÖ...8 11. AIKATAULU...9
1. LYHENTEET WAPO PKAMK (Water Process) Nesteprosessin kehitysprojekti Pohjois-Karjalan ammattikorkeakoulu
2. WAPO-KEINOPROSESSI AUTOMAATIOKOULUTUKSESSA Pohjois-Karjalan ammattikorkeakoulun WAPO - projektin tavoitteena on kehittää automaatiolaboratorio-opetukseen soveltuva nesteprosessi, jota voidaan käyttää opetuksen edetessä, siirryttäessä simuloidusta prosessista todelliseen ympäristöön. Tavoitteena on luoda prosessi joka soveltuu sekä perusopetukseen, että myöhempien vuosikurssien esim. säätötekniikan opetukseen. Investoimalla automaatiolaboratorioon sijoitettavaan keinoprosessiin oppilaitos varmistaa insinöörikoulutuksen ajantasaisuuden ja mahdollistaa koulutuksen jatkuvan kehittämisen. Tämä projekti on osana PKAMK:n kaivannaisteknologian kehittämisohjelmaa. Tavoitteena on olla yhteydessä muihin oppilaitoksiin ja osaamiskeskittymiin ja luoda projektia tukeva asiantuntijaverkosto. Keinoprosessilla voidaan simuloida niin vesi-, jätevesi-, kuin kaivosteollisuuden vesiprosesseja. Ottamalla keinoprosessiin vaikutteita esimerkiksi Kuhasalon jätevedenpuhdistamon, tai Ilomantsin Pampaloon rakenteilla olevan kaivoksen vesiprosesseista, PKAMK voisi kouluttaa automaatioinsinöörejä suoraan heidän tarpeisiinsa. Pohjois-Karjalan Koulutuskuntayhtymä on jo aikeissa aloittaa toisen asteen koulutuksen henkilöille, jotka siirtyvät valmistuttuaan suoraan töihin Pampalon kaivokseen. Käyttämällä apuna keinoprosessia, PKAMK voisi kouluttaa insinöörejä vastaavanlaisiin työpaikkoihin ja tehtäviin. Keinoprosessin prosessilaitteiden kuten säiliöiden suunnittelu voidaan teetättää insinööritoimistolla. Näin varmistetaan että keinoprosessista saadaan mahdollisimman todenmukainen ja hyvin tarvetta vastaava. Ammattikorkeakoululla toteutettuna keinoprosessin prosessilaitteiston suunnitteluun kuluisi huomattavasti aikaa. Lisäksi oppilaitokselle on jo luvattu usealta eri taholta ilmaiseksi automaatiolaitteita, jotka suunniteltuun prosessiin yhdistämällä saadaan kustannustehokas ratkaisu.
3. PROSESSIKUVAUS KUVA 1. Prosessikuva Esimerkiksi kuvan mukaista prosessia voitaisiin käyttää kehitysalustana opetusprosessille. Prosessin toimintaa ja PI-kaaviota verrataan kaivosteollisuuden vedenkäsittelyn säätöprosesseihin ja selvitetään kuinka prosessi muokattuna soveltuisi opetuskäyttöön. Kuvan mukaisen prosessin liityntää hajautettuun automaatiojärjestelmään selvitetään saatujen automaatio- ja sähkökuvien perusteella. Lisäksi selvitetään logiikkaohjelmointiympäristön vaihto Siemensin vastaaviin.
4. KEHITYSYMPÄRISTÖ Käyttöliittymä toteutetaan käyttäen DeltaV- laitteistoa ja DeltaV Explorer-ohjelmistoa. Säätö- ja ohjauspiirit ohjataan Siemens logiikalla ja Simatic Manager-ohjelmistolla. Sähköpiirustusten, rakennepiirustusten ja PI-kaavioiden piirtämisessä käyttämämme ohjelmistot ovat Autocad P&ID, Sähäkkä, Kessu ja Picasso. 5. TOIMINNALLISET VAATIMUKSET Nesteprosessin toiminnan tarkoituksena on pystyä ajamaan vettä kolmen eri säiliön välillä putkistoja pitkin. Putkistoihin asennetaan pumput ja venttiilit joiden toimintaa säädellään ohjauslogiikalla. Nesteprosessin laitteisto tulee valita niin että se on mahdollista vaihtaa jälkikäteen prosessilaitteiden rikkoutuessa, tai niiden vaatiessa huoltotoimenpiteitä. Prosessiin jätetään asennusmahdollisuus erilaisille vaihdettaville antureille, jolloin se soveltuu mittaus-prosessien opetukseen. Esimerkkeinä virtaus-, pinnankorkeus- ja lämpötilamittaukset. Prosessiin on saatava mahdollisimman tasaiset ja pyörteettömät virtaukset jolloin mittaustuloksista saadaan todellisuutta vastaavia. Hajautettu prosessin ohjaus toteutetaan automaatiolaboratorion DeltaV-logiikalla, muutoin prosessi toimii itsenäisesti Siemens S7-logiikalla. Ohjaukset toteutetaan ensisijaisesti Siemens S7 logiikalla. DeltaV toimii alkuvaiheessa vain toimivan prosessin monitoroinnissa sisältäen toiminnallisen prosessimallin ilman säätöjä (ainoastaan mittaukset). Säädöt toteutetaan alkuvaiheessa Siemens S7 logiikalla. Prosessiin voidaan jättää myös mahdollisuus etäohjata sitä lähiverkon kautta. 6. RAKENTEELLISET VAATIMUKSET Keinoprosessin tulee olla siirreltävissä laboratorioiden välillä. Tämän takia sen runkoon asennetaan pyörät ja sen koko rajoittuu 115cm leveyteen, 180cm korkeuteen ja 140cm pituuteen. Myös paino ja kestävyys on huomioitava jotta runkoa pystytään liikuttelemaan käsivoimin. Runko tulee rakentaa ruostumattomasta materiaalista kestävyyden takaamiseksi. Säiliöt ja mahdollisesti myös putkistot rakennetaan läpinäkyvästä materiaalista, varustetaan ikkunalla tai osoitinlaitteilla, jotta nesteen virtausta prosessissa voidaan vaivattomasti tarkkailla.
7. YMPÄRISTÖVAATIMUKSET Prosessilaitteiden valinnassa tulee ottaa huomioon niiden äänekkyys. Laboratoriotiloissa on usein myös muuta opetusta samaan aikaan, eikä liian kovaa käyttömelua voida sallia. Prosessissa käytettävä neste tulee olla myrkytöntä ja turvallista käyttää ilman erityistoimenpiteitä. Tarkoitukseen sopii esimerkiksi värjätty vesi. Prosessi tulee toimimaan normaalissa sisälämpötilassa, eikä erityisvaatimuksia tärinän suhteen tarvita. Korroosio otetaan huomioon rungon ja säiliöiden materiaalivalinnoissa. 8. TURVALLISUUSVAATIMUKSET Prosessissa käytettävän nesteen takia vesivahinkovaara on otettava huomioon. Kaikki prosessiin tulevat sähkölaitteet ja kytkennät valitaan ja toteutetaan vallitsevan sähkö- ja työturvallisuusstandardin (SFS 6002) mukaisesti. Yhtenä merkittävänä asiana on moottorikäyttöjen ja sähkösyöttöjen turvallisuuden testaaminen ja sen suunnittelu. Pakolliset hätäseis- kytkennät tulee olla asennettuina. Kosketeltavien pintojen lämpötilat täytyy olla riittävän alhaiset, etteivät ne aiheuta palovammariskiä. Korkeajännitteisiä johtimia laitteistossa ei saa olla suojaamattomana esillä. 9. KÄYTETTÄVYYSVAATIMUKSET Ristikytkentätilasta tulisi olla valmiita johdotuksia kaapin ulkopintaan mahdollisia mittauksia (turvajännitteisiä 24V) ja rinnakkaisia ohjauksia varten, siten ettei kojekaappia tarvitse välttämättä avata opetustilanteessa. Järjestelmän tulee olla kohtuullisessa ajassa toimintavalmiina opetukseen, ilman ylimääräisiä konfigurointeja tuntien alussa, sekä helposti ylläpidettävissä ja huollettavissa. 10. KUSTANNUSVAATIMUKSET Usea eri laitevalmistaja on luvannut ilmaiseksi laitteita Pohjois-Karjalan ammattikorkeakoululle, ja nämä tarjoukset pyritään hyödyntämään mahdollisimman pitkälle. WAPO -projektille on anottu 5000 suuruista apurahaa, jotka on suunniteltu käytettäväksi säiliöiden ja putkistojen suunnitteluun ja toteutukseen.
Suunnittelusta, henkilöstöstä ja prosessilaitteiston rakentamisesta aiheutuvat kustannukset tulee saada pysymään projektille varatun kokonaisbudjetin rajoissa. 11. PROJEKTIHENKILÖSTÖ Johtaja Jyrki Kankkunen Koulutus- ja kehittämispäällikkö Kim Wrange Asiantuntijaverkosto - Oppilaitokset - Osaamiskeskittymät Ohjaaja Jussi Kuosa Projektinryhmän jäsen Mika Mononen Ohjausjärjestelmän kehitys (Siemens S7) - Ohjaus- ja säätöpiirit (Moottorikäytöt) - Mittaukset - Kenttäväyläliitynnät - Piirikaaviot (automaatio- ja sähkökuvat) - Moduulitestaus Projektinryhmän jäsen Teemu Kolehmainen Kokonaisprojektivastuu - Alihankinta - Tarjouspyynnöt - Komponenttiluettelot - PI kaaviot - Prosessilaitteet - Järjestelmätestaus Hajautettu automaatiojärjestelmä (DeltaV) - Prosessin käyttöliittymä - IO-liitynnät
12. AIKATAULU