1. No category

25.3.2015
PYP II: PI-kaaviot
Aki Sorsa
25.3.2015
Sisältö
• Mitä PI-kaaviot ovat ja mihin niitä tarvitaan? Miltä PI-kaavio näyttää?
• Prosessilaitteiden piirrosmerkit
• Instrumenttien piirrosmerkit
• PI-kaavioissa käytettävät kirjainlyhenteet
• Mittalaitteiden merkitseminen PI-kaavioon
• Perussäätöpiirien piirtäminen PI-kaavioon
1
25.3.2015
Mihin PI-kaavioita tarvitaan?
Mitä PI-kaaviot ovat?
PI-kaavion tarkoitus on:
• antaa tiedot prosessin teknillisistä ratkaisuista,
• esittää putkien ja muiden kuljetusteiden yksityiskohtainen kulku,
• antaa perustiedot putki-, instrumentointi-, ja asemapiirustusten
laatimista varten,
• antaa tiedot materiaaliluettelon laatimista varten,
• antaa tiedot kustannusarvion laatimista varten ja
• olla suunnittelu-, asennus-, kunnossapito- ja käyttöhenkilöstön
perehdyttäjänä prosessiin.
2
25.3.2015
Mitä PI-kaaviot ovat?
• P (Process): prosessilaitteet (säiliöt, reaktorit, pumput), näiden väliset
kytkennät, putkijohdot ja toimitusrajat; nimellissuureet: paine,
lämpötila, putkikoot, säiliöiden tilavuudet, tasokorkeudet,
varalaitteiden kapasiteetit, …
• I (Instruments): mittauspisteet, mahdolliset viestilajit, viestien
käsittelypaikat ja laitteet, ohjaus- ja säätökohteet ja piirien väliset
kytkennät
Miltä PI-kaavio näyttää?
OULUN YLIOPISTON
PILOT-LAITTEISTON PI-KAAVIO
WATER
H
PULP
TI
PULPER
thickener
PDI
PDI
LI
LI
SC
FIC
SC
FIC
H
PULP TANK 1
PULP TANK 2
QIC
QIC
PDI
Cs
Cs, MCA
FIC
PDI
H
PI
FIC
PI
FI
LI
TI
SCREEN
PI
H
H
SC
WATER TANK
FSA
FC
FIC
PI
Passing the mixer
sampling
SI
Conductivity
QI
rpm
LI
measurement
PI
PI
MIXER
3
25.3.2015
Prosessilaitteiden ja instrumenttien
piirrosmerkit
Toimilaiteen lisämääritykset
Putki tai linja
Putkien risteys
Automaattinen
H
H
Autom. ja käsi
käyttö
Vain käsikäyttö
Venttiili
Pumppu
Instrumentti
Valvomo
instrumentti
Toimilaite venttiilissä
Tehtävä 1
• Tutustu jaettuun PI-kaavioon. Etsi siitä
• prosessilaitteet (reaktorit, säiliöt, pumput) ja
• toimilaitteet (pumput ja venttiilit).
• Tutustu myös putkilinjoihin siten, että saat kuvan siitä, miten aine
prosessi etenee.
4
25.3.2015
Mittalaitteiden merkitseminen PI-kaavioon
Pinnankorkeuden
mittaus ja osoitus
Sakeuden mittaus
ja piirturi
Käsikäyttöinen venttiili
Paineen mittaus ja
ylärajahälytys
Paine-eron mittaus
ja osoitus
Virtausnopeuden
mittaus ja osoitus
Paineen mittaus ja
alarajahälytys
PI-kaavioissa käytettävät kirjainlyhenteet (1/2)
5
25.3.2015
PI-kaavioissa käytettävät kirjainlyhenteet (2/2)
Tehtävä 2
• Etsi jaetusta PI-kaaviosta kaikki mittaukset.
• Mitä mitataan?
• Mistä mitataan?
• Mitä muita toimintoja mittainstrumentteihin on kytketty?
6
25.3.2015
Säätötekniikan peruskäsitteet: Ohjaus ja säätö
• Ohjaus ei hyödynnä säädettävän suureen mittausta, vaan
vaikutusketju on avoin (open-loop control).
• Säätö perustuu säädettävän prosessisuureen mittaukseen, jolloin
vaikutusketju on suljettu (closed-loop control, feedback control).
Ohjaus
Lähtösuure
Asetusarvo
Säädin
Poikkeama
Asetusarvo
Toimilaite
Prosessi
Ohjaus
Lähtösuure
+
Säädin
Toimilaite
Prosessi
Mittaus
Toimilaite, toimimoottori, toimielin
TOIMILAITE
Ohjaussuure
TOIMIMOOTTORI
Aikaan saa mekaanisen
liikkeen, jolla liikutetaan esim. venttiiliä.
TOIMIELIN
Toimisuure
Erilaiset venttiilit
mm. läppä-, pallo ja
istukkaventtiilit.
7
25.3.2015
Venttiili
Esimerkki ohjauksesta
Esimerkki: Puuron valmistaminen mikrossa.
Ensimmäisen vuoden prosessiteekkari valmistaa puuroa mikrossa. Hän mittaa
veden ja hiutaleet lautaselle (ja ehkä myös suolan), laittaa lautasen mikroon,
asettaa sopivan tehon ja ajan ja lueskelee lehteä kunnes mikro sanoo ”ping”. Tämän
jälkeen opiskelija noutaa maukkaan puuron mikrosta.
Opiskelija havaitsee kuitenkin, että silloin tällöin puuro on kiehunut yli tai se on
muuttunut erittäin hyväksi tapettiliisteriksi. Miksi näin on päässyt tapahtumaan?
Kerättyään prosessitietämystä parin kuukauden ajan puuron valmistus onnistuukin
jo erittäin hyvin. Jouluna anoppi on pannut parastaan ja ostanut opiskelijalle uuden
astiaston, joka poikkeaa mitoiltaan hänen aikaisemmin käyttämästään astiastosta.
Jälleen opiskelija valmistaa tapettiliisteriä tai käyttää aikaa mikron siivoamiseen.
Miksi näin?
Miten ei-toivottu lopputulos voidaan välttää?
8
25.3.2015
Esimerkki säädöstä
Esimerkki. Puuron valmistus hellalla.
Ensimmäisen vuoden opiskelija valmistaa puuroa hellalla. Hän mittaa veden
kattilaan, odottaa, että vesi alkaa kiehua, ja lisää sitten hiutaleet. Hiutaleiden
lisäyksen jälkeen opiskelija säätää keittolevyn tehoa. Muutettuaan levyn
tehoa opiskelija jää seuraamaan tekemänsä muutoksen vaikutuksia, jotta
kiehuminen rauhoittuu ja asettuu sopivaksi. Kun kiehuminen asettuu
opiskelija rauhoittuu hetkiseksi tekemään matematiikan tehtäviä, mutta käy
aika ajoin tarkistamassa, miten hänen keitoksensa jaksaa. Havaittuaan, että
puuro alkaa olla valmista, opiskelija napsauttaa levyn pois päältä ja syö
maukasta puuroa.
Miksi lopputulos ei vaihtele tässä tapauksessa yhtä paljon kuin mikron
käytön yhteydessä?
Säätöpiirien merkitseminen PI-kaavioon
Pinnankorkeuden mittaus,
osoitus, säätö ja
turvatoiminta
Virtausnopeuden mittaus,
osoitus ja säätö
JOS KAKSI TAI USEAMPIA LISÄKIRJAIMIA, NE ESITETÄÄN
JÄRJESTYKSESSÄ: I R C T Q S Z A,
Esim. PICA, LICZ, PCZA
9
25.3.2015
Tehtävä 3
• Etsi jaetusta PI-kaaviosta kaikki säätöpiirit.
• Mitä säädetään?
• Mitä muita toimintoja instrumenteissa on säätöjen lisäksi?
Kaskadikytkentä
• Kaskadikytkennässä on kaksi säädintä sarjassa.
• Ulompi säädin on primäärisäädin (isäntä) ja sisempi on sekundäärisäädin
(orja).
• Voidaan kompensoida kuljetuksesta johtuvia viiveitä.
10
25.3.2015
Suhdesäätö
• Suhdesäädössä vakioidaan kahden virtauksen suhde. Tällöin
säätimeen täytyy lisätä osa, joka laskee asetusarvon. Haluttu suhde
lasketaan esimerkiksi: r = F2/F1.
Myötäkytkentä
• Jos prosessihäiriö voidaan mitata, sen vaikutus prosessin lähtöön
voidaan kompensoida myötäkytkennällä.
11
25.3.2015
Esimerkki kaskadikytkennästä
• Lämmönvaihtimessa lämmitetään prosessivirtaa höyryllä.
Prosessivirran säätö toteutetaan höyryn virtausnopeutta
muuttamalla.
• Kaskadikytkentä
• Primäärisäädin: lämpötila
• Sekundäärisäädin: virtausnopeus
Esimerkki suhdesäädöstä
• Hierremassan varastosäiliöön ohjataan sekä hierre että
laimennusvesi. Säiliöstä lajitteluun ohjattavan massan ominaisuudet
halutaan pitää vakiona. Säätö toteutetaan pitämällä laimennusveden
ja massan suhde vakiona.
12
25.3.2015
Erilaisten säädintyyppien yhdistäminen
• Suhdesäädin kaskadisäädön sekundäärisäätimenä.
Tehtävä 4
Piirrä seuraavat instrumentoinnit rumpukuivaimen prosessikaavioon.
a) Puhaltimet savukaasulinjaan sekä primääri- ja sekundääri-ilmalinjoihin. Poltto- ja savukaasun
säätöventtiilit.
b) Syöttöruuvin kierrosnopeuden säätö, osoitus ja hälytys (toimilaite moottorikäyttöinen).
c) Rummun kierrosnopeuden säätö, osoitus ja hälytys.
d) Polttokammion paineen säätö, osoitus ja hälytys. Säätö savukaasua ohjaavan säätöventtiilin
avulla.
e) Rummun ja tuotteen lämpötilan osoitus.
f) Tuotteen kosteuden säätö muuttamalla polttokaasun virtausta (kaskadikytkentä). Kosteuden
piirto.
g) Polttokaasun ja primääri-ilman suhdesäätö.
h) Polttokammion lämpötilan mittaus ja osoitus. Primääri- ja sekundääri-ilman suhdesäätö, jossa
polttokammion lämpötilan myötäkytkentä.
13
25.3.2015
Rumpukuivain
KOTITEHTÄVÄ
• Pohtikaa, mitä prosessilaitteita tarvitaan tarkastelemassanne prosessissa.
Hahmotelkaa nämä PI-kaavionne pohjaksi.
• Pohtikaa, mitä mittauksia vaaditaan, jotta prosessista saadaan kaikki
oleellinen tieto. Piirtäkää nämä mittalaitteet PI-kaavioon.
• Pohtikaa, mitä suureita prosessista täytyy säätää. Piirtäkää nämä säätöpiirit
PI-kaavioon. Lisätkää myös säätöpiirien vaatimat toimilaitteet.
• Palauttakaa PI-kaavio, jossa näkyy hahmottelemanne prosessilaitteet sekä
suunnittelemanne mittalaitteet ja säätöpiirit. Kirjoittakaa kaavionne tueksi
myös lyhyehkö raportti, josta käy ilmi pohdintanne ja perustelunne
piirtämällenne PI-kaaviolla.
• Muistakaa merkitä käyttämänne lähteet.
14