Styrings- og reguleringsteknikk for kuldemontør 8258512102 [PDF]

Zitiervorschau

Pettersen, Rasmussen, Tennung

Styrings- og regu­ leringsteknikk for kuldemontør Bokmål/nynorsk

Yrkesopplæring ans 1999

©Yrkesopplæring ans 1999

1. utgave, 1. opplag

Nynorskdelen er oversatt av Tove og Jan Gausemel Illustrasjoner: Bjørn Norheim Omslag: Bjørn Range, P&O deSign Grafisk tilrettelegging: Elektronisk informasjonsbehandling AS Trykk: PDC Tangen a.s, 1930 Aurskog

Læreboka er godkjent av Nasjonalt læremiddelsenter november 1998 til bruk i videregående skole, studieretning for mekaniske fag VK 1 Kuldemontør. Godkjenningen er knyttet til fastsatt læreplan fra mars 1995, og gjelder så lenge læreplanen er gyldig.

ISBN 82-585-1210-2

Det må ikke kopieres fra denne boka i strid med åndsverkloven og fotografiloven eller i strid med avtaler om kopiering som er gjort med KOPINOR, Interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Kopiering i strid med lov eller avtale kan føre til erstatningsansvar og inndragning og kan straffes med bøter eller fengsel.

I denne boka er ca 40% skrevet på nynorsk i henhold til brev av 28.01.87 fra Kirke- og undervisningsdepartementet

Innhold Forord................................................................................. 7 Kapittel 1

Regulering .........................................................................9 Hvordan et kuldeanlegg fungerer ................................................. 11 Kapittel 2

Impuls- og forstillingsorganer....................................... 13 Måleelementer og måleomformere .............................................. 15 Sammenhengen mellom forskjellige benevnelser for trykk .... 16 Forstillingsorganer............................................................................ 18 Termostater ...................................................................................... 24 Tidskonstant...................................................................................... 28 Magnetventiler................................................................................. 29 Væskereguleringsutstyr .................................................................. 33 Håndreguleringsventil .................................................................... 34 Kretsløpet til kuldemediet............................................................... 37 RTC elektronisk ekspansjonsventil ................................................ 42 Universalfylling................................................................................. 43 Trykkstyrt vannventil......................................................................... 45 Nivåregulator................................................................................... 46 Kapittel 3

Regulering av en kuldemediekrets.............................. 49 Reguleringsprinsipper og funksjoner ........................................... 50 Blokkskjema...................................................................................... 51 Turtallsregulering ............................................................................ 54 Forsterkning ...................................................................................... 57 Regulator........................................................................................... 58

Innhold

3

Kapittel 4

Håndregulering av et kuldeanlegg ............................. 69 Kapasitetsregulering ........................................................................ 69 Ventilløftregulering .......................................................................... 70 Sugetrykksregulator ........................................................................ 72 Fordampertrykksregulator .............................................................. 74 Kuldeanlegg med fryserom og kjølerom ..................................... 76 Termostatiske regulatorer................................................................ 77 Termostatisk innsprøytingsventil .................................................... 77 De viktigste ventilene i et kuldeanlegg.......................................... 78 Regulering av kondensertrykk......................................................... 80 Vannkjølte kondensere ................................................................... 81 Avriming............................................................................................ 82 Automatisk regulering..................................................................... 87 Automatisk styring .......................................................................... 88 Sikkerhetsautomatikk for kuldeanlegg .......................................... 89 Varmepumper ..................................................................................92 Utformingen av anlegget................................................................ 94 Instrumentering.................................................................................. 95 Kapittel 5

Styresystem ................................................................... 101 Kvifor treng vi ein styrekrins? ....................................................... 101 Reléstyring....................................................................................... 102 Logiske styringar (digitalteknikk).................................................. 103 PLS - programmerbare logiske styringar ...................................105 PC med inngangskort og utgangskort ........................................ 106 Fordelar og ulemper ved dei ulike styresystema ...................... 107 Andre elektroniske system ............................................................ 107 Stegkoplar....................................................................................... 108 Kapittel 6

Styring ved hjelp av PLS

115

(programmerbare logiske styringar) .......................................... 115 Historikk .......................................................................................... 116 Korleis PLS-en verkar, og PLS-utstyr ............................................. 116 Ferdigprogrammerte funksjonar .................................................. 123 Programmering og overføring .................................................... 124 Feilsøking ....................................................................................... 124 Ulike programstrukturar................................................................ 124 Inngangar....................................................................................... 124 Utgangar..........................................................................................128 Visualisering og dokumentasjon.................................................. 128 PLS som stegkoplar........................................................................ 133

4

Kapittel 7

Analoge signalgivarar................................................. 135 Temperatur..................................................................................... 136 Tilkopling på den analoge inngangen på PLS-en..................................................................... 152 Transmitter...................................................................................... 152 Trykk.................................................................................................155 Gassmengder................................................................................. 158 Kapittel 8

Straum- og signalskjema.............................................. 159 Hovudstraumskjema ..................................................................... 159 Styrestraumskjema.......................................................................... 160 PLS-skjema...................................................................................... 161 Kapittel 9

Styringsautomatikk for avriming ............................... 169 Rein avriming................................................................................. 171 Avriming med forseinka innkopling av fordamparvifta.......... 171 Avriming med pressostat og termostat....................................... 172 PLS i samband med avrimingsprosessen.....................................173 Magnetventil ................................................................................. 174

Kapittel 10

Motorstyringa r.............................................................. 177 Vekselstraumsmotor....................................................................... 178 Frekvensomformarar (turtalsregulering) .................................... 184 Start- og driftskondenser................................................................ 186 Opplading og utlading ................................................................ 188

Kapittel 1 1

Styring og år 2000 ...................................................... 191

Repetisjonsspørsmål Stikkord

193

......................................................................... 205

Innhold

5

Forord Denne boka er skrevet spesielt for kuldemontører VK1, og inn­ går i en serie på tre bøker som til sammen dekker alle studieretningsfagene på denne linja. Boka gir en forklaring på hvordan instrumentene virker og vil dermed gjøre elevene i stand til å forstå samspillet mellom kulde­ teknikk og instrumenter. Det er tatt med fordeler og ulemper med de forskjellige instrumentene, med signalbehandling og med signaloverføring.

Boka har rikelig med eksempler, noe som gjør integrering av fagene mye enklere. Bakerst i boka er det mange repetisjonsoppgaver og øvinger som egner seg til kontroll og egenutvikling. Oslo, januar 1999 Forfatterne

Forord

7

Kapittel 1

iig#J

Regulering

Regulering er en kontinuerlig prosess i motsetning til trinnvis styring. De driftsparametrene som skal reguleres, blir hele tiden registrert med et måleinstrument. Ved hjelp av en regula­ tor blir de sammenliknet med en optimal verdi av driftsparameteren som er oppgitt på forhånd. Hvis regulatoren fastslår at det er et avvik mellom målt verdi eller virkelig verdi i forhold til den optimale verdien av driftsparameteren, blir regulerin­ gen endret. På den måten kan vi få den ønskede verdien av driftsparametrene. Til en slik omstilling bruker vi et styreorgan. Fordi driftsparametrene blir målt kontinuerlig, sammen­ likner de den ønskede verdien med den virkelige verdien og endrer den eventuelt.

Forstyrrelser

Reguleringsstørrelse = fart Ønsket verdi = 50 km/t Virkelig verdi = 60 km/t Forstyrrelser = nedoverbakke og vind

Figur 1.1 Bil (reguleringstrekning)

Regulering

9

Eksempel En bil kjører med 60 km/t inn i en 50 km-sone. Måleinstrumen­ tet (fartsmåleren, speedometeret) viser den virkelige verdien 60 km/t (regulert størrelse). Bilføreren (regulatoren) sammen­ likner den verdien bilen skal ha, altså maksimalt 50 km/t. Bil­ føreren reduserer farten ved å justere trykket på gasspedalen (styreorganet) for å få samsvar mellom de to verdiene. Deretter kontrollerer han farten igjen, fastslår på nytt et avvik og må regulere enda en gang. Hele tiden blir det målt, sammenliknet og eventuelt justert.

Gangen i denne reguleringen kan bli påvirket av ytre forhold, som motbakker, unnabakker eller vind. Det krever at bilføreren ofte må regulere for å kompensere for disse påvirkningskreftene. De stadig gjentatte målingene, sammenlikningene og innstillingene av styreorganet kan vi illustrere med en reguleringssløyfe. Unnabakke 60 km/h

Figur 1.1 a Reguleringssløyfe

Reguleringssløyfa begynner ved bilen:

Bilen (objektet, prosessen) blir påvirket av ytre krefter. Målein­ strumentet (fartsmåleren) måler farten og fastslår den virke­ lige verdien. Føreren (regulatoren) sammenlikner denne ver­ dien med den verdien bilen skal ha. Dersom det er avvik mellom de to verdiene, må han bruke gasspedalen (styreorga­ net). Det gjør at farten (reguleringsstørrelsen) endrer seg. Denne verdien blir igjen målt av fartsmåleren. Alt dette kaller vi en lukket sløyfe. Nå bytter vi ut begrepene i avsnittet ovenfor og setter inn de gene­ relle faguttrykkene vi bruker i reguleringsteknikken. Se figur 1.1b.

10

Forstyrrelser

Figur 1.1 b Reguleringskrets

Hvordan et kuldeanlegg fungerer Figur 1.1c viser et kuldeanlegg. Et slikt anlegg består av fire hovedelementer: fordamper, kompressor, kondenser og reguleringsventil. Alle andre deler kan vi se på som hjelpeutstyr, som er med for å tilpasse anlegget til mer kompliserte funksjoner. Fra fordamperen strømmer det kald gass ved lavt trykk gjen­ nom sugeledningen til kompressoren, der gassen blir kompri­ mert til kondensertrykket. Gassen strømmer gjennom trykkstoppventilen og oljeutskilleren og inn i kondenseren. Her blir den varme gassen avkjølt og kondensert til væske ved at den varmemengden som er tatt opp i fordamperen og kompresso­ ren, blir avgitt til kjølevannet, som strømmer gjennom kjølevannsrørene i kondenseren. Kuldemedievæsken samler seg i nedre del av kondenseren (eller i en egen væskebeholder) og strømmer ved hjelp av kondensertrykket gjennom væskefilteret fram til reguleringsventilen, der trykket blir strupet fra kondensertrykk til fordampertrykk. Det blir altså et trykkfall i reguleringsventilen. For at den væsken som strømmer inn i fordamperen, skal koke (fordampe), må det tilføres varme. Denne varmen blir tatt fra omgivelsene rundt fordamperen, som er ventilasjonslufta i anlegget. Her er det en luftkjølt kondenser med vifter. For at det skal bli god varmeoverføring fra lufta til fordamperen, sør­ ger disse viftene for at lufta strømmer med passe hastighet over fordamperen.

Regulering

11

Figur 1.1 c Skjematisk framstilling av et kuldeanlegg med luftkjølt kondenser

Figur 1.2 Et fullstendig kuldeanlegg

Figur 1.2 viser et fullstendig kuldeanlegg for et kjølerom ned vannkjølt kondenser og trykkstyrt vannventil.

12

Hvordan et kuldeanlegg fungerer

Kapittel 2

Impuls- og forstillings­ organer

Et bimetallisk element er to metaller, for eksempel messing og invar, som er loddet sammen. De to metallene har forskjellig utvidelseskoeffisient.

Figur 2.1 Bimetallelement

Når temperaturen øker, utvider metallremsene seg, men ikke like mye. Resultatet blir at de bøyer seg.

Impuls- og forstillingsorganer

13

Figur 2.2 Bimetallfjær

Vi har også temperaturfølere av bimetall, og de kan være for­ met på ulike måter, alt etter hva vi skal bruke dem til, hvor stor bevegelse som er ønskelig, og hvilke temperaturområder de skal brukes i.

Bimetallfølere blir oftest brukt i termostater, der de styrer en kontakt, og i termometerstyringer med avlesing av temperatu­ ren.

Figur 2.3 Bimetallføler

14

Måleelementer og måleomformere En måleverdiomformer for trykk er et instrument som omfor­ mer et trykk fra måleverdien (er-verdien) til et elektrisk utsignal. De mest brukte standardsignalene er 4-20 mA, 0-20 mA og 0,2-1 bar. Et moderne instrument består vanligvis av to deler, en mekanisk-elektrisk del og en elektronisk del.

Måleomformer fra luft til strøm (P/l) eller omvendt (l/P) Luftforsyning

0,2-1 bar

4-20 mA

Figur 2.3 a Måleomformere

Når vi snakker om en måleomformer, mener vi instrumentet som består av måleelementet og måleomformeren.

Figur 2.3 b Blokkskjema

Måleelementer er et trykkfølsomt element som omformer tryk­ ket til en kraft, som igjen kan påvirke vektarmer eller elektro­ niske elementer.

Impuls-

og forstillingsorganer

15

Bourdonrørmanometeret

Figur 2.3 c Innvendig konstruksjon av bourdonrørmanometeret

Sammenhengen mellom forskjellige benevnelser for trykk Rundt kloden vår ligger det en atmosfære av luft. Lufta har en masse på omtrent 1,3 kg per kubikkmeter, selvsagt avhengig av trykk og temperatur. Massen av en luftsøyle med 1 cm2 grunn­ flate og en høyde opp til der luftlaget opphører, virker med et trykk mot jordoverflaten på omtrent 0,98 bar, som da blir atmosfærens trykk. En annen mulig trykkangivelse er høyden av en vannsøyle. Stort sett kan vi si at en 10 m vannsøyle tilsvarer 1 bar eller 750 mmHg. Manometre i et anlegg er vanligvis justert for over­ trykk. Ofte står det bar ato for overtrykk i bar og bar ata for absolutt trykk i bar. 1 Pa (1 N/m2) er et svært lite trykk. Ofte går vi ut fra størrelsen 100 000 Pa, som er det samme som 1 bar. Se tabellen nedenfor, som viser sammenhengen mellom forskjellige benevnelser for trykk.

16

Sammenhengen

mellom forskjellige benevnelser for trykk

1 N/m2 1 Pa 1 N/m2 1 Pa

1

1 mbar

1 bar 1 mm vs 1 kp/m2 1 m vs 1 1 1 1

kp/cm2 at (tekn) mm Hg torr

1 atm (fys)

bar

mbar

0,01

0,00001

100

1

0,001

100 000

1 000

9,81 0,098 -10 -0,1 9 806 98,06 -100 - 10 000 98 066 981 - 100 000 -1 000 133,3

101 325

1,333 1 013

1

0,00009 -0,0001 0,098 -0,1 0,981 -1

0,0013 1,013

mm vs kp/ma 0,102 -0,1 10,2 - 10 10 200 - 10 000

m vs

kp/cm2 at

-0,0001

-0,00001

0,0102 -0,01 10,2 - 10

0,00102 -0,001 1,02 -1

0,001

0,0001

1 000

1

0,1

10 000

10

1

13,6 10 330

0,0136

10,33

1

mm Hg torr

0,0075 0,75

750 0,0736

73,6 736

0,00136 1,033 -1

1

760

Figur 2.3 d Sammenhengen mellom forskjellige benevnelser for trykk

I dag bruker vi enheten for trykk i SI-systemet (Systéme Inter­ national dTJnitées), som er pascal (N/m2). Forkortelsen er Pa. For at vi skal få mer håndterlige størrelser, bruker vi i stedet ofte enhetene kPa, MPa, bar og kbar.

Fylte termometre Vi skiller mellom to typer av termometre. Den ene baserer seg på volumforandring og den andre på trykkforandring.

Varme

Figur 2.4 Et væskefylt termometer med bourdonrør og kapillarrør

Impuls- og

forstillingsorganer

17

Når kolben blir varmet opp, utvider væsken i kolben seg. Den presser på væsken i kapillarrøret, og trykket her øker. Dermed øker også trykket i bourdonrøret, som da retter seg ut. Bevegel­ sen i bourdonrøret blir overført til en viser, som indikerer tem­ peraturen rundt kolben på en skala.

Forstillingsorganer I mange tilfeller kan det være slik at et pådragsorgan må ope­ reres av annet utstyr, for eksempel en pneumatisk sylinder, en membranmotor eller en elektrisk motor. Da er det dette utsty­ ret som forstiller pådragsorganet.

En membranmotor som styrer en ventil, kan være en type forstillingsmekanisme.

Figur 2.5 En membranmotor som forstiller en ventil

18

Forstillingsorganer

Forstillingsarm

24 V DC-motor for styring av spjeld

Leddarm

Forstillingsarm

Spjeld

Ventilhus

Figur 2.6 En reguleringsventil som forstiller en spjeldventil

Pressostater Hvis belgen eller membranen skal arbeide med undertrykk, arbeider denne kraften samme vei som fjærkraften. For å mot­ virke det kan det være nødvendig å bruke en fjær som skal mot­ virke den motsatt rettede kraften.

I dag blir det produsert pressostater uten fjær, men en bruker de fjærende egenskapene i belgen som erstatning for fjærkraf­ ten. Kraftpåvirkningen som skal få pressostaten til å virke, er avhengig av de trykkene som finnes i et kuldeanlegg, og av belgarealet. Med et passende areal på belgen kan det bli så store krefter at selv store kontakter, vannventiler og andre kuldetekniske ventiler kan styres. Lavtrykkspressostaten skal beskytte kompressoren mot for lave sugetrykk. Belgarealet er nokså stort fordi det regulerte trykket er lavt og kan ligge under atmosfæretrykket.

Impuls- og forstillingsorganer

19

LavtrykksJusteringsskrue

Fjær Skive Kontakter

Belg

Figur 2.7 Lavtrykkspressostat

Lavtrykkspressostaten er en trykkstyrt elektrisk bryter som slutter eller bryter strømmen til kompressormotoren eller kon­ taktoren når trykket i anlegget stiger eller synker. Pressostaten er oftest montert på selve kompressoraggregatet og står i kontakt med lavtrykkssiden i kuldesystemet via et rør. Se figur 2.7. Høytrykkspressostaten skal beskytte kompressoren mot for høye kondensertrykk. Det bør også være montert en manuell tilbakestiller (reset) som skal hindre at kompressoren starter igjen hvis kondenseren av en eller annen grunn ikke greier å fjerne den nødvendige varmen. Høytrykkspressostater med automatisk tilbakestilling kan brukes til å styre kondenservifter. Er anlegget utstyrt med flere vifter, kan anlegget monteres med flertrinnspressostater, slik at et trykk kan kople inn vif­ tene etter behov.

20

Forstillingsorganer

Justeringsskrue

Fjær

Skive Kontakter

Belg

Figur 2.8 Høytrykkspresssostat

Høytrykkspressostatene er tilsluttet høytrykkssiden i kuldesystemet. Pressostaten bryter styrestrømmen til kompressormotoren eller kontaktoren dersom kondensertrykket stiger på grunn av svikt i kjølevannstilførselen. Pressostaten bryter strømmen ved en forhåndsinnstilt verdi. Anleggene kan også utstyres med elektroniske trykkregulatorer som kan regulere hastigheten til viftene, slik at omdreiningstallet stiger når trykket øker. Vi kan også holde kondensertrykket nes­ ten konstant. Høytrykks- og lavtrykkspressostater finnes i en sammenbygd utgave, og den blir oftest brukt til å sikre kompres­ soren. Høytrykksdelen bør alltid være montert med manuell tilba­ keføring (reset) fordi det er en sikkerhetsfunksjon.

Figur 2.9 a Kombinasjonspressostat

Impuls- og forstillingsorganer

21

En kombinert høytrykks- og lavtrykkspressostat blir også kalt en sammenbygd pressostat. Pressostaten blir koplet til både høytrykks- og lavtrykkssiden. Se figur 2.9a.

Oljetrykkspressostat (differansepressostat) En oljetrykkspressostat er en trykkstyrt, elektrisk bryter som slutter og bryter strømmen avhengig av forskjellen i trykket mellom to motsattvirkende belgenheter. Denne spesielle pres­ sostaten blir brukt som en sikkerhet og beskytter mot for lave smøreoljetrykk i trykksmurte kompressorer.

Danfoss oljetrykksvakt

Figur 2.9 b Koplingsskjema for Danfoss oljetrykksvakt

Når pressostaten og termostaten er sluttet, får kontaktor Cl spenning. Arbeidskontakten Cl (klemme 13-14) slutter, og da

22

Forstillingsorganer

går det strøm gjennom kretsen for overvåking av oljetrykket. Kommer trykket over den innstilte verdien på oljevakten, bry­ ter mikrokontakten TI og T2 forbindelsen, og bimetallet mel­ lom T2 og 0220 blir ikke varmet opp til brytetemperatur. Der­ som oljetrykket ikke kommer opp til den innstilte verdien, er mikrobryteren TI og T2 sluttet. Da blir strøm påtrykt bimetal­ let, som blir varmet opp og bryter styrekretsen til kontaktorspolen Cl. Kompressoren stopper. Oljevakten kan tilbakestilles når det har gått fra to til fem minutter.

P2 - Tilsluttes lavtrykkssiden på kompressoren

P-i = Tilsluttes trykksiden på oljepumpa

Figur 2.10 Oljepressostat (oljetrykksvakt)

En slik oljetrykksvakt er en differansebryter. Når kompresso­ ren starter, bygger oljetrykket seg opp gradvis, og derfor er det nødvendig med et tidsforsinkelsesledd. Tidsforsinkelsen kan være 45, 60, 90 eller 120 sekunder.

P-i = tilsluttet trykksiden på oljepumpa P2 = tilsluttet lavtrykkssiden på kompressoren

Figur 2.10 a Plasseringen av en oljetrykksvakt

IMPULS-OG FORSTILLINGSORGANER

23

OBS: Pj - P2 = oljetrykk. Hvis oljetrykket ikke overstiger trykket i veivrommet med en innstilt verdi etter en viss tid eller svikter ved drift, avbryter styrekretsen i kompressoren.

Figur 2.10 b Oljetrykkspressostat

Termostater Vi bruker en termostat i de tilfellene der vi skal styre et anlegg direkte. Det vil si at vi avføler temperaturen på fordamperen.

Termostaten er en temperaturstyrt elektrisk bryter som slutter strømmen når temperaturen stiger til en bestemt innstilt verdi, og som bryter den når temperaturen faller til en annen innstilt verdi. Termostaten er i prinsippet bygd på samme måte som pressos­ taten, men den avføler ikke kuldemedietrykket direkte. I stedet er den utstyrt med et separat følersystem som er fylt med en fordampende væske.

24

Termostater

Justeringsskrue

Figur 2.11 Termostat

Av-og-på-reg u leri ng Her bruker vi oftest trykkstyrte eller temperaturstyrte impulsorganer (pressostater eller termostater). De kan virke på elek­ tromagnetiske ventiler eller brukes til direkte start og stopp av mindre kompressorer. På større motorer går det impulser til startreleet i motoren.

Dampfylling Ved dampfylling utnytter vi sammenhengen mellom trykket og temperaturen for mettet damp. Følersystemet er da fylt med mettet damp og en liten væskemengde.

Fordelen med denne typen følerfylling er at trykket blir begren­ set. Det vil si at en videre temperaturstigning etter at væsken har fordampet, bare fører til en ubetydelig trykkstigning.

IMPULS-OG FORSTILLINGSORGANER

25

Figur 2.12 dampfylling

Termostatføler

med

Figur 2.13 Termostatføler med absorpsjonsfyIling

Absorpsjonsfylling Her er følersystemet fylt med overhetet gass, og i selve føleren er det et fast stoff med stor absorpsjonsflate. Derfor er føleren alltid den temperaturregulerende delen, og vi trenger ikke å ta hensyn til varmere eller kaldere plassering av termostaten.

Væskefylling Her utnytter vi sammenhengen mellom trykket og temperatu­ ren for mettet damp. Dette følersystemet er fylt med halvpar­ ten væske og halvparten mettet damp med egnet temperatur. Fyllingen er avpasset slik at det alltid blir en fri væskeflate i føleren, og vi trenger ikke å ta hensyn til varmere eller kaldere plassering av termostaten.

26

Termostater

Figur 2.14 Termostatføler med væskefylling

Disse følerfyllingene blir også brukt til termostatiske ekspansjonsventiler.

Når vi skal velge en termostat, er det viktig å vite hvilken termostattype som egner seg best til det formålet vi skal bruke den, og at temperaturområdet stemmer med det vi har regnet med.

Laketermostat Laken skal være føleren, men den må ikke komme i kontakt med fordamperen.

Figur 2.15 Laketermostat

Impuls-

og forstillingsorganer

27

Tidskonsfant Alle gjenstander, gasser og væsker har en termisk treghet. Temperaturen kan ikke stige eller synke momentant. Se figur 2.16.

Figur 2.16 Sprang- og svarkurve

Dersom vi har et temperaturelement i et medium, vil elementet altså ikke øyeblikkelig følge temperaturendringene i mediet. Teoretisk sett tar det uendelig lang tid før måleelementet har nådd den nye temperaturen helt.

Figur 2.17 Eksempel på vannblanding

28

Tidskonstant

Figur 2.18 Tidskonstantkurve

Men for at det likevel skal være mulig å angi hvor raskt eller sakte en temperaturføler reagerer, bruker vi tidskonstanten, t. På figur 2.18 ser vi at fra 20 °C og opp til 40 °C går det nesten 1 sekund, og det tilsvarer 63,2 % av hele temperaturen. Men etter fem ganger tidskonstanten er 99,3 % av temperaturen nådd.

Dødtid Dødtiden er oftest en eller annen form for transporttid.

_______ Dødtid

50 °C

->--------- -------------------A 20 °C

Dødtid Tø Tidskonstant T (treghet i prosessen) Transporttid = dødtid

Figur 2.19 Dødtid

Magnetventiler Med magnetventiler mener vi elektromagnetiske avstengingsventiler som åpner og stenger for gjennomstrømning i en rør­ ledning, og som blir styrt av elektriske impulser.

Impuls- og forstillingsorganer

29

Figur 2.20 Prinsippet for en direktestyrt ventil

Figur 2.21 Treveis magnetventil for kapasitetsregulering

30

Magnetventiler

Når spolen er strømløs, ligger ankeret til magnetventilen og hviler på pilotdysen og holder den lukket. Vi kan lett kontrollere at magnetventilen arbeider som den skal. Når holdespolen på ventilen beveger ankeret med ventilhodet, hører vi et tydelig klikk. Videre er det nyttig å vite at holdespolen blir nokså varm når ventilen står åpen. Grunnen til det er at det da går strøm gjennom spolen. Dersom den er kald, har ventilen vært lukket en tid.

Er problemet at temperaturen i kjølerommet er for lav selv om vi har prøvd å regulere anlegget på vanlig måte, er det sann­ synlig at magnetventilen er lekk, eller at den har hengt seg opp. Magnetventiler er direkte styrte, som på figur 2.20, eller servostyrte, som på figur 2.21, og de kan brukes til å styre kuldemediet i væske-, suge- og varmgassledninger. Ved hjelp av en pressostat eller en termostat kan vi bygge opp en av-og-påregulering av kuldemediestrømmen. Slik kan vi bestemme hvordan kuldekretsen skal virke. Magnetventiler blir brukt til å styre anlegg med flere kjølesteder når vi bruker såkalt nedpumping («pump-down»). Her er det romtermostaten som styrer magnetventilen. Vi bruker også magnetventiler til varmgassavriming og på varmepumper, der vi vender kretsen ved avriming.

Nedpumpingsprinsippet («pump-down»-prinsippet) Med nedpumping tenker vi på det styringsprinsippet som fører til at det meste av kuldemediet på sugesiden av anlegget blir samlet i beholderen i anlegget (receiveren), slik at kompresso­ ren stopper på sin lavtrykkspressostat. Når kompressoren skal stoppe fordi det har oppstått en feil, gjør det at sikkerhetsfunk­ sjonen blir aktivert. Da er det naturligvis ikke tid til at kom­ pressoren først tømmer sugesiden sin. Derfor skal termoreleet på kompressoren og høytrykks avbryteren være koplet i serie med hverandre og øyeblikkelig stoppe kompressoren ved feil. I praksis vil vi styre fryserom og kjølerom, men til det kreves det avriming over et avrimingsur.

Impuls-

og forstillingsorganer

31

w

Figur 2.22 a Avrimingsur

Figur 2.21 b Avrimingsur

Avrimingsuret kan i den ene posisjonen gi spenning til syste­ met i vanlig kjølestilling og i den andre posisjonen gi uret strøm til varmelegemer, mens magnetventiler lukker seg og væsken blir flyttet ned beholderen.

Strømningsvakt Vi bruker en strømningsvakt på vannkjølere for å sikre fordam­ peren mot frostsprengning. Når vi måler væskemengden, kan nøyaktigheten være ca. 2 %. Strømningsvakten er to metallblad som er montert på et T-stykke som er innelukket i vannkretsen. Væskestrømmen i ledningen føler på metallbladet, som igjen er festet til en mikrobryter. Ved svikt i sirkulasjonspumpa eller blokkering i vannsystemet blir styrestrømkretsen brutt, og kompressoren stopper.

Figur 2.23 Strømmingsvakt i et anlegg

32

Magnetventiler

Væskereguleringsutstyr Kapillarrør Ved væsketilførsel gjennom kapillarrør utnytter vi strømningsmotstanden gjennom et langt rør med liten innvendig diameter til å gi det ønskede trykkfallet fra kondenseren til fordampe­ ren. Når vi bruker kapillarrør, kan vi ikke foreta noen etterregulering. Kapillarrør styring er svært begrenset når det gjelder tilpasning til varierende trykk, temperatur og belastning. Der­ for må det være en nøyaktig avstemming av kompressorkapasiteten, fordamperstørrelsen, kondenserstørrelsen og væskefyllingen for at resultatet skal bli gunstig. Som en motstrøms varmeveksler bruker vi i praksis kapillarrøret oftest sammenloddet med, eller eventuelt lagt inn i, sugeledningen. Dersom kapillarrøret får tilført væske som ikke er underkjølt og ikke har noe særlig varmetap til omgivelsene, blir det nokså tidlig dannet avdampingsgass (flashgass) i røret, og det øker strømningsmotstanden vesentlig.

Dersom væsken i kapillarrøret blir gradvis nedkjølt i varmeveksleren, blir avdampingsgassen dannet senere i røret. Effek­ ten til varmeveksleren øker når fordampertrykket faller, og det fører til senere dannelse av avdampingsgass og mindre samlet strømningsmotstand. Fordi pumpekapasiteten til kompresso­ ren minker når fordampertrykket faller, blir derfor fordampe­ ren fylt opp med kuldemedievæske, mens kondenseren tømmer seg.

Impuls-

og forstillingsorganer

33

Fordamper

Kapillarrør

Figur 2.24 Kompressoraggregat med kapillarrør

Det fører til at kapillarrøret får tilført en gassblandet væske, noe som øker trykkfallet. Dersom vi utnytter alt dette ved at fordamper- og kondenserstørrelsen, kompressorkapasiteten, kapillarrørdimensjonene og væskemengden er korrekt tilpas­ set, får vi en svært hensiktsmessig regulering med kapillarrørdrift.

Håndreguleringsventil En håndreguleringsventil blir vanligvis brukt på større R717anlegg (NH3) og dessuten som fordelingsorgan på pumpesirkulasjonsanlegg med flere fordampere. Ventilene bør ha en så rettlinjet karakteristikk som mulig over hele reguleringsområ ­ det. Den håndregulerte strupeventilen er en nålventil, der ventilkjeglen er spiss for at ventilen skal få en riktig regule­ ring.

34

Håndreguleringsventil

Automatisk ekspansjonsventil Denne betegnelsen bruker vi på ventiler som regulerer væske­ tilførselen til fordamperen avhengig av fordampertrykket. Ved fallende trykk åpner ventilen seg. Slike ventiler passer ikke så godt på anlegg med store variasjoner i belastning. Når en auto­ matisk ekspansjonsventil er innstilt på en bestemt belastning om vinteren, blir dampen mye overhetet om sommeren. Der­ som ventilen er regulert for en stor belastning om sommeren, kan det komme fuktig damp til kompressoren om vinteren. Når vi bruker en automatisk ekspansjonsventil, er det nødvendig å kontrollere overhetingen med manometer og termometer ved hver regulering. Denne ventilen er ikke så mye brukt i dag.

Figur 2.25 Automatisk ekspansjonsventil

Termostatisk innsprøytingsventil Den termostatiske innsprøytingsventilen er beregnet på å sprøyte kuldemedievæske inn i sugeledningen slik at overhe­ tingen av sugegassen blir redusert. Da synker også temperatu­ ren til høytrykksgassen.

IMPULS-OG FORSTILLINGSORGANER

35

Figur 2.26 Termostatisk innsprøytingsventil

Innsprøytingsventilen kan brukes

-

-

-

når en kompressor arbeider ved enten lavt sugetrykk eller høyt kondensertrykk når en kompressor arbeider ved både lavt sugetrykk og høyt kondensertrykk; det gjelder særlig på anlegg som arbeider med R22 og R717 når en kompressor får tilført sterkt overhetet sugedamp når en kompressor blir kapasitetsregulert med varmgassomløp på totrinnsanlegg til styring av væskeinnsprøytingen i mellomkjøleren; føleren blir plassert på trykkrøret på høytrykkskompressoren til regulering av oljetemperaturen på oljekjølere til for ek­ sempel skruekompressorer

Pilotstyrte ekspansjonsventiler Pilotstyrte ekspansjonsventiler blir brukt på større anlegg, der kapasiteten på hver enkelt ventil ikke tillater at vi bruker en ventil til direkte innsprøyting på grunn av størrelsen. En pilotstyrt ekspansjonsventil består av en pilotventil som styrer en større ventil.

36

Håndreguleringsventil

Pilotventilen gir et styretrykk eller et servotrykk. Den store ventilen kan ikke foreta noe selv. Pilotventilen kan styres på neste samme måte som de mindre direktestyrte ekspansjonsventilene. Kompressor

Figur 2.27 a Kuldemediets kretsløp

Kretsløpet til kuldemediet

Utvendig trykkutlikning

Figur 2.27 b Anlegg med termostatisk ekspansjonsventil

Figur 2.27a viser kretsløpet til et kuldemedium og oppdelingen i høytrykks- og lavtrykkssiden. Økningen fra lavtrykk til høy­ trykk skjer altså i kompressoren, mens reduksjonen fra høy­ trykk til lavtrykk foregår i ekspansjonsventilen. Uten slik

Impuls- og forstillingsorganer

37

trykkreduksjon skal ekspansjonsventilen også sørge for riktig dosering av det kuldemediet som blir tilført fordamperen.

Figur 2.28 Automatisk ekspansjonsventil

Termostatiske ekspansjonsventiler En termostatisk ekspansjonsventil, eller termoventil, som vi gjerne sier, blir styrt av temperaturen på et sted der ventilføleren er plassert.

38

Kretsløpet til kuldemediet

Karakteristikk for termoventil med og uten MOP MOP = Maximal Opening Pressure

Figur 2.28 Prinsippskisse av ekspansjonsventil med innvendig trykkutlikning

Figur 2.28 viser prinsippet for en termostatisk ekspansjonsven­ til som er montert på en fordamper der det ikke er noe trykk­ fall. Anlegget arbeider med R22, og de absolutte trykkene til­ svarer metningstemperaturen som står på skissen. På undersiden av membranen som aktiverer ventilspindelen, virker trykket P2. Det er likt trykket i inngangen på fordampe­ ren, det vil si P2 = 3,56 = - 10 °C

Spenningen av fjæra som er vist på skissen, kan endres manu­ elt, og spenningen er innstilt på et trykk som tilsvarer en metningstemperatur på +4 °C , altså = 4 °C

Impuls- og

forstillingsorganer

39

Når ventilen er balanse, må summen av de trykkene (Pi + P2) som virker på undersiden av membranen, være lik det trykket (P3) som virker på oversiden, det vil si

p3 = Pl + p2 Setter vi inn temperaturen i likningene, får vi P.3 = 4 °C + (-10 °C) = -6°C

Det betyr at det på stedet der føleren er plassert, er en overheting på

At0 = - 6 °C - (-10 °C) = 4 °C

Eksempel Vi ønsker å finne ut hvor mye som fordamper i ekspansjonsventilen for kuldemediet R134a. Figur 2.29 viser forløpet i en ekspansjonsventil.

Tverrsnitt 1,24 mm2

Før ventil

Etter ventil

+ 30 °C 7,698 bar Væske 120 kg/t

- 15 °C 1,642 bar Væske 89 kg/t Damp 31 kg/t I alt 120 kg/t

Figur 2.29 Forløpet i en ekspansjonsventil

Løsning Vi går ut fra at x er prosent væske som går over til damp i ekspansjonsventilen. Den kulden som blir dannet ved fordamp­ ningen, går med til å kjøle væsken fra +30 °C til - 15 °C. Fordampningsvarmen for kuldemediet er 207,75 kJ/kg. Vi setter opp:

x/100 • 120 • 207 = 1,32 • 120 (+30) - 15)

x= 1,32 • 45/207 • 100 x = 28,69

Damp: 0,2869 • 120 = 34 kg damp per time

40

Kretsløpet til kuldemediet

Væske: 86 kg væske per time

Termisk element Justeringsspindel

Utvendig tryggutlikning

Utskiftbar dyse Pilottilslutning

Hovedfjær Hovedventilinnsats Ventilhus

Bunnskrue

Figur 2.30 Pilotstyrt ekspansjonsventil

I en ekspansjonsventil er det nokså små gjennomløp i ventilen. For at vi skal få gjennom for eksempel 120 kg R134a per time, må det være et tverrsnitt på 1,24 mm2 dersom det skal bli for­ dampning ved - 15 °C og kondensering ved +30 °C. Andre kuldemedier trenger enda mindre gjennomløp. For tilsvarende kuldeeffekt ved lik kondensering og fordampning trenger for eksempel R717 (NH3) omtrent en tidel så stort gjennomløp som R134a, altså 0,124 mm2. Den spesifikke varmekapasiteten er 1,324 kJ/kgK. Hvor stor del av kuldemediet fordamper i ekspansjonsventilen?

Elektroniske ekspansjonsventiler Elektroniske ekspansjonsventiler får mer og mer innpass også i kuldeanlegg. Akkurat som de termostatiske ekspansjonsventilene skal de lede væske til fordamperen. Elektroniske systemer består vanligvis av en PTlOO-føler som sender et signal til en regulator. Regulatoren sammenlikner målingen med den ønskede verdien og regulerer ved å sende impulser til en aktuator på ventilen.

Impuls-

og forstillingsorganer

41

Figur 2.31 Elektronisk ekspansjonsventil med varmemotor

RTC elektronisk ekspansjonsventil

Figur 2.32 Anlegg med elektronisk ekspansjonsventil

42

RTC ELEKTRONISK EKSPANSJONSVENTIL

RTC elektronisk ekspansjonsventil bruker to temperaturfølere for å justere væsketilførselen etter innstilt temperaturdiffe­ ranse. Med RTC-ventilen får vi svært nøyaktig styring av overhetingen og kontroll med fuktigheten. RTC-ventilen passer spesielt godt i kjølelagre for varer som ikke er emballert, der uttørkingstapene kan bli store. RTC-ventilen kan brukes for alle HKFK-, KFK- og HFK-medier, naturlige hydrokarboner osv.

Figur 2.33 Elektronisk ekspansjonsventil

Universalfylling Når temperaturen på membranhuset ligger rundt den tempe­ raturen føleren har, bruker vi en nokså stor føler som kan romme hele fyllingen. Fyllingen er stor, og det er alltid litt væske i føleren. Derfor blir det den som styrer ekspansjons ven­ tilen.

Absorpsjonsfylling Ved dette systemet inneholder føleren et fast stoff med stor absorpsjonsevne, og fyllingen er en gassart eller en blanding av flere gassarter. Når temperaturen i føleren stiger, utvides litt av gassen av det faste stoffet, og trykket i elementet stiger. Når føleren så blir nedkjølt, blir det absorbert gass igjen slik at trykket faller. Med denne fyllingen har temperaturen i kapil­ larrøret ingen betydning, men følerens tidskonstant blir større enn ved dampfylling.

IMPULS-OG FORSTILLINGSORGANER

43

Plassering av føleren Føleren på ekspansjonsventilen plasseres på utgangen til for­ damperen, og vi må alltid sørge for god termisk kontakt mellom føleren og røret. Dersom det er nødvendig, skal rørslyngen og føleren isoleres slik at føleren ikke blir påvirket av temperatu­ ren i lufta rundt eller av strålevarme. Dersom føleren blir mon­ tert på et loddrett rør, bør den alltid vendes slik at kapillarrøret er øverst. Dersom føleren blir montert på et vannrett rør, må vi aldri plassere den på undersiden. Gjør vi det, kan det være fare for at den lukker seg dersom det kommer olje i sugedampen.

Rørdiameter

Figur 2.34 Optimal plassering av føleren på ekspansjonsventilen

Den beste plasseringen er blant annet avhengig av diameteren på røret der føleren skal spennes fast. Figur 2.34 viser ret­ ningslinjer for plassering.

Innstilling av ekspansjonsventiler For at det skal bli problemfri funksjon, må størrelsen på ekspansjonsventilen passe til kapasiteten til fordamperen. Dessuten må ventilene lages med utskiftbare ventilkjegler og seter. Når vi skal stille inn en ekspansjonsventil, monterer vi et manometer og et termometer som reagerer raskt, så nær føle­ ren på ekspansjonsventilen som mulig. Overhetingen finner vi ut fra forskjellen mellom termometervisningen og metningstemperaturen. Vi kan også lese den av på temperaturskalaen på manometeret eller finne den i damptabellen for det aktuelle kuldemediet. Ved hjelp av innstillingsspindelen på ekspan­ sjonsventilen kan overhetingen innstilles til den ønskede ver­ dien. For å utnytte fordamperen best mulig må overhetingen vanligvis ikke være større enn at vi unngår pendling.

44

Universalfylling

Trykkstyrt vannventil Vannventilen blir brukt for å regulere vannstrømmen gjennom kondenseren der den er vannkjølt. Når vi bruker trykkstyrte vannventiler på kuldeanlegg, får vi en modulerende regulering av kondensertrykket slik at det holder seg praktisk talt kon­ stant under drift. Når anlegget stopper, lukker ventilen seg automatisk for gjennomstrømning. Figur 2.35 viser en vanlig trykkstyrt vannventil der trykkimpulsene fra kondensertrykket blir overført gjennom belgelementer til ventilkjeglen. Dermed er ventilen i stand til å til­ passe vannmengden etter behov, selv ved svært små trykkvariasjoner. Ventilene er avbalansert slik at endringer i vanntrykket ikke har noen innvirkning på innstillingen deres. Når vi dreier reguleringsspindelen i den ene eller den andre retningen, får vi ventilen til å åpne ved et høyere eller et lavere kondensertrykk.

Trykktilslutning Fjærsko

Reguleringsspindel

Reguleringsfjær

Topplate

Øverste styrebøssing Pakning Ventilkjegle

T-ring O-ring Pakning Nederste styrebøssing

Bunnplate

Figur 2.35 Trykkstyrt vannventil

Impuls- og

forstillingsorganer

45

For å sikre kuldeanlegget mot overbelastning ved eventuell sviktende vanntilførsel til vannventilen bør vi montere en sikkerhetsbryter på høytrykkssiden på kuldeanlegget.

Nivåregulator Figur 2.36a viser hvordan nivået i en beholder kan holdes kon­ stant ved hjelp av en termostatisk ekspansjonsventil og en føler. I føleren er det bygd inn et lite elektrisk varmeelement på rundt 10 W. Når nivået blir for lavt slik at føleren er omgitt av damp, stiger temperaturen i den på grunn av den dårlige varmeavgivelsen, og da åpner ventilen seg og får tilført mer væske.

Figur 2.36a Prinsippet for nivåregulering

Når føleren litt senere blir dekket av væske, blir varmeavgivelsen større. Den lavere temperaturen føleren derfor får, vil strupe eller lukke ventilen igjen. Varmelegemet i føleren blir vanligvis koplet slik at strømtilførselen blir brutt når kompres­ soren stopper.

Elektronisk nivåregulator Figur 2.36b viser en elektronisk nivåregulator. Den blir brukt til å kontrollere eller regulere væskenivået i kuldeanlegg, for eksempel i fylte fordampere, mellomkjølere og væskebeholdere. Reguleringen på figur 2.36b virker slik:

46

Nivåregulator

Flottøren i flottørhuset har et styrerør som stiger eller synker i forhold til hvordan væskemengden i væskeutskilleren endrer seg. Kontrollreleet inneholder en nettransformator, en transistorforsterker og et relé som avhengig av hvor styrerøret befinner seg i flottørhuset, bryter eller slutter strømmen til magnetventilen i væskerøret. Når flottøren stiger eller synker, blir lavspentstrømmen gjennom styrespolen forandret. Denne endringen blir bare forsterket av transistorforsterkere, og kontaktsystemet slutter eller bryter strømmen.

Nivåregulering med flottør I denne typen kan en flottør bevege en jernkjerne opp eller ned i en styrespole når nivået varierer.

De forandringene som kommer i den lavspente strømmen i spo­ len, blir ført til en elektronisk forsterker, som styrer en magnetventil i væsketilførselen. Flottøren kan også flytte på en kvikksølvkontakt, som kan aktivere magnetventilen i væskeledningen. Fordi magnetventilen alltid er helt åpen eller helt lukket, kan det ofte være nødvendig å montere en strupeventil rett etter magnetventilen.

Figur 2.36b Elektronisk nivåregulering

Impuls-

og forstillingsorganer

47

Kapittel 3

Regulering av en kuldemediekrets

At vi har riktig tilførsel av kuldemedium til fordamperen, er en forutsetning for å få utnyttet overflaten på fordamperen og der­ med kuldeytelsen til anlegget. En eller annen form for strupeinnretning sørger for at det blir tilført riktig mengde med kul­ demedium, som kan fordampes ved den aktuelle temperatur­ differansen. Blir det tilført for mye kuldemedium, er det stor fare for at kompressoren suger inn våt damp, noe som kan resultere i væskeslag. Blir det tilført for lite kuldemedium, skjer det en overheting i fordamperen. Det betyr at fordamperoverflaten ikke blir helt utnyttet, og at temperaturen på dam­ pen til kompressoren og dermed trykkrørtemperaturen blir for høy. Når kuldeytelsen er avhengig av belastningen på anlegget og denne belastningen ikke er konstant, skal kuldemediestrømmen til fordamperen hele tiden tilpasses. Det krever en auto­ matisk regulering.

Regulering av en kuldemediekrets

49

Reguleringsprinsipper og funksjoner Definisjoner Tabell 3.1 Automatikk

selvvirkning, uten menneskelig operatør

Er-verdi

virkelig målt verdi av prosessen (den virkelige verdien til den regulerte variabelen)

Forstillingsmekanisme

innretning for innstilling av pådragsorgan

Manuell styring

styring med håndgrep eller annen menneske­ lig påvirkning

Måleomformer

se «signalomformer»

Objekt

strømningen av et medium

Pendling

periodisk endring i den regulerte variabelen

Prosess

et system skal styres, måles eller reguleres

Prosessvariabel

en størrelse som skal reguleres i et regule­ ringssystem

Pådragsorgan

innretning som påvirker en prosess ved at den varierer tilførselen

Regulering (lukket styring)

påvirkning av en prosess gjennom tilbakekopling (lukket sløyfe) for å få utgangsstørrelsen i overensstemmelse med visse spesifikasjoner

Reguleringssystem

sammenfatning av alt reguleringsutstyr

Regulert avvik

forskjellen mellom omsatt skal-verdi og omsatt er-verdi

Regulert størrelse

størrelse som blir regulert

Sammenlikner

elektronisk krets som sammenlikner to signaler og gir et utsignal når differansen mellom dem skifter fortegn

Signalomformer

utstyr for å endre energinivået til et signal; utsignalet er vanligvis et standardisert signal

Skal-verdi

se «ønsket verdi»

Styring (åpen styring)

påvirkning av en prosess etter et visst pro­ gram uten tilbakekopling (åpen sløyfe)

Ønsket verdi

den ønskede verdien til den regulerte størrel­ sen

50

Reguleringsprinsipper og funksjoner

Reguleringsteknikk eller automatiske styringer er innarbeidet i nær sagt alle tekniske installasjoner.

Blokkskjema For å beskrive hvordan reguleringssløyfer virker, bruker vi ofte blokkskj emaer.

Blokk

Signalpil

Figur 3.1 Blokkskjema

Figur 3.2 Blokkskjema

Et blokkskjema viser oss hvordan ulike størrelser påvirker hverandre, uten at hver del i systemet er tegnet i detalj. Vi bruker tre symboler i et blokkskjema: blokk, signalpil og sir­ kel. Blokka skal beskrive de forskjellige delene i et regulerings­ system. Den kan for eksempel symbolisere en motor, en nivåtank eller en ventil. Til og fra blokka setter vi på vi ett eller flere inngangssignaler og utgangssignaler. Vi tegner dem som piler for å markere den retningen signalet har. Signalene til­ svarer ulike variabler i reguleringssystemet, for eksempel nivå, elektrisk spenning eller omdreiningstall. Inngangstemperatur T,

Varmeeffekt P

\/o lz Vellnoton II1 Lell lr\

Temperatur Tu

Figur 3.3 Blokk som symboliserer tanken på figur 3.5

Sammenlikneren har en negativ og en positiv inngang.

Regulering av en kuldemediekrets

51

Skal-verdi

Avvik

+

Prosessverdi

Figur 3.4 Sammenlikner

Til sirkelen tegner vi vanligvis to inngangssignaler og ett utgangssignal. Summeringspunktet viser at utgangssignalet er summen av de to inngangssignalene, mens differansepunktet viser at utgangssignalet er differansen mellom inngangssigna­ lene. Inngangssignalene merker vi med + (pluss) eller (minus), og det forteller om sirkelen viser et summeringspunkt eller et differansepunkt.

Regulator En viktig del i reguleringssystemet er regulatoren. I det aktu­ elle systemet har regulatoren som oppgave å bruke temperaturawiket til å bestemme en passende effekt til varmeelementet. Regulatoren skal automatisk øke eller minske effekten til varmeelementet etter behov slik at temperaturen T ligger så nær 45 °C som mulig.

52

Blokkskjema

Potensiometer Reguleringsobjekt = vanntanker Regulert størrelse = temperaturen i vanntanken Skal-verdi = ønsket verdi på temperaturen Er-verdi = virkelig verdi T på temperaturen i tanken Forstyrrelse = tilførselstemperaturen T, Pådrag = effekten P fra varmeelementet

Figur 3.5 Vanntank med reguleringssystem

Blokkskjema for vanntank med reguleringssystem

Figur 3.6 Blokkskjema for temperaturregulering

Figur 3.7 Apen sløyfe

Regulering av en kuldemediekrets

53

Figur 3.8 Lukket sløyfe

Så lenge korreksjonen for avvik mellom skal-verdien og prosessverdien er avhengig av manuelt inngrep, kaller vi sløyfa for åpen. Figur 3.8 viser at vi her har en tilbakeføring fra proses­ sen til giveren og til sammenlikneren og med skal-verdien og endring av pådraget dersom det er et avvik.

Turtallsregulering Når vi skal holde et konstant omdreiningstall, må vi ha en regulator som kan øke eller minske spenningen til motoren etter behov. Figuren nedenfor viser hvordan det er vanlig å konstruere et slikt system. Omdreiningstallet blir målt med en omdreiningsgiver og etterpå sammenliknet med den ønskede skal-verdien. Ved hjelp av avviket kan regulatoren foreta juste­ ringer av spenningen.

Signal fra omdreiningsgiver

Figur 3.9 Turtallsregulering

54

Turtallsregulering

Ytre belastning Virkelige omdreininger

Figur 3.10 Blokkskjema for turtallsregulering

Reduksjonsventil Ventilen som tetter setet, blir styrt av en membran og en fjær i motkopling. Membranen blir påvirket på undersiden av luft­ trykket P2, som går ut gjennom reduksjonsventilen. På oversi­ den blir membranen påvirket av fjærkraften. Fjærkraften blir regulert trinnløst ved at vi skrur på et ratt. Er fjærkraften sterkere enn trykkraften, er det åpning mellom ventilen og setet. Etter hvert stiger utløpstrykket, og membrankraften øker. Når fjærkraften og membrankraften balan­ serer, holder P2 seg konstant.

Figur 3.11 Reduksjonsventil

Regulering av en kuldemediekrets

55

Tilførselstrykk (PØ

Trykkraft (P2)

Figur 3.12 Blokkskjema for reduksjonsventil

Nivåregulator Nivåregulatoren på figur 3.13 styrer flottørstillingen og reguleringsventilen ved hjelp av hevarmsystemet. Denne måten å regulere på kaller vi kontinuerlig regulering, fordi det er konti­ nuerlig forbindelse mellom differansestørrelsen og den korrige­ rende virkningen fra reguleringssystemet på den regulerte størrelsen. Det ønskede nivået blir stilt inn ved hjelp av innstil­ lingen B. Vi regulerer det proporsjonale området til regulatoren (P-bånd, proporsjonalitetsbånd) ved å forandre lengden på hevarmen. En forskyvning i retning AB reduserer P-båndet, mens en end­ ring i motsatt retning (mot DE) får P-båndet til å øke. Ved en forskyvning i retning AD blir P-båndet mindre, og det igjen gjør at følsomheten til regulatoren øker. Da snakker vi om en økt forsterkning ved en endring i belastningen. En endring i motsatt retning (mot DE) øker P-båndet slik at det blir redu­ sert forsterkning. Et økt P-bånd betyr at reguleringsventilen beveger seg mindre, og vi får det vi kaller et reguleringsawik.

56

Turtallsregulering

Figur 3.13 Automatisk nivåregulering med P-regulator

Sammen­ likner

Figur 3.14 Blokkskjema for nivåregulering

Forsterkning Forholdet mellom bevegelsen til flottøren og bevegelsen til ven­ tilen er bestemt av opplagringspunktet for vektarmen. Flottørbevegelsen er inngangssignalet, mens ventilbevegelsen er utgangssignalet. Forholdet mellom inngangssignalet og utgangssignalet kaller vi forsterkningen.

Regulering av en kuldemediekrets

57

Flytter vi opplagringspunktet til vektarmen mot ventilen, blir forsterkningen mindre. Den øker dersom opplagringspunktet blir flyttet mot flottøren.

Ved lav forsterkning får vi stort reguleringsawik, mens det blir lite reguleringsawik ved stor forsterkning. Det er en grense for hvor stor forsterkning vi kan ha før systemet kommer i selvsving. Ved selvsving svinger nivået hele tiden opp og ned, noe som ikke gir det konstante nivået vi gjerne ville ha.

Regulator En regulator har som oppgave å påvirke prosessen slik at regu­ leringsobjektet (nivået) får den verdien vi ønsker. På regulato­ ren er det innstilling for ønsket verdi. Den er ofte merket SETpunkt og har som regel også en skala med prosentoppdeling. I regulatoren blir ønsket verdi sammenliknet med Er-verdien. Dersom det er awik mellom de to verdiene, blir det sendt et signal videre til regulatorforsterkerne. Disse regulatorforsterkerne bestemmer parametrene til regu­ latoren. Med det mener vi hvordan utgangssignalet er i form og størrelse i forhold til inngangssignalet. Avhengig av reguleringsforsterkerne er det forskjellige typer av regulatorer, og vi har disse tre hovedtypene:

-

-

regulatorer som virker proporsjonalt, som vi forkorter til Pregulator regulatorer som virker integrerende, som vi forkorter til Iregulator regulatorer som virker deriverende, som vi forkorter til Dregulator

I praktiske regulatorkoplinger er det vanlig å kombinere Pregulatoren med I-regulator og D-regulator. Da får vi disse tre praktiske regulatorkoplingene:

-

proporsjonalregulator, P-regulator proporsjonalregulator med integralvirkning, PI-regulator proporsjonalregulator med integral- og derivatvirkning, PID-regulator

Vi skal nå se nærmere på de forskjellige regulatorene.

58

Regulator

Figur 3.15 Blokkskjema for en regulator

Figur 3.15 viser hvordan en regulering er bygd opp. I sammenlikningsleddet blir skal-verdien og Er-verdien sammenliknet. Fra dette leddet går det en negativ og en positiv differanse til proporsjonalitetsenheten, som er en forsterker. Signalet går samtidig til integreringsenheten, der avviket blir integrert over tid, og til deriveringsenheten, som beregner hvor raskt endrin­ gene i er-verdien foregår. Disse enhetene påvirker på hver sin måte det signalet som går fra regulatoren til pådragsorganet. Vi kan stille inn hvor mye hvert enkelt ledd skal påvirke utgangssignalet. Avhengig av hvilke funksjoner som er i bruk, får vi forskjellige reguleringer: P-regulering PI-regulering PID-regulering

Som regel inneholder regulatoren alle funksjonene, men vi kan velge hvilke vi vil bruke. Hva vi velger, er avhengig av hva slags prosess vi skal regulere. Det henger sammen med hvor­ dan prosessene reagerer på inngrep og forstyrrelser. Proporsjonalfunksjonen, eller P-funksjonen, bestemmer for­ sterkningen til regulatoren. En P-regulator endrer utgangssig­ nalet proporsjonalt med forandringen i Er-verdien. Hvor kraf­ tig denne endringen blir, blir bestemt av avviket og forsterkningen. Denne typen regulator vil hele tiden innstille

Regulering av en kuldemediekrets

59

pådraget etter hvordan prosessen endrer seg, men det avviket som har oppstått, kan den ikke ta inn igjen. Diagrammet på figur 3.16 viser forskjellige karakteristikker en P-regulator kan ha. Den linja som er merket 1, viser karakteristikken når for­ sterkningen er lik 1. En forsterkning på 1 vil altså si at når inn­ gangssignalet til regulatoren øker fra 0,2 til 1 bar, endrer utgangssignalet seg fra 0,2 til 1 bar (eller fra 1 til 0,2 bar). Der­ som forsterkningen øker til 2, betyr det at utgangssignalet endrer seg dobbelt så mye som inngangssignalet. Stiller vi for­ sterkningen ned til 0,5, endrer utgangssignalet seg med halv­ parten av forandringen på inngangssignalet. Blir forsterknin­ gen satt helt ned til 0, får vi ingen forandring av utgangssignalet selv om inngangssignalet endrer seg aldri så mye. Utgang

100 % Inngang

Figur 3.16 Proporsjonalitetsbånd og forsterkning

I stedet for uttrykket forsterkning, F, bruker vi oftest propor­ sjonalitetsbånd, P.

Ved økt forsterkning minker proporsjonalitetsbåndet. F = 100/P Når det gjelder karakteristikken på figur 3.16, har vi dette: F = 1P = 100 %

60

Regulator

F = 0,5P = 200 % F = 2P = 50 % Det er svært viktig å vite hva uttrykkene forsterkning og proporsjonalitetsbånd står for når vi skal justere en regulator. Jus­ teringen av en P-regulator foregår ved at forsterkningen inn­ stilles på en passende verdi. Dersom forsterkningen blir svært stor, går regulatoren over til å bli en av-og-på-regulator. Reguleringsventilen står da enten lukket eller åpen og inntar ikke stabile mellomstillinger.

Inngangssignal

Utgangssignal

Sprangfunksjon

Svarfunksjon P-regulator

Figur 3.17 Sprang- og svardiagram for en P-regulator

Vi kan ta et eksempel der P-regulatoren styrer nivået i en tank ved hjelp av en ventil i tilførselen. Dersom nivået endrer seg på grunn av større forbruk, styrer regulatoren ventilen til en stil­ ling som samsvarer med det nye forbruket, og nivået stabilise­ rer seg.

For at regulatoren skal få et avvik som kan gi en endring i utgangssignalet, må nivået ha forandret seg. Dermed oppstår det et avvik i nivået i forhold til settpunktet. Dette avviket kan ikke P-regulatoren ta inn igjen. Men hvor stort dette avviket blir, er avhengig av den forsterkningen regulatoren har. I en pneumatisk regulator blir settpunktet og prosessverdien sammenliknet ved at belgene virker mot hverandre i kraftbalansesystemet. Resultatet av sammenlikningen fører til at trykket i dysen endrer seg. Dysetrykket er koplet til utgangen på regulatoren og til proporsjonalbelgen, som er plassert slik at

Regulering av en kuldemediekrets

61

den motvirker det økte dysetrykket. Dreiepunktet for bjelken kan forskyves og blir da innstillingen av forsterkningen eller proporsjonalitetsbåndet.

Figur 3.18 Innvendig oppbygning av en P-regulator

Belg A mottar målesignalet fra en omformer. Den kraften dette signalet virker med på bjelken, blir motvirket av belg B, som får tilført et trykk som tilsvarer ønsket verdi. Innstilling av den ønskede verdien kan skje med en reduksjonsventil. Bjelken kan dreie seg om et lagerpunkt L, og den andre bjelkesiden blir belastet av en spiralfjær. Fjærkraften blir motvirket av trykket i en tredje belg C. Ved P-regulering har vi disse karakteristiske egenskapene. -

-

Når en P-regulering er riktig innstilt, arbeider den uten pendling, det vil si uten uønskede svingninger. En P-regulering regulerer aldri helt tilbake til den opprin­ nelige verdien, fordi reguleringsinngrepet opphører når det er et visst varig avvik fra regulatorens utgangssignal. Fordi en P-regulator ikke egner seg for pendling, kan vi bruke den på steder der det er tidsforsinkelse og/eller hyp­ pige forstyrrelser.

l-regulator (integralregulator) En I-regulator holder alltid den ønskede verdien nøyaktig. Så snart den måler et avvik fra den ønskede verdien, begynner den å forandre utgangssignalet sitt for å få bort avviket. Der­ som avviket ikke forsvinner, øker bare utgangssignalet mer og mer helt opp til det maksimale.

62

Regulator

Figur 3.19 viser hvordan svarfunksjonen ser ut for en I-regulator når inngangssignalet endrer seg med et sprang (sprangfunksjon).

Pl-regulator Både P-regulatoren og I-regulatoren er svært vanlige til regule­ ring. Men det er en regulator som kombinerer egenskapene til disse to regulatorene, som er mest brukt. Vi kaller den P+Iregulator eller bare Pl-regulator.

Regulering

av en kuldemediekrets

63

Hvor raskt avviket skal fjernes, er avhengig av den innstilte Itiden. Vi må huske at dersom vi har kort I-tid, blir reguleringen ustabil. Og er I-tiden lang, blir reguleringen treg.

Innvendig oppbygning av en Pl-regulator

Figur 3.21 Innvendig oppbygning av en Pl-regulator

Denne prinsippskissen viser hvordan P-regulatoren kan endres til en Pl-regulator når vi erstatter fjæra med en belg. Belg D får tilført utgangstrykket til regulatoren gjennom en variabel struping. Vi tar utgangspunkt i en likevektssituasjon og skal se på hendelsesforløpet etter en økning.

Regulatorens utgangssignal øker som for P-regulatoren, og der­ som nålventilen er stengt, virker belg D nærmest som en fjær, og PI-regulatoren oppfører seg som en P-regulator. Dersom nål­ ventilen åpner seg litt, blir regulatorens større utgangssignal etter hvert tilført D-belgen og gir til slutt samme trykk i bel­ gene C og D. For at det nå skal bli likevekt, må trykket i bel­ gene A og B også være like. Vi ser at når feilen oppstår, får vi først en ren P-virkning, mens I-delen langsomt begynner å stille bort det avviket fra ønsket verdi som en P-regulator har. Integraltiden blir innstilt med nålventilen.

PID-regulatoren Det vanligste er at en regulator med D-virkning også innehol­ der funksjonen P+I, og vi snakker derfor om P+I+D-regulatorer eller bare PID-regulatorer.

64

Regulator

Før vi forklarer virkningen av en PID-regulator, skal vi se på hva derivatvirkning er. Tenker vi oss en ren D-regulator (som aldri blir brukt) og forandrer inngangssignalet med det vi kal­ ler en rampefunksjon, får vi en svarfunksjon. Se figuren.

Derivatandelen reagerer med en plutselig endring av utgangssignalet med en gang inngangssignalet forlater den ønskede verdien. Hvor mye utgangssignalet endrer seg, er avhengig av hvor raskt forandringen på inngangen skjer. Hvor stort avviket er, er uten betydning for svarfunksjonen.

Figur 3.22 Sprang- og svardiagram for en D-regulator

Dersom vi nå endrer inngangssignalet med en sprangfunksjon i stedet for en rampefunksjon, blir hastigheten inngangen foran­ drer seg med, uendelig stor. Dermed blir også utgangssignalet plutselig uendelig stort, og det vil i praksis si at ventilen brått åpner (eller lukker) seg helt.

Regulering av en kuldemediekrets

65

Figur 3.23 Svarfunksjonen for en PID-regulator.

Vanligvis gir en PID-regulator en mer dempet innsvingning. Derfor kan vi velge større forsterkning og kortere integraltid enn med en ren Pl-regulator.

Innvendig oppbygning av PID-regulator Fast

Innstilling av I-tid

Figur 3.24 Innvendig oppbygning av en PID-regulator

66

Regulator

Skissen på figur 3.24 viser hvordan en Pl-regulator kan bli til en PID-regulator dersom vi setter inn en restriksjon i tilløpet til belg C. Dersom det blir en forskjell mellom ønsket verdi og målesignal, ser vi nå at regulatoren raskt øker utgangstrykket svært mye fordi tilbakekoplingen til belg C blir hindret. Men etter hvert fyller belg C seg, og regulatorens utgangssignal minker igjen. Denne PID-regulatoren har tre justeringsmuligheter: forsterkning eller proporsjonalitetsbånd ved å flytte dreiepunkt L, integraltid ved å innstille nålventil I og derivatvirkning ved å stille nålventil D. Regulator

Strømningsmåler

Figur 3.25 Prinsippet for en reguleringssløyfe

Eksempel på nivåregulering Vi pleier som regel å installere en reguleringssløyfe for å holde konstant trykk, temperatur og nivå. Figuren nedenfor viser hvordan nivåreguleringen av en kjele foregår.

Regulering av en

kuldemediekrets

67

Figur 3.26 Skisse av en reguleringssløyfe

Nivåreguleringen skal skje ved at tilførselen av matevann (før: fødevann) hele tiden blir regulert slik at nivået holder seg så konstant som mulig. Reguleringsventilen styrer denne tilførse­ len av matevann, og ventilen blir igjen styrt av regulatoren. Måleverdiomformeren forteller regulatoren hvordan nivået er til enhver tid.

P-, I- og D-virkningen Før vi stiller en regulator, må vi vite hvordan P-, I- og D-funksjonene virker inn på en reguleringsprosess.

1 2

3

4 5 6

68

Et stort proporsjonalitetsbånd (liten forsterkning) gir en ufølsom og langsom regulering. Et lite proporsjonalitetsbånd (stor forsterkning) gir en følsom og rask regulering, men vi kan risikere svingninger og ustabilitet. Lang integraltid gir liten integralvirkning, og det tar lang tid før feilen er utliknet. Kort integraltid gir stor integralvirkning og rask utlikning av feilen. For kort tid kan gi svingninger og ustabilitet. Kort differensialtid gir liten differensial og inngår i proses­ sen med stort reguleringsawik. Lang differensialtid gir rask og kraftig innvirkning på fei­ len, mens for lang tid gir svingninger og ustabilitet.

Regulator

Kapittel 4

Håndregulering av et ku Ideanlegg

Håndregulering av et kuldeanlegg er den eldste formen for regulering. Figur 4.1a viser prinsippet for et håndregulert anlegg. For at vi skal kunne holde temperaturen i kjølerommet på den ønskede verdien ved varierende belastning, må vi utstyre anlegget med håndregulerte ventiler. Et anlegg med fast innstilte reguleringsorganer og konstant arbeidende kom­ pressor greier ikke å opprettholde den samme romtemperatu­ ren sommer som vinter. For at vi skal få samme temperatur, må det være en tilpasning av kompressoren og av kapasiteten til kondenseren og fordamperen, for eksempel ved regulering av driftstiden til kompressoren og ved struping av vannmengden til kondenseren og kuldemedievæsken til fordamperen.

Kapasitetsregulering En kuldekompressor blir vanligvis dimensjonert ut fra maksi­ mal kuldeytelse, og i en del av driftstiden må vi så regulere denne ytelsen ned. Vi skal nevne noen av de mest brukte reguleringsprinsippene for stempelkompressorer. Stillstandsregulering (start og stopp)

Håndregulering av et kuldeanlegg

69

Denne formen for regulering er den enkleste og billigste meto­ den, og vi bruker den på små anlegg. Ulempen med metoden er at temperaturen og den relative fuktigheten ikke kan holdes konstant i stillstandsperioden.

Figur 4.1 a Håndregulert kuldeanlegg

Ventilløftregulering Denne metoden går ut på å tvangsåpne sugeventilene på noen av sylindrene til en flersylindret kompressor. Da blir det en trinnregulering. Prinsippet går ut på at det blir sugd inn damp i sylinderen i innsugingsfasen, men i kompresjonsfasen blir gassen trykt tilbake til sugeledningen. Det vil si at sylinderen er satt ut av funksjon. Figur 4.1 viser prinsippet for en slik regulering.

70

Ventilløftregulering

Avlastningssylinder Smøreoljeutskiller Til veivhus

Kapasitetsregulator

Overstrømningsventil

Manometer Til sugetrykk

Veivaksel

Pressostat

[

Magnetventil

Smøreoljepumpe

Oljesil Sugesil

Figur 4.1 b Smøreoljesystem med avlastningsanordning

Kompressoren har en spesiell avlastningsinnretning og kapasitetsregulering som arbeider på oljetrykket. Derfor er det viktig å legge stor vekt på driftssikkerheten og kapasiteten til oljepumpa. Oljepumpa er her en tannhjulspumpe, der pumpehuset er av støpejern og tannhjulene av kromnikkelstål. Som det går fram av diagrammet på figuren, blir oljen sugd opp av olje­ pumpa på kompressoren gjennom et finmasket filter og presset av pumpa fram til pakkbokssiden på kompressoren. Her forde­ ler den seg på de ulike smøreoljestasjonene, avlastningssystemet, oljemanometeret og oljetrykkspressostaten. Overskuddsolje returnerer til veivhuset gjennom en fjærbelastet innstillbar ventil, som regulerer oljetrykket i systemet. Det er kontinuerlig bypass på 5 % av oljemengden på trykksiden, der den blir ren­ set i et svært finmasket filter. Avlastningsinnretningen har disse oppgavene: o

1

A avlaste kompressoren ved start

Vi får avlastet kompressoren ved start ved at sugeventilene løf­ ter seg ved igangsettingen. Det blir ikke noen nevneverdig lagerbelastning og heller ikke noe kraftforbruk å snakke om før det har blitt fullt oljetrykk. Derfor må vi bruke en elektromotor med lavt startmoment, som er beregnet på direktestart uten at det blir for høye startstrømmer.

Håndregulering

av et kuldeanlegg

71

2

o

A redusere kapasiteten

Når vi får løftet sugeventilene på to sylindrer om gangen, min­ ker kompressorens kapasitet direkte proporsjonalt med antall sylindrer. Det gir en nesten tapsfri kapasitetsregulering med redusert effektforbruk. Impulsene til kapasitetsreguleringen kan vi enten gi manuelt med en velger på manometertavla på kompressoren eller automatisk gjennom en pressostat, en ter­ mostat, et kontakttermometer, et kontaktmanometer, programvalg eller en annen form for styring som påvirker en magnetstyrt ventil.

Sugetrykksregulator Figur 4.2 viser prinsippet for en sugetrykksregulator, eller startregulator, som den også blir kalt. Den blir montert i sugeledningen foran kompressoren og har som oppgave å begrense kompressorens sugetrykk oppover. Regulatoren åpner seg ved synkende trykk på avgangssiden, det vil si når sugetrykket foran kompressoren blir lavere enn innstilt (ønsket) verdi. Denne reguleringen er bare avhengig av avgangstrykket. Regu­ latoren er nemlig utstyrt med en belg som utlikner trykkend­ ringer på tilgangssiden.

Figur 4.2 Prinsippet for en sugetrykksregulator

72

Sugetrykksregulator

Formålet med å begrense sugetrykket er å beskytte motoren i kompressoren mot overbelastning på grunn av for høyt trykk ved oppstart, særlig etter en lengre stillstandsperiode. Da er det mulig å bruke en mindre motor, som arbeider med en bedre virkningsgrad ved normal drift fordi motorstørrelsen er tilpas­ set belastningen. Ønsker vi å endre sugetrykket, dreier vi på reguleringsskruen.

Innstilling Innstillingen fra fabrikk kan være 2 bar. Skal vi ha høyere eller lavere trykk, strammer eller løsner vi på fjæra. Fininnstillingen bør skje med et manometer, som vi monterer på fordampe­ ren der vi skal regulere trykket. Sugetrykks regulator Kapillarrør

Kompressor

Ekspansjonsventil

Kondenser

5 Fordamper Beholder Tilbake slagsventil

Kapillarrør

5

Føler

) Fordamper

Ekspansjonsventil

Figur 4.3 Anlegg med sugetrykksregulator i sugerøret

Figur 4.3 viser et kuldeanlegg der sugetrykksregulatoren er montert inn i anlegget. Sugetrykksregulatoren blir mye brukt i systemer med flere fordampere og varierende temperatur. I større kuldeanlegg, med store dimensjoner på sugerør og stor kuldeytelse, bruker vi servostyrte sugetrykksregulatorer. De blir da styrt av mindre ventiler.

Håndregulering

av et kuldeanlegg

73

Fordamperfrykksregulator Figur 4.3a viser prinsippet for en fordampertrykksregulator. Den er montert i sugerøret mellom fordamperen og kompresso­ ren og regulerer bare fordampertrykket i forhold til tilgangstrykket. Fordamper-

Pressostat

Termoventil

Figur 4.3 a Anlegg med fordampertrykksregulator

Dersom regulatoren er montert i et anlegg med to fordampere, monterer vi den etter den fordamperen som skal holde den høy­ este fordampningstemperaturen. Sugegassen blir da regulert ned til det trykket som er i sugeledningen. Etter fordamperen med lavest temperatur skal det monteres en tilbakeslagsventil, slik det er vist på figuren. Trykkendringen på avgangssiden på regulatoren påvirker ikke denne regulatoren fordi den er forsynt med en utlikningsbelg. Denne belgen har et effektivt areal som tilsvarer arealet på ventilsetet. Regulatoren har som oppgave å opprettholde et konstant fordampertrykk og dermed en konstant overflatetem­ peratur på fordamperen. Dessuten skal den sikre mot for lavt fordampertrykk, og den lukker seg derfor når trykket i fordam­ peren kommer under den innstilte (ønskede) verdien. Skal vi endre fordampertrykket, dreier vi på reguleringsskruen. Stramming av fjæra gir høyere trykk, mens slakking gir lavere trykk.

74

Fordampertrykksregulator

Fra fordamper

Figur 4.3 b Prinsippet for en fordampertrykksregulator

Regulering av fordampertrykk Trykket i en fordamper og dermed også fordampningstemperaturen kan styres både ved av-og-på-regulering og ved modulerende regulering. Vi skal se på et par av metodene.

Regulering med pressostat På mindre anlegg med kjølerom kan vi for eksempel regulere fordampertrykket med en lavtrykkspressostat. Vi monterer den på sugesiden på kompressoren og starter og stopper den ved de innstilte maksimale og minimale trykkene. Det er her snakk om en av-og-på-regulering, men siden den nøytrale sonen til pressostaten er stillbar, kan vi ofte få en akseptabel regulering på denne måten. Pressostaten kan for eksempel ha en skiftekontakt slik vi kan kople til en signallampe.

Regulering med fordampertrykksregulator Til modulerende regulering kan vi bruke slike regulatorer. Vi monterer dem etter en fordamper og holder trykket og dermed temperaturen på den innstilte verdien. Regulatorene har en utlikningsbelg slik at de bare reagerer på trykkforandringer i tilførselen, det vil si fordampertrykket, og de har et lite P-bånd slik at de er helt åpne i nedkjølingsperioder, mens de arbeider med stor reguleringsnøyaktighet ved normal drift.

Håndregulering av et kuldeanlegg

75

Kuldeanlegg med fryserom og kjølerom

Figur 4.3 c Kuldeanlegg med fryserom og kjølerom

Som figuren viser, blir kjøleromstemperaturen regulert av magnetventilen. Start og stopp av kompressoren, og dermed regule­ ringen av fryseromstemperaturen, er styrt av pressostaten. Magnetventilen er plassert i væskeledningen til kjøleromsfordamperen. Åpning og lukking av magnetventilen er styrt av en termostat i kjølerommet. Når temperaturen i kjølerommet har kommet ned på det nivået termostaten er innstilt på, bryter termostaten strømmen til magnetventilen slik at den lukker seg. Dermed blir det ikke lenger noen kjølevirkning i kjøleromsfordamperen fordi den ikke får tilført væske. Temperaturen i kjølerommet stiger deretter langsomt inntil den når termostat­ ens starttemperatur. Da slutter termostaten strømmen til mag­ netventilen, som igjen åpner for væsketilførsel til kjøleromsfordamperen. Vi regulerer kjøleromstemperaturen ved å justere termostatens stopptemperatur. Termostatens differanseinnstilling bør være slik at temperatursvingningene i kjølerommet ikke blir for store. På den andre siden må differansen ikke være så liten at magnetventilen åpner og lukker seg med svært korte mellomrom. Her bør vi også være oppmerksom på at regulering av termostater i denne typen anlegg til en viss grad virker inn på gangperiodene til kompressoren. Grunnen til det er at åpning og stenging av væsketilførsel til kjøleromsfordamperen kan gi store utslag på sugetrykket til kompressoren. o

76

Kuldeanlegg med fryserom og kjølerom

Termostatiske regulatorer Fordampertrykket kan også reguleres indirekte med en temperaturstyrt reguleringsventil. Den monterer vi i sugeledningen, mens føleren plasseres i det mediet der vi skal regulere tempe­ raturen. Ventilen er utstyrt med en utlikningsbelg slik at utgangstrykket ikke får noen innvirkning på ventilfunksjonen. Dersom tilførselstrykket (fordampertrykket) stiger, åpner ven­ tilen seg straks. Men dersom temperaturen i det avkjølende mediet likevel stiger, åpner signaltrykket fra føleren ventilen enda mer. Det betyr at vi kan få svært rask regulering med et lite avvik.

Termostatisk innsprøytingsventil

Figur 4.4 Termostatisk innsprøytingsventil montert i anlegget

I kuldeanlegg med høye trykk og i anlegg der kapasitetsreguleringen skjer ved at høytrykksdampen blir flyttet til sugerøret, er det fare for at trykkrørtemperaturen kan bli unormalt høy.

Håndregulering

av et kuldeanlegg

77

Det gjelder spesielt dersom anlegget har termostatisk ekspan­ sjonsventil med stor overheting. I slike tilfeller kan vi montere inn en termostatisk innsprøytingsventil mellom væskerøret og sugerøret, mens selve føleren plasseres på trykkrøret rett etter kompressoren.

Varm bypassregulering Vi kan montere varm bypassregulering fra trykkledningen ved kompressoren til væskeledningen mellom den termostatiske ekspansjonsventilen og væskefordeleren ved fordamperen ved hjelp av en kapasitetsregulator og en væske- og gassblander. Kapasitetsregulatoren har tilslutning for en utvendig styreledning, en pilotledning. Denne utformingen er gunstig fordi tryk­ ket i utløpet på regulatoren, det vil si trykket mellom ekspan­ sjonsventilen og fordeleren, ikke er en enkel funksjon av belastningen på fordamperen. Væske- og gassblanderen sikrer at kuldemediet blir likt fordelt i fordeleren.

De viktigste ventilene i et kuldeanlegg Kapasitets­ regulator

Figur 4.5a Kjøle- og fryserom med ventiler

Som vi ser på figuren, er det to fordampere. Det ene fordamperelementet er for frysing og består av tre elementer med felles tilførsel fra en termostatisk ekspansjonsventil med utvendig trykkutlikning. Det andre fordamperelementet er en tredelt fordamper med vifter og med individuell fylling.

78

De viktigste ventilene i et kuldeanlegg

Fordamper

Figur 4.5b Kjøle- og fryserom med ventiler

Kompressoren sender gassen gjennom en oljeutskiller til kon­ denseren. Fra kondenseren går væsken til en termostatisk ekspansjonsventil med utvendig trykkutlikning og fordelerrør, ett til hvert av de tre elementene i parallell og med felles avsugingsrør. Ser vi på hvordan føleren er plassert fra den termostatiske ekspansjonsventilen, er den rett etter et felles sugerør, mens trykkutlikningsrøret er plassert etter føleren igjen.

Gassen passerer en tilbakeslagsventil som skal hindre at væske fra elementet med høyere temperatur og dermed også høyere trykk, skal kunne fylle opp elementet. Gassen passerer så en magnetventil som ved hjelp av romtermostaten stenger elementet når den ønskede temperaturen er nådd. Den samme rørtermostaten kan også gi strømimpulser til spolen på kontak­ toren som kan starte kompressoren når temperaturen i fryserommet har steget over et innstilt nivå. En annen rørgren fra kondenseren leder kuldemedievæsken gjennom et seglass til tre termostatiske ekspansjonsventiler. De sørger for tilførsel til hvert sitt element. Her er også avsugingen felles, det vil si at trykket og temperaturen er likt i alle. Trykket blir holdt konstant ved hjelp av en sugetrykksregula­ tor. Denne regulatoren er styrt av to ventiler med ulike funksjo­ ner: Den ene ventilen er en fordampertrykksventil som sørger

HÅNDREGULERING AV ET KULDEANLEGG

79

for at trykket i fordamperen foran ventilene holder seg på den verdien fordampertrykksregulatoren er innstilt på. Den andre ventilen styrer sugetrykksregulatoren og er en magnetisk stoppventil, som i likhet med magnetventilen stenger av ele­ mentet gjennom sugetrykksregulatoren på signal fra romtermostaten. Slike styrte sugetrykksregulatorer blir vanligvis brukt på store rørdimensj oner.

Svært ofte blir en kompressor brukt på flere fordampere. Når så en eller flere av dem blir stengt av sine respektive magnetstoppventiler, får kompressoren for stor sugeeffekt for den for­ damperen som er igjen, og den vil suge ned trykket betydelig. Dermed faller også temperaturen mye, og det resulterer i en skarp kjøling, det vil si en uheldig stor temperaturforskjell mel­ lom lufta og kjøleelementet. Det fører igjen til unødig uttørking av matvarene og mye riming på fordamperflaten. For å hindre denne skadelige innflytelsen kan vi sette på en kapasitetsregulator. Den åpner seg når sugetrykket faller under det trykket den er innstilt på, og setter dermed trykksiden i forbindelse med sugesiden. Da går gassen i omløp med kompressoren, og det sirkulerer mindre kuldemedium gjennom anlegget. Ventil 19 er en termostatisk innsprøytingsventil. Den blir særlig brukt på anlegg med R717-kompressorer. Kompressoren er sikret med en dobbeltpressostat som slår ut den elektriske strømmen dersom trykket blir for høyt på trykk­ siden eller for lavt på sugesiden.

Vannspareventilen styrer trykket rett etter kompressoren. Når trykket øker, åpner ventilen seg for mer vann. Når kompresso­ ren stopper, faller trykket, og vannventilen stenger helt.

Regulering av kondensertrykk Trykket i kondensere skal holde seg innenfor visse grenser fordi høye kondensertrykk betyr store belastninger på kom­ pressoren og den elektriske motoren der, mens for lave konden­ sertrykk kan virke slik at termoventilene ikke fungerer til­ fredsstillende. Ved lave belastninger er det dessuten ofte bare bruk for mindre vannmengder.

80

Regulering av kondensertrykk

Regulering av vannkjølte kondensere

Figur 4.6 Regulering av vannkjølte kondensere

a

b c

d

Automatisk vannventil, vannbesparende regulering av kondensertrykket Regulering med treveis ventil. Vannmengden gjennom pumpen er konstant. Brukes i anlegg med kjøletårn Automatisk vannventil. Omløpet fra utgangen til pumpens sugeside åpnes ved lav kjølevannstemperatur. Systemet gir nesten konstant vannstrøm gjennom kondenseren Termostatisk treveisventil holder temperaturen på inn­ gående kjølevann konstant

Vannkjølte kondensere Til modulerende regulering av trykket i vannkjølte kondensere bruker vi trykkstyrte eller temperaturstyrte ventiler (vannventiler). De er montert i kjølevannsledningen. I de trykkstyrte vannventilene virker kondensertrykket på den belgen som beveger ventilspindelen, og ventilfunksjonen er ikke påvirket av trykkendringene på vannsiden. Når kondensertrykket fal­ ler, struper ventilen, og ved trykk som er mindre enn den inn­ stilte verdien, stenger ventilen helt.

Håndregulering

av et kuldeanlegg

81

Konden­ sertrykk

Figur 4.7 Kondensertrykkets variasjon ved en belastningsøkning med og uten automatisk vannventil

Figur 4.7 viser at når vi ikke bruker regulering, stiger konden­ sertrykket når belastningen øker, og det vil ligge langt over det normale. Med regulering får vi bare en liten varig trykkstig­ ning, der størrelsen er bestemt av vannventilens P-bånd. I de temperaturstyrte vannventilene påvirker en termoføler en belg, som så beveger ventilspindelen. Termoføleren er montert i kondenseren eller i trykkledningen rett ved kondenseren. Funksjonen til ventilen blir ikke påvirket av endringer i vanntrykket eller av temperaturen i lufta rundt, men blir styrt modulerende av kondensertrykket. Ved temperaturer som er mindre en den innstilte verdien, stenger ventilen helt. Vann­ ventilene blir vanligvis montert i kjølevannsinngangen. Men dersom kondenseren er montert høyt, kan det bli en hevertvirkning når ventilene er stengt, slik at kondenseren kan tømmes delvis for vann. I slike tilfeller bør vannventilene monteres i kjølevannsutgangen.

Avriming Når overflaten på en luftkjøler får en temperatur på under 0 °C, danner det seg is på overflaten. På en eller annen måte må vi få fjernet denne isen fordi den virker isolerende. Is isole­ rer fra 20 til 50 % så godt som kork alt etter hvor mye luft som er bundet i isen. Et nokså tynt lag rim kan være med på å øke varmeovergangen, men dersom det blir mer, har det en negativ effekt på fordamperytelsen. Isen er med på å forverre varmeoverføringen og gir dermed også et lavere fordampningstrykk. Det fører til økte driftsutgifter på kompressordelen.

82

Avriming

Avriming av en fordamper kan skje på forskjellige måter: -

avriming med avriming med avriming med avriming med

romluft elektrisk varme varmgass vann eller lake («brine»)

Avriming med romluft I kjølerom med temperaturer på over 2-3 °C kan vi bruke romlufta til å avrime fordamperen. Metoden er nokså enkel. Avrimingstiden kan varierer en del avhengig av anleggstypen, men må være så lang at all is smelter. I noen systemer foregår det avriming tre-fire ganger i døgnet.

Figur 4.8 a Avriming med romluft

Vi kan også avrime luftkjøleren ved å suge inn luft utenfra. Da er forutsetningen at temperaturen i utelufta er godt over 0 °C . Vifta suger inn luft utenfra og blåser den over luftkjøleren til isen har smeltet. Med denne avrimingsmetoden mister vi isens smeltevarme. I kjølerom og fryserom bruker vi vanligvis disse tre metodene til å avrime fordamperen:

Håndregulering av et kuldeanlegg

83

-

-

avriming med elektriske varmegivere avriming med varm kuldemediedamp fra trykksiden på kompressorboksen avriming med vann som kan være oppvarmet av trykkgassene

Avriming med elektriske varmegivere I de fleste kuldesystemer blir avrimingen foretatt automatisk med et avrimingsur. Det kan være et enkelt døgnur, der vi ved å flytte noen ryttere eller liknende kan bestemme hvor og når avrimingen skal foregå. Disse døgnurene er ikke utstyrt med alarmfunksjon. Men på mer avanserte ur kan det være inne­ bygd forskjellige funksjoner som gjør det mulig å avbryte avri­ mingen dersom fordampertemperaturen er så høy at all isen har smeltet.

Figur 4.8b viser prinsippet for elektrisk avriming. Da bruker vi et varmeelement, A, for avriming av luftkjøleren, B. Kjøleren og elementet er plassert i et avlukke som vi under avrimingen stenger ute fra kjøle- eller fryserommet ved å lukke spjeldene. Vi stenger av for kuldetilførselen (eller laken) og setter på strømmen til varmeelementet. Under avrimingen skal luftvifta til vedkommende luftkjøler stå stille.

Figur 4.8 b Elektrisk avriming

84

Avriming

Figur 4.8 c Elektrisk avriming

Etter avrimingen av et fryserom må vi sikre at dråper av vann eller vanndamp blir blåst ut av rommet, for ellers kan varer og gulv bli dekket av et islag. For at vi skal unngå det, slår vi på kuldeanlegget før vi starter fordampervifta.

Avriming med varm kuldemediedamp Metoden blir ofte kalt varmgassavriming fordi det er varme gasser fra trykksiden på kompressoren som blir brukt til avrimingsprosessen i varmepumper og industrielle anlegg. I indus­ trielle kuldeanlegg er varmgassavriming mye brukt fordi det er en effektiv avrimingsmetode.

Ved varmgassavriming er det som regel den aller nederste delen av fordamperen som henger igjen. Derfor er det lurt å plukke eller skrape av isen her under avrimingen dersom vi kan komme til.

Håndregulering av et kuldeanlegg

85

Kondenser

Figur 4.9 Avriming med varmgass

Vi kan ha som regel at de kjølende flatene som er i drift, sam­ menlagt bør ha om lag tre ganger så stort areal som den flatene som blir avrimet. Ved normal drift er ventilene 2, 4 og 6 åpne og de andre stengt. Skal vi for eksempel avrime fordamper 1, stenger vi ventilene 2 og 4 og åpner ventilene 1 og 3 for denne fordamperen. Vi sten­ ger ventil 6 helt eller delvis, og den varme gassen fra kompres­ soren (eller en del av den) blir ledet inn i fordamper 1 gjennom ventil 1.1 fordamperen blir gassen kondensert og væsken ledet til de andre fordamperne, der den fordamper på vanlig måte.

Avriming med vann eller lake («brine») Vi kan bruke vann til avriming selv om det ikke er oppvarmet. Når vi stopper kompressoren og viftene, kan vi lede vann til toppen av fordamperen. Her skal vannet fordeles over hele fordamperarealet. Når vannet renner over isen, smelter den, og smeltevannet renner ned i bunnbakken. Derfra blir det ført til en beholder utenfor rommet. Avriming med varm lake er en metode som blir brukt ved indi­ rekte kjøling, og den kan foregå slik figur 4.10 viser. Ved normal drift er ventilene 1 og 2 stengt. Når luftkjøleren skal avrimes, stenger vi ventilene 3 og 4 og åpner ventilene 1 og 2. Laken i tank A blir varmet opp og sirkulerer gjennom luftkjøleren. Når avrimingen er ferdig, setter vi anlegget i vanlig drift igjen. Da

86

Avriming

sirkulerer laken gjennom lakekjøler B. Laken i tank A blir var­ met opp ved hjelp av damp eller elektrisk strøm.

Når vi bruker lake som hele tiden renner ned over fordampe­ ren, fryser den ikke. I stedet blir det vannet bundet som skulle ha dannet isen i laken. Det gjør at laken blir gradvis fortynnet.

Automatisk regulering Figur 4.11 viser prinsippet for et anlegg med automatisk regu­ lering av temperaturen på innblåsingslufta i et friskluftanlegg.

Håndregulering av et kuldeanlegg

87

Figur 4.11 Automatisk regulering

Vifta trykker lufta gjennom en forvarmer og en luftkanal, der det er montert en temperaturføler. Temperaturføleren har ofte et for svakt signal til å kunne brukes direkte, og signalet blir derfor ført til en omformer der signalet blir omformet og/eller forsterket. Så går det som et målesignal til sammenlikningsutstyret. Referanseutstyret blir i dette tilfellet innstilt manuelt på en verdi som vi kaller settpunktet, og det gir et referansesignal til sammenlikningsutstyret. Hvis referansesignalet og målesignalet er like store, skjer det ikke noe mer. Men hvis de ikke har de samme verdiene, gir sammenlikningsutstyret et feilsignal til regulatoren. Regulatoren sender så et forsterket signal til manøvreringsorganet (servomotoren) som endrer posisjonen på styreorganet (ventilen). Denne ventilen endrer dampmengden eller vannmengden til forvarmeren.

Automatisk styring Figur 4.12 viser prinsippet for et anlegg med automatisk sty­ ring av temperaturen på innblåsingslufta i et friskluftanlegg.

88

Automatisk

styring

Dersom temperaturen på utelufta for eksempel faller, vet vi jo at temperaturen på innblåsingslufta også blir lavere dersom vi ikke foretar oss noe. Driftsinstrument

Figur 4.12 Automatisk styring

Føleren måler temperaturen på utelufta og sender via omfor­ meren et signal til sammenlikningsutstyret om at temperatu­ ren går ned. På grunn av den fallende utetemperaturen har dette signalet ikke samme verdi som referansesignalet som kommer fra referanseutstyret. Differansen går som et signal om feil til regulatoren som ved hjelp av manøvreringsorganet (servomotor) åpner reguleringsventilen.

Sikkerhetsautomatikk for kuldeanlegg Vi må kontrollere sikkerhetsautomatikken med jevne mellom­ rom. Mens styrings- og reguleringsteknikken bestemmer den normale driften ved et kuldeanlegg etter oppsatte krav, skal sikkerhetsautomatikken hindre katastrofale følger av en feil som har oppstått i anlegget.

Håndregulering av et kuldeanlegg

89

Sikring mot for høyt trykk Vi kan bruke tjærbelastede sikkerhetsventiler på disse stedene:

-

på kompressorer, mellom trykksiden og sugesiden i trykkoljesystemer på beholdere, oftest med avløp til friluft

I noen tilfeller bruker vi sikkerhetsventiler også mellom behol­ dere, mellom væskerør over et visst volum og på beholdere som først og fremst skal hindre at en eventuell stumfylling gir sprengningsfare fordi væsken har fått så stor temperaturutvidelse.

På mottakere og andre beholdere er det vanlig å montere en sprengplate. Dersom vi bare bruker en sprengplate, kan det føre til tap av fylling ved sprengning. Derfor bruker vi ofte både sprengplate og sikkerhetsventil. En sikkerhetsfjær mellom sylinderlokket og topplokket i en kompressor sikrer at kompressoren ikke blir ødelagt ved min­ dre tendenser til væskeslag eller oljeslag. En høytrykkspressostat kan stoppe en kompressor eller kople ut en annen del av anlegget ved vi bryter styrestrømmen. Høytrykkspressostaten bør absolutt være utstyrt med sperre slik at anlegget først kan startes igjen etter at anlegget er kontrollert. Termostater, nivåbrytere og elektrisk forrigling kan også bru­ kes for å hindre for eksempel væskeslag i en kompressor: En termostat med oppvarmet føler kan sikre mot overfylling av væskeutskiller. En termostat med føler i oljeutskilleren hindrer at magnetventilen i oljeretur til veivhuset åpner seg før tempe­ raturen i oljeutskilleren har steget over kondensasjonstemperaturen. Dermed kan ikke kuldemedievæsken strømme til veiv­ huset. Trykktermostaten som bryter ved fallende temperatur, kan også gi en viss sikring mot væskeslag, men vi risikerer en for sen reaksjon. Ved oppstart må denne sikringen kortsluttes, og da kopler vi sikringen ut når sjansen for overkoking muli­ gens er størst, (denne metoden blir nokså lite brukt).

Sikring mot for lavt trykk Tap av fylling, tilstopping av reguleringsorganer og filtre, mye og kald olje i selvsirkulasjonsfordampere og tilriming av luftkjølere kan være årsak til for lave sugetrykk i et kuldeanlegg. Da går kuldeytelsen ned, og undertrykket på sugesiden øker.

90

SlKKERHETSAUTOMATIKK FOR KULDEANLEGG

Når det skjer, er det større fare for at luft og vanndamp trenger inn i anlegget. Trykkrørtemperaturen øker også. Som sikring bruker vi lavtrykkspressostater som bryter styrestrømmen. Vanligvis er de ikke utstyrt med sperre, slik at det ikke er så stor risiko for at det skjer noe alvorlig galt ved gjeninnslag.

Sikring mot for høy trykkrørtemperatur Det kan ofte bli høy trykkrørtemperatur ved R717- og R22anlegg. Det kan ha flere årsaker, for eksempel lavt sugetrykk og høyt kondensertrykk, utette trykkventiler, lekkasje fra trykksiden til sugesiden eller unormalt store mekaniske tap i kompressoren. Som sikring bruker vi trykkrørtermostat som bryter ved stigende temperatur.

Sikring mot for lavt smøreoljetrykk Som oljetrykksvakt bruker vi en differansepressostat som bry­ ter strømmen til tidsreleet når oljetrykket har blitt høyt nok. Dermed er det mulig å starte kompressoren, noe som må skje uten smøreoljetrykk siden oljepumpa blir drevet fra kompressorakselen. Det tar fra noen få sekunder til knapt ett minutt før oljetrykket kommer, avhengig av måten kompressoren er kon­ struert på. Tidsreleet må derfor ha en tidsforsinkelse som er større enn det.

Sikring mot oppfylling av kuldemedium i veivhuset Vi kan sikre oss på ulike måter ved

- termostatstyrt oljeretur fra oljeutskiller - elektrisk varmekolbe, som blir koplet inn ved stillstand - Utpumpingsstyring («pump-out»-styring) av kompressoren; kjølestedene blir her styrt av termostat, mens kompresso­ ren blir styrt av lavtrykkspressostat, men ikke slik at kom­ pressoren først kan starte igjen når en av termostatene og pressostatene har slått inn; slik sikrer vi oss mot at den starter for ofte

Sikring mot frostsprengning av kjølevannskappe på kompressoren Her kan vi sikre oss ved avtapping ved stillstand ved hjelp av magnetventiler.

Håndregulering av et kuldeanlegg

91

Sikring mot frostsprengning av rørkjelfordamper V i kan sikre oss ved

- strømningskontroll - termostat med føler der isen vil danne seg - pressostat, differansepressostat som bryter ved stor trykk­ forskjell - termostatisk sugetrykksventil - elektrisk kopling som starter pumpa før kompresssoren

Sikring mot manglende kjølevann Vi kan sikre oss ved

- strømningskontroll - pressostat - elektrisk kopling som sikrer start av pumpa

Varmepumper Alt i 1857 bygde den engelske professoren William Thomson en varmepumpe. Han ble senere adlet og er vel best kjent som Lord Kelvin. Men det var først i 1937 at den første brukbare varmepumpa ble bygd av Escher-Wyss og Brown Boweri & Cie. De høye strøm- og fyringsutgiftene i våre dager har ført til stor interesse for varmepumper, og vi vet jo at de ikke fører til noen forurensning. Dessuten kan varmepumpeanlegg bygges rever­ sible, slik at de kan brukes til kjøling om sommeren. Lavtrykk

Reguleringsventil

Figur 4.13 Varmepumpe

92

Varmepumper

Høytrykk

Hvordan en varmepumpe virker En varmepumpe tar energi fra omgivelsene ved lav temperatur, rundt 12 °C . Den omdanner denne varmen og leverer den videre ved forholdsvis høy temperatur, ca. 60 °C , til fjernvarmenettet. Det skjer ved at pumpa får tilført elektrisk energi. Varmepumpa kan fungere på samme måte som et kjøleskap. I kjøleskapet blir det tatt varme fra det indre av skapet, og den blir levert til omgivelsene. På tilsvarende måte kan en varme­ pumpe ta energi fra et rom og gi den ut til omgivelsene. I dette tilfellet avkjøler varmepumpa rommet.

Nå skal vi se på hvordan en varmepumpe kan brukes til opp­ varming. Vi vet at en væske fordamper ved lavere temperatu­ rer når trykket går ned. Fordampningsvarmen tar vi fra en lavtemperaturkilde. I kompressoren blir gassen komprimert, og temperaturen på gassen stiger. Det økte trykket svarer til høy­ ere kokepunkt og dermed økt kondensasjonspunkt for gassen. Den blir kondensert og gir fra seg kondensasjonsvarme ved en høyere temperatur i kondenseren. Denne varmen blir tatt opp av vann fra et fjernvarmenett og så tilført det bygget som skal varmes opp. Kuldemedievæsken i den lukkede kretsen går fra kondenseren til reguleringsventilen. Trykket blir her redusert ved innløpet til fordamperen, og væsken fordamper.

Figur 4.14 Prinsippet for et reversibelt varmepumpeanlegg

Håndregulering av et kuldeanlegg

93

Forholdet mellom den varmen vi kan ta ut av systemet, og den energien vi tilfører motoren, kaller vi varmefaktor. Varmefaktoren er avhengig av temperaturen på lavtemperaturkilden og den temperaturen vi bruker i fjernvarmenettet.

Utformingen av anlegget For at vi ikke skal få for store dimensjoner på de ulike kompo­ nentene i varmepumpeanlegget, er det viktig at vi bruker et kuldemedium som har en stor spesifikk volumetrisk kuldeytelse. Det er svært viktig at hele anlegget blir renset og tømt omhyggelig før vi fyller på kuldemedium, og vi må ikke fylle på for mye. For å unngå væskeslag i kompressoren bør vi montere en rikelig dimensjonert sugeakkumulator. Den skal ved hjelp av tilbakeslagsventilen mellom kondenseren og kompressoren hindre at kompressoren blir fylt med væske i stillstandsperioder. Selv om vi sjelden arbeider med spesielt lave fordampningstemperaturer, kan det likevel bli problemer med å få oljen tilbake til systemet. Derfor må anlegget forsynes med en effek­ tiv oljeutskiller, og sugeledningene må dimensjoneres slik at sugegassen kan føre oljen tilbake til kompressoren. Det kan nok være vanskelig å oppnå den ønskede overhetingen av kuldemediet i selve fordamperen, og vi må derfor montere en varmeveksler før kompressoren. Denne varmeveksleren kan ofte øke anleggskapasiteten på grunn av underkjølingen av det fly­ tende kuldemediet som det foregår i.

Figur 4.14 viser prinsippet for et reversibelt varmepumpeanlegg, der pilene tilsvarer sommerdrift, og der de fireveis skifteventilene står i sine venstre ytterstillinger. Kompressoren suger fra en stor sugeakkumulator og trykker gjennom en olje­ utskiller og en skifteventil til varmeveksleren som fungerer som kondenser. Det flytende kuldemediet går gjennom den øverste tilbakeslagsventilen og skifteventilen til varmeveksle­ ren der den blir underkjølt av sugedampen. Deretter går væs­ ken gjennom den nederste tilbakeslagsventilen og kapillarrøret og inn i varmeveksleren som fungerer som fordamper. Fra denne varmeveksleren strømmer sugegassdampen gjennom skifteventilen og varmeveksleren tilbake til sugeakkumulatoren. Ved vinterdrift står skifteventilene i sine høyre ytterstillinger, og kompressoren trykker derfor til varmeveksleren som nå fun­ gerer som kondenser. Det flytende kuldemediet fra denne var-

94

Utformingen av anlegget

meveksleren går gjennom den øverste tilbakeslagsventilen, og skifteventilen til varmeveksleren. Herfra fortsetter væsken til­ bake gjennom skifteventilen, den nederste tilbakeslagsventilen og kapillarrøret inn i varmeveksleren som nå fungerer som for­ damper. Fra denne varmeveksleren strømmer dampen gjen­ nom skifteventilen, varmeveksleren og sugeakkumulatoren til­ bake til kompressoren.

I forbindelse med varmepumpeanlegg bruker vi ofte herme­ tiske eller semihermetiske kompressorer, som er spesielt tilpas­ set disse driftsforholdene.

Instrumentering Grunnlaget for en automatisk regulering av en prosess er at vi utruster prosessen med nødvendig utstyr for reguleringen. Dette kaller vi å instrumentere prosessen.

Instrumentert flytskjema Med instrumentert flytskjema mener vi et flytskjema som viser prosessinstrumenteringen. For instrumenterte flytskjemaer bruker vi ensartede standar­ diserte instrumentsymboler. NS 1438 (Norsk Standard) beskri­ ver symbolene.

Et instrument blir identifisert ved hjelp av en bokstavkode som angir hvilken funksjon det har, og et løpenummer som viser hvilken krets det tilhører.

Eksempel En måleomformer i en nivåregulering har dette symbolet:

Den første bokstaven, L, er koden for nivå. (L er en forkortelse for det engelske ordet «level», som betyr nivå.) Den andre bok­ staven, T, er koden for måleomformer. (T er en forkortelse for det engelske ordet «transmitter», som betyr omformer.) En regulator i en nivåregulering har dette symbolet:

Håndregulering av et kuldeanlegg

95

Den første bokstaven, L, er koden for nivå. Den andre boksta­ ven, C, er koden for regulator. (C er en forkortelse for det engel­ ske ordet «controller», som betyr regulator.)

Figur 4.15 Et instrumentert flytskjema

Figur 4.15 viser et eksempel på et instrumentert flytskjema. Se utdrag fra NS 1438.

96

Instrumentering

Første bokstav

Prosessvariabel

Etterfølgende bokstav

Diverse

Tilleggsfunksjon

A

Alarm

B Flamme

Tilstandsindikator [0-1, av/på]

C

Regulator (Controller)

D Densitet,tetthet (Density)

Differanse

E Alle elektriske størrelser

F Mengde, gjennomstrømning (Flow)

Måleelement

Forhold, brøk

G Dimensjon, posisjon

Posisjon

H Handstyrt

Høy [maks, åpen, start]

I

Indikator

ITV-overvåkning

Avtasting, scanning

J K Tid, programverk

L Nivå, (Level)

Lav [min, lukket, stopp]

M Fuktighet (Moisture) N Valgfri

Valgfri

Valgfri

0 Valgfri

P Trykk, vakum (Pressure) Q Analyse [egenskap] (Quality)

Punkt, testpunkt Integrasjon, sum (Quantity)

R Radioaktivitet

S Hastighet, frekvens (Speed)

Skriver (Rccordcr) Sikkerhet

Kontaktfunksjon, styring

T Temperatur

Måleomformer (Transmitter)

U Multivariabel

Multifunksjon

V Viskositet

Ventil, pådragsorgan

w Vekt, kraft (Weight)

X Vibrasjon

Udefinert

Y Valgfri

Regneenhet, hjelpefunksjon

7 Aksialforskyvning

Sikkerhetsfunksjon, forrigling

Engelske faguttrykk er angitt i parentes ()•

Figur 4.16 Instrumentkoder ifølge NS 1438 (ISO 3511)

*

Utdrag fra Norsk Standard, NS 1438 1. utgave juni 1979. Gjengitt med tillatelse fra Norges Standardiseringsforbund (NSF). NSF fraskriver seg alt ansvar for eventuelle feil og mangler i den gjen­ gifte tekst. Den komplette standard leveres fra NSF, Postboks 353 Skøyen, 0212 Oslo

Håndregulering

av et kuldeanlegg

97

Symboerl

Symboler For flytskjemaer

--------------------------

Ved luftsvikt

Prosessledning Prosesshjelpeledning

Instrument signalledning generelt

Ventil lukker

Ventil åpner

Instrument signailedning pneumatisk Instrument signalledning elektrisk

Ventil blir stående

Instrument signalledning kapillar Instrument signalledning hydraullisk

Mekanisk omramming Instrument montert ved målested Instrument montert på sentralt panel Instrument montert på lokalt panel

For kretsskjemaer

Generelt komponentsymbol med tilkob­ linger eller rekkeklemmer etter behov Generelt komponentsymbol med tilkob­ linger eller rekkeklemmer etter behov

Generelt ventilsymbol normalt åpent Generelt ventilsymbol normalt lukket

Generelt komponentsymbol med tilkob­ linger eller rekkeklemmer etter behov

Ventil med håndbetjent

Ventil med udefinert innstillingsorgan

Omformer, ventilstiller, forsterker

Ventil med membranmotor

Ventil med elektromagnet

Ventil med sylinderdrift Ventil med elektrisk motor Selvvirkende reduksjonsventil

Figur 4.17 Tegningssymboler for instrumenterte prosessflytskjemaer ifølge NS 1438 (ISO 3511/1)

*

Utdrag fra Norsk Standard, NS 1438 1. utgave juni 1979. Gjengitt med tillatelse fra Norges Standardiseringsforbund (NSF). NSF fraskriver seg alt ansvar for eventuelle feil og mangler i den gjen­ gifte tekst. Den komplette standard leveres fra NSF, Postboks 353 Skøyen, 0212 Oslo

98

Instrumentering

3

2

1

4

Første bokstav11 Målt eller påvirkende variabel

Etterfølgende bokstav1) Signalomformer

Indikering eller utgangssignal

Alarm

A B

Regulerende

C

D

Densitet (massetetthet)

E

Alle elektriske variabler2)

F

Volum-/massestrøm

G

Måling av posisjon eller lengde

H

Håndbetjent (manuelt påvirket)

Differanse

Forhold

Indikerende

I Avsøke

J K

Tid eller tidsprogram

L

Nivå

M

Fuktighet eller relativ fuktighet

N

Etter brukers valg3)

O

Etter brukers valg3)

P

Trykk eller vakum

Q

Egenskap, tilstand2) f.eks. analyse, konsentrasjon konduktlvitet

R

Radioaktiv stråling

Skrivende

S

Hastighet eller frekvens

Bryterfunksjon

T

Temperatur

Overføring

U

Multivariabel4)

V

Viskositet

w

Masse av kraft

X

Uspesifiserte variabler3)

Y

Etter brukers valg3)

z

Integrere eller summere

Integrerende eller summerende

Nødbetjening eller sikkerhetsfunksjon

Figur 4.18 Forkortelser og koder for hjelpefunksjoner ifølge NS 1438

*

Utdrag fra Norsk Standard, NS 1438 1. utgave juni 1979. Gjengitt med tillatelse fra Norges Standardiseringsforbund (NSF). NSF fraskriver seg alt ansvar for eventuelle feil og mangler i den gjen­ gifte tekst. Den komplette standard leveres fra NSF, Postboks 353 Skøyen, 0212 Oslo

Håndregulering

av et kuldeanlegg

99

Kapittel 5

Styresystem Hl

Når du har lese dette kapittelet, skal du kunne gjere greie for

-

-

kvifor vi har behov for ein styrekrins (automatisk) relé styring styring med logiske element kjenne grunnfunksjonane PLS - programmerbare logiske styringar styring direkte frå PC kva ein IPC (industri-PC) er ulemper og fordelar ved dei ulike styresystema stegkoplaren - kva mål han har - korleis han verkar - ulike typar andre typar spesialtilpassa elektroniske styresystem

Kvifor treng vi ein styrekrins? Heilt frå straumen vart oppfunnen, har det vore nødvendig å kontrollere han. I byrjinga gjorde ein det slik at ein berre kutta eller braut krinsen. Det er det same vi gjer i dag. Vi bryt krin­ sen når vi ikkje vil at det skal gå nokon straum, for det er straumen som gir rørsle, varme eller lys. Vi vil ikkje ha lyset ståande på heile tida eller ha varmen på heile året. Derfor må vi kontrollere straumen. Heilt i byrjinga var det ein person som fysisk tok ein av leiarane vekk frå spenningskjelda. Det var den enklaste forma for styring. I dag er det nett det same vi gjer. Men vi må vite når vi skal bryte krinsen, eller sagt på ein

Styresystem

1 01

annan måte: Styresystemet må vite når det skal bryte krinsen. I staden for å ha ein person som står og lyfter av leiaren til spenningskjelda, lagar vi eit styresystem, der ein styrekrins tek seg av oppgåva. Eit styresystem ser på status i anlegget og gjer det nokon har fastsett at det skal gjere, ved ein viss status.

Det er stort sett fire ulike måtar å lage ein styrekrins på: reléstyring, logiske styringar (digitalteknikk), PLS (programmer­ bare logiske styringar) eller direkte i PC med inngangs- og utgangskort. Reléstyringa er av den gamle typen med fysiske kontaktar som opnar og lukkar seg på visse vilkår i anlegget. Dei andre metodane er elektroniske system. I desse styresys­ tema er det ingen brytarar som fysisk opnar og lukkar, men elektroniske komponentar som lagar dei logiske funksjonane. Med elektroniske komponentar tenkjer vi her på passive kom­ ponentar, halvleiarkomponentar, logikkomponentar, integrerte komponentar og elektronrør.

Reléstyring Reléstyring er bygd opp av relé. Eit relé har ein eller fleire kon­ taktar, vanlegvis opne eller lukka. Dei blir styrte av eit anker og ein spole. Spolen får spenning når det er ein spesiell status ute i anlegget, til dømes når eit trykk er for høgt. Når spolen får spenning, går det ein straum gjennom spolen. Denne straumen lagar eit magnetfelt som påverkar fleire anker. Desse ankera blir dregne i ei retning. Ankerrørsla gjer at kontaktane opnar eller lukkar seg.

Anker

Figur 5.1 Relé

Relé blir vanlegvis nytta med låg elektrisk effekt for at dei skal kunne bryte eller slutte kontaktar i krinsar med høg effekt. I si enklaste form er det ein elektromagnet der vi varierer strau­ men i ei vikling. Da får vi eit opplagra anker til å røre på seg

1 02

Reléstyring

slik at det mekanisk legg om kontaktar. Når vi koplar eit relé til kvart målepunkt eller punkt ute i anlegget vi er interesserte i å sjå statusen på, og koplar dei i OG- eller ELLER-funksjonar, lagar dei til saman ein styrekrins. For at motoren skal starte, må alle punkta i ein OG-funksjon vere oppfylte eller eitt av punkta i ein ELLER-funksjon. Alle reléa blir knytte saman med leidningspar eller einskildleiarar. Reléstyring er den mest tradisjonelle forma for styring. Her har vi kompliserte leidningsføringar, og det er mange leidningar som må leggjast om når vi skal endre anlegget. Det tek tid og kostar pengar. Utviklinga i styringsteknikk går mot at dei fysiske måla skal vere så små som råd, men reléstyring må ta mykje plass. Kvart relé har ein viss storleik, og når det blir mange av dei, blir denne styringsforma plasskrevjande. Så lenge det er fysiske rørsler og kontaktar, blir det også slitasje i kontaktpunkt og langs glideflatene. Derfor må vi skifte ut reléa med jamne mellomrom. Utskifting av gamle delar kostar pen­ gar. I motsetnad til dei meir moderne styresystema er det ein komplisert konstruksjonsprosess ved reléstyring. Vi må først teikne eit straumvegskjema og så kople det opp.

I samfunnet i dag må anlegg og produksjonslinjer vere dyna­ miske og billige i drift for at kundane skal bli tilfredse. Derfor blir reléstyring stadig oftare bytt ut med meir dynamiske styre­ system.

Logiske styringar (digitalteknikk) Logiske styringar er bygde opp av tre grunnfunksjonar:

-

ELLER-funksjon OG-funksjon IKKJE- funksjon

Styresystem

103

Digitalteknikk

Relé

ELLER

OG

Termostat 1

Termostat 1

220 V

220 V

-0=1 —

IKKJE

Figur 5.2 ELLER-, OG- og IKKJE-funksjonar for reléstyring og digitalteknikk

Ved hjelp av desse funksjonane er det laga elektroniske krinsar som kan ta logiske avgjerder. Slike krinsar kallar vi logiske portar eller logiske element. Dei blir ofte sette saman på ei sili­ siumbrikke og blir da kalla ein integrert krins. Ein slik inte­ grert krins kan godt ha fleire ulike portar.

Figur 5.3 Korleis ein prosessor er bygd opp med integrerte krinsar

1 04

Logiske

styringar (digitalteknikk)

Når vi skal lage ein styrekrins med slike element, set vi opp dei logiske hendingane i anlegget. Ved hjelp av eit flytskjema eller liknande får vi oversyn over desse hendingane og kriteria. Kva skal skje når? Kva kriterium har vi for at noko skal hende? Dette er fornuftige ting vi må spørje om når vi skal setje opp eit flytskjema. Så set vi portane saman på ein slik måte at dei stemmer med det vi har sett opp. Det finst modular av portar. Slike modular kan vere vipper, teljarar eller liknande. Det er funksjonar leverandøren har sett at mange kundar treng. Vi kan også sjølve lage desse modulane av grunnfunksjonane. I motsetnad til reléstyring har vi her ingen rørlege delar som blir slitne. På same måten som i reléteknikken må vi lage eit straumvegskjema og så fysisk kople opp. Men det tek tid. Ein styrekrins som er bygd opp av logiske ele­ ment, er litt utsett for påverknad av støy frå andre elektriske komponentar. Denne forma for styring kan vere god i styrekrinsar der vi veit heilt sikkert at det ikkje kjem endringar, og der vi skal lage store seriar.

PLS - programmerbare logiske styringar I eit seinare kapittel skal vi gjere grundig greie for korleis ein PLS er bygd opp.

Når vi bruker PLS, får vi ei svært enkel leidningsføring og opp­ kopling. Det blir ein dynamisk styrekrins fordi det er så lett å omprogrammere ein PLS. Ved ei endring treng vi ikkje å gjere noko ute i anlegget. Vi berre hentar inn programmet som ligg i PLS-en, endrar det og sender det attende. Ein PLS blir svært lite påverka av utstyr i nærleiken som gir støy. I PLS-en har vi også mange fleire funksjonar enn ved dei andre systema, til dømes tids-, teljar- og lagringsfunksjonar. Ein PLS er ei svært generell styring, der vi lagar eit program som er tilpassa eit spesielt anlegg. PLS-en er ikkje lagd til rette for kuldeanlegg spesielt, så den tilrettelegginga må vi ta i pro­ grammet. Det kan føre til at vi må kjøpe ein PLS som har mange unødvendige funksjonar, og da blir PLS-en dyrare enn nødvendig. Somme leverandørar av kuldeanlegg har i staden laga elektroniske system som er spesialkonstruerte for over­ vaking, styring og regulering av kuldeanlegg. Eit slikt system er ADAP-KOOL frå Danfoss. Systemet har fleire einingar som er knytte saman med eit buss-system. Det er opp til kvar og ein

Styresystem

105

kor mange og kva einingar som skal nyttast. Vi kan til dømes ha ei overvakingseining og ei reguleringseining. Desse eining­ ane kan koplast saman med ein PC og/eller eit modem. Da har vi fått eit elektronisk system som kan gi alarmar og informasjo­ nar til personalet ikkje berre der anlegget står, men også til moglege servicefolk. Systemet kan også registrere og lagre data for visse periodar som vi kan ha som dokumentasjon.

PC med inngangskort og utgangskort Personlege datamaskinar (PC-ar) blir berre billigare og billig­ are, og minnekapasiteten og farten blir større og større. Når vi lagar eit program for PC-en, er dette også bygt opp av logiske funksjonar, men det er sjeldan vi bruker portar da. Det er gjerne logiske utsegner som «dersom det, så det» og «dersom ikkje det, så det». I ein PC ligg det mange funksjonar som ikkje finst i ein PLS eller andre former for styring. Særleg farten og lagringskapasiteten er store fordelar, og vi kan ta store og tunge rekneoperasjonar i styresystemet. Det er også lett å kom­ binere styresystemet med andre program vi har på PC-en frå før. Men vi må få PC-en til å kommunisere med anlegget. Det gjer vi ved hjelp av eit inngangskort og eit utgangskort. Her går det signal til PC-en og kommandoar til anlegget. Vanlege PC-ar har ein uvane med å hengje seg opp med jamne mellomrom. Dei er heller ikkje særleg glade i støv og vibrasjonar. Derfor har det komme ein variant som vi kallar industri-PC (IPC). Han har ei anna utforming, og både delane og programma er mykje meir robuste. Mange av dei unødvendige funksjonane i ein PC er tekne ut.

1 06

PC MED INNGANGSKORT OG UTGANGSKORT

Fordelar og ulemper ved dei ulike styresystema

Komplisert leidningsføring Stor støyimmunitet Plasskrevjande Slitasje Tidkrevjande konstruksjon

Digitalteknikk S1 ----

Moduloppbygt Ingen slitasje Elektronikk-kompetanse Tidkrevjande dokumentasjon

PLS

S1

S2

K1

HH—IH-( }

Styring med PC/IPC

Enkel leidningsføring Stor støyimmunitet Høve til overordna styring Nøkkelferdig system Programmerbart

Stor støyimmunitet Stort programminne Krev programmerings­ kompetanse Må ofte lagast spesielt Komplisert feilsøking

Figur 5.4 Fordelar og ulemper ved ulike styresystem

Andre elektroniske system Det finst også enklare former for elektroniske system. Danfoss har til dømes ein elektronisk regulator for temperaturstyring, kompressorstyring, ventilatormotorstyring, alarmsignalisering og avrimingsstyring. Her er døme på nokre av bruksmåtane. Styresystem

107

Bruksmåte 1

Bruksmåte 2

Romtemperaturstyring ved nedpumping («pump-down») Naturleg avriming ved nedpumping

Romtemperaturstyring ved nedpumping («pump-down») Temperaturstyrt elektrisk avriming

Romtemperaturstyring ved start og stopp av kompressor Naturleg avriming ved stopp av kompressor

Romtemperaturstyring ved nedpumping Temperaturstyrt varmgassavriming

Romtemperaturstyring ved start og stopp av kompressor Temperaturstyrt elektrisk avriming

Figur 5.5 Døme på bruksmåtar for EKC 201 og EKC 301 frå Danfoss

Stegkoplar Kva ein stegkoplar er, ligg i ordet. Det er ein boks som tek steg på ein eller annan effekt. Stega går opp eller ned alt etter innsignalet. Kor mange steg det skal vere frå 0 til full effekt, er heilt avhengig av kva prosess det gjeld. Nokre prosessar kan takle større sprang enn andre. Når det er snakk om luftbehandling, bør det ikkje vere større sprang enn på rundt 2 °C . Andre prosessar krev enda mindre sprang. Når vi har ein pro­ sess som er tilpassa ein temperaturvariasjon på frå - 20 til +20

1 08

Stegkoplar

°C , må vi ha 20 sprang. Det finst ulike måtar å glatte ut stega på slik at endringa går nesten kontinuerleg. Innsignalet kan anten vere analogt eller tidsproporsjonalt.

Analog stegkoplar Ved analog styring svarer ei spenning på inngangen til eit visst nivå på utgangen. Ofte er det ei spenning på frå 0 V til 10 V som er innsignalet. Det lågaste innsignalet svarer til lågaste utsignal, og eit halvt innsignal gir eit halvt utsignal.

Tidsproporsjonal styringsform Når vi bruker ei tidsproporsjonal styringsform, gir vi anten ein kommando om opp, ned eller inga endring. Opp og ned har kvar sin inngang. Null på begge gir inga endring. Stegkoplaren går eitt og eitt steg oppover så lenge det er eit signal på komman­ doen opp. Når oppsignalet går til null, blir stegkoplaren stå­ ande på det steget han var inntil han får ein ny kommando om å gå opp eller ned. Er det eit signal på opp-inngangen, tek det ei viss tid mellom kvart nytt steg. Denne tida blir stilt inn spesielt for kvart anlegg.

Stega blir laga ved at ein eller fleire av dei tilgjengelege utgangane går høg «1». Det er mengda av nødvendige steg som avgjer kor mange utgangar vi må ha på stegkoplaren. Saman­ hengen mellom utgangane og stega kan variere. Dei aller fleste stegkoplarar kan programmerast til å ha ulike mengder med steg og utgangar per steg. Da må vi passe på at utgangane er kopla til effektar som er så store som mengda av steg og oppkoplingsinstruksane krev.

Rein stegkoplar Alle utgangane er kopla til like store effektar, til dømes 1 kW. Forholdet mellom utgangar, stega og effekten blir slik figuren viser:

Styresystem

109

kWA 4 -

3 Utgang 3 = 1

2 Utgang 2 = 1

1 Utgang 1 = 1

i

i

i

Opp Ned Opp

i

' Ingen

Ned

► Ingen

Tid

Figur 5.6 Rein stegkoplar

Så lenge det er eit signal på opp, er det ein utgang til som går høg. Dersom signalet på opp-inngangen eller ned-inngangen blir liggjende høg, rasar ikkje stega av garde. Det tek ei viss tid mellom kvart nytt steg. Denne tida kan vi variere ved hjelp av ein justeringsskrue. Ved denne måten å kople stegkoplaren på svarer eitt steg til éin utgang. Så lenge alle effektane som er hekta på utgangane, er like store og lik 1 kW, aukar den totale effekten frå effektbatteriet med 1 kW i kvart steg. Til dømes gir sju utgangar med rein stegkoplar sju steg mellom 0 og 7 kW.

Binær stegkoplar Når vi tel binært, har kvar utgang eller plass den dobbelte ver­ dien av plassen til høgre. Plassen heilt til høgre har verdien 1. Plass nr. 2 frå høgre har verdien 2, og vidare blir det 4, 8 ogl6. Dersom vi koplar til effektar på utgangane som svarer til ver­ dien ved binær teljing, kan vi få mange fleire steg og større total variasjon med like mange utgangar enn ved rein stegkopling. Stegkoplaren let utgangane gå høg i kombinasjonar som svarer til den binære verdien på steget.

1 10

Stegkoplar

Figur 5.7 Binær stegkoplar

Også her er det 1 kW auke i kvart steg, men her gir sju utgan­ gar verdiar frå 0 til 128. Med andre ord er det 128 steg mellom 0 og 128 kW. Når vi omprogrammerer og hektar på andre kombinasjonar av effektar, kan vi få denne stegmengda:

11 15 23 31

steg steg steg steg

Som vi forstår, er det mange måtar å kople ein stegkoplar på. Det første kriteriet er kva anlegget, utstyret rundt og funksjo­ nen til anlegget kan tole når det gjeld storleiken på steg og den totale variasjonen det skal vere. Så må vi sjå på dei effektane vi kan få tak i, kva vi har, og kva vi eventuelt må kjøpe inn. Somme kombinasjonar av effektstorleikar kan vere billigare enn andre.

Styresystem

Analog utgang Om overgangane skulle vere for store frå eit steg til det neste, kan vi bruke den analoge utgangen til å glatte ut overgangen mellom kvart steg, både opp og ned. I overgangen mellom kvart steg gir han eit analogt signal som varierer mellom 0 og +10 V. Når stegkoplaren ser at han skal auke den totale utgangseffekten med eitt steg, set han ikkje det nye steget med ein gong. Han let den analoge utgangen gå frå 0 til +10 V. Har vi ein vari­ asjon frå eit steg til det neste på 1 kW, blir den analoge utgan­ gen kopla til ein analog effekt på frå 0 til 1 kW. Den analoge effekten går no frå 0 til 1 kW. Når han er på 1 kW, blir det neste steget lagt inn, og den analoge utgangen går til null. Ligg oppinngangen framleis til 1, byrjar den analoge utgangen på ein ny variasjon frå 0 til 1 kW. Dette skjer opp att heilt til det ikkje lenger er signal på opp-inngangen eller ned-inngangen. Kor fort den analoge utgangen skal gå opp eller ned mellom maksi­ mum og minimum, kan vi justere med ein justeringsskrue på stegkoplaren.

1 kW

1 kW

Figur 5.8 Bruk av den analoge utgangen i kombinasjon med ein rein stegkoplar

12

Stegkoplar

Dersom vi til dømes vil ha sju steg og kvart av stega er på 1 kW, kan vi hekte den analoge utgangen til ein analog effekt som gjer om dei 0-10 V til ein effekt på frå 0 til 1 kW. Spennings- og effektkurvene blir da slik figuren viser.

Styresystem

1 13

Kapittel 6

Styring ved hjelp av PLS

(programmerbare logiske styringar) Når du har lese dette kapittelet, skal du kunne gjere greie for fordelar og ulemper ved bruk av ein PLS skilnader og likskapar mellom ein PLS-krins og ein relékrins - korleis ein PLS verkar - korleis vi koplar opp ein PLS - noko av det vi kan gjere med ein PLS - dei tre mest brukte programmeringsspråka - bruken av absolutte adresser - bruken av symboladresser - inngangar på ein PLS - digitale - analoge - utgangar på ein PLS - digitale - analoge - det binære talsystemet - kva vi kan få til med visualisering - opplæring - dokumentasjon - feilsøking - PLS som erstatning for ein stegkoplar

-

Styring

ved hjelp av

PLS

115

Historikk PLS er ei forkorting for uttrykket programmerbare logiske sty­ ringar. I lange tider har det vore snakk om logisk styring ved hjelp av relé. Denne styringsforma er logisk og enkel, men når anlegga blir store, blir det fort vanskeleg å halde oversyn, sam­ stundes som den store mengda med relé gjer anlegget dyrt. Jamvel om vi berre skal endre litt på eit produkt, må vi ofte gjere store endringar på styrekrinsen. Nesten alle leidningane må leggjast om. For å få anlegga billigare og meir dynamiske utvikla ein så PLS-en. Han kom på marknaden tidleg i 1970åra. Etter den tid har PLS-styring vorte meir og meir nytta i staden for relélogikk. I ein PLS ligg det mange andre funksjo­ nar i tillegg til den reint logiske styringa. Det er mange mate­ matiske funksjonar, tidsfunksjonar og minnefunksjonar i han, så ein PLS kan gjere mykje meir enn det vi kunne før med relé. A overvake og dokumentere kva som skjer i ein prosess, blir også mykje enklare. Sjå elles avsnittet om visualisering. Med ein PLS let vi programmet i PLS-en ta seg av styringa. Med nokre få tastetrykk er programmet omprogrammert for å passe til eit nytt eller eit litt endra produkt. I kuldeteknikken skal det kanskje skiftast ut nokre komponentar, og dei nye kompo­ nentane treng andre eller fleire signal. I tillegg er det ofte slik at kriteriet for kuldeanlegget endrar seg med tida, og det gjer at styresystemet må byggjast om. Med ein PLS blir dette mykje enklare enn med relélogikk. I dag er det kostbart å ha varer på lager. Det blir meir og meir vanleg å produsere for direkte sal i staden. Det krev at produksjonslinjene kan stillast om til pro­ duksjon av små seriar av fleire produkt. Til dette kan vi bruke ein PLS, og det blir samstundes mykje billigare enn relélogikk.

Korleis PLS-en verkar, og PLS-utstyr Ein PLS byter ut den interne koplinga mellom reléa. PLS-en tek for seg prosessordelen av styringa. PLS-en må vite status ute i anlegget for å kunne gi nye kommandoar om kva som skal skje. Statusen i anlegget får PLS-en gjennom å sjå på signalgivarar, som er plasserte på viktige stader i prosessen og på knappar og brytarar på operasjonspanelet. Desse følarane og signalgivarane blir kopla på inngangane til PLS-en. Ut frå pro­ grammet vi legg i PLS-en, spør han no om status og nivå på følarane. Ut frå denne informasjonen og det programmet som ligg i han, avgjer PLS-en kva som skal skje ute i anlegget. For

16

Historikk

at PLS-en skal få gitt kommandoar til anlegget, til dømes at ein ventil skal stengje, at ein motor skal auke turtalet, eller at eit spjeld skal opne seg, må vi kople alle desse komponentane til utgangane på PLS-en. Ein PLS har fire hovudfunksjonseiningar: 1 Styreeininga med programlager (RAM, EPROM) (CPU) 2 Inngangsdelen med klemmer for tilkopling av inngangssignal frå trykknappar, endebrytarar og andre givarar (induktive og kapasitive) 3 Utgangsdelen med klemmer for tilkopling av kontaktorar, magnetventilar og andre pådragsorgan 4 Programmeringseininga for innmating av styreprogram og for redigering og feilsøking

Programmeringseining

Figur 6.1 Skjematisk oversyn over ein PLS med utstyr

PLS-en får informasjon frå givarane i anlegget. Men for at han skal vite korleis han skal arbeide med desse informasjonane, må vi leggje inn eit program. Dette programmet inneheld

Styring

ved hjelp av

PLS

117

logiske funksjonar. Ein slik logisk funksjon er bygd opp av logiske spørsmål og kommandoar. Funksjonen seier til dømes: «Dersom følar nr. 1 har det nivået og følar nr. 2 det nivået, skal ventil nr. 4 stengje.» Ein funksjon har stort sett OG- og ELLERportar og dessutan inverteringar av dei. Det er tre ulike måtar å programmere på: 1 2 3

FBD - Function Block Diagram STL - Statement List LAD - Ladder Logic

Kva måte ein skal bruke, er opp til kvar og ein, men ikkje all pro­ gramvare taklar alle tre språka. Vi kan gjere så å seie det same i alle tre språka. Stigediagrammet (ladderdiagrammet) er laga for å gjere PLS-programmet så likt reléskjemaet som råd. Det har ein stor fordel når vi skal setje inn ein PLS i eit eksisterande anlegg. Vi kan da ta reléskjemaet og meir eller mindre overføre det direkte til PLS-programmet. Vi skal vere litt observante når det gjeld invertering av inngangar og signalgivarar. På eit reléskjema er det visse givarar som står som normalt lukka, til dømes ein stoppknapp. Det er svært lett å invertere denne inn­ gangen, men da blir han invertert to gonger. Vi må sjå på kva som faktisk er signalet. 0 er eit like godt signal som 1, berre vi er sikre på at det er det programmet skal reagere på.

Korleis progrommeringspråka er bygde opp Figurane viser døme på ein enkel styrekrins for ein motor. Først står det med relélogikk og så i alle dei tre ulike språka. Mot venstre

Mot hogre

S1

VdS1

Vd S2

\d S2

Qki

□ K1

Figur 6.2 Reléskjema for styring av ein motor

18

Korleis PLS-en

verkar, og

PLS-utstyr

SIMATIC

...0 Station (1)\CPU314IFM\.■■\OB1 -

07/09/1998 12:48:06

OB1 -

Hame: Author: Time staup Code: Interface: Length (Block / MC7 Code

Family: Version: 00.01 DT#1998-07-09-12:42:17.000 DT#1998-07-09-12:12:44.060 / Data): 00126 00014 00020

Address

Decl.

Name

Type

0.0

temp

OB1_EV_CLASS

BYTE

OB1_SCAN_1

BYTE

OB1 PRIORITY OB1 OB NUMBR OB1 RESERVED 1 OB1 RESERVED 2 OB1_PREV_CYCLE

BYTE BYTE BYTE BYTE

INI

— 1.0 temp

2.0 .0 4.0 5.0 6.0

temp temp t emp

8-°

temp

OBl_MINjacLE

1 fi. A

temp

OB1_MAX_CYCLE

12.0

temp

0B1 DATE TIME

Block: OBl I 0.0 ( Sl I 0.1 ( 32

Initial Valne

Cocnient

Bits 0-3 = 1 (Corning event), Bits 4-7 = 1 (Eveiil dass 1 (Cold restart scan 1 of OB 1), 3 (Sc an 2-n of OB 1) 1 (Priority of 1 is lowest) 1 (Orqanization block 1. OB1) Reserved for system Reserved for system Cycle time of previous OB1 scan (milli seconds) Minimum cycle time of 0B1 (millisecond s) Maximum cycle time of OB1 (millisecond' s) Date and time OB1 started

l'i

DATE AND TIME

Enkel styring av motor. er bryter for dreieretning mot venstre. er bryter for dreieretning mot høyre

Motoren går så lenge en av knappene holdes inne. Trykkes begge inn. stopper motoren.

NetWork:

1

Dreieretnign mot venstre

Symbol Information 10.0 10.1 QO.O

NetWork: 2

Sl S2 M_Venstre

Bryter for dreieretning mot venstre Bryter for dreieretning mot høyre Motoren går mot venstre

Dreiertning mot høyre

Symbol Information 10.0 10.1 Q0.1

Sl S2 M_Høyre

Bryter for dreieretning mot venstre Bryter for dreieretning mot høyre Motoren går mot høyre

Figur 6.3 Siemens FBD PLS-program for styring av ein motor

Styring

ved hjelp av

PLS

119

...0 Station (1)\CPU314IFM\...\OB1 -

SIMATIC

07/09/1998 12:49:33

OB1 -

Name: Author: Time stanp Code: Interface: Length (Block / MC7 Code

Block: OBl I 0.0 T 0.1

( Sl ( S2

Family: Version: 00.01 DT#1998-07-09-12:42:17.000 DT#1998 07-09 12:12:44.060 / Data): 00126 00014 00020

Enkel styring av motor. er bi-yter for dreieretning mot venstre. er br■yter for dreieretning mot høyre

Motoren går så lenge en av knappene holdes inne. Trykkes begge inn, stopper motoren.

NetWork: 1

Dreieretnign mot venstre

"M_Venstre "Sl”

"S2"

Symbol Information Q0.0 10.1 10.0

M_Venstre S2 31

NetWork: 2

"Sl"

Motoren går mot venstre Bryter for dreieretning mot høyre Bryter for dreieretning mot venstre

Dreiertning mot høyre

"M_Høyre"

"S2"

Symbol Information Q0.1 10.1 10.0

M_Høyre S2 Sl

Motoren går mot høyre Bryter for dreieretning mot høyre Bryter for dreieretning mot venstre

Figur 6.4 Siemens LAD PLS-program for styring av ein motor

1 20

Korleis PLS-en

verkar, og

PLS-utstyr

SIMATIC ...0 Station (1) \CPU314IFM\ . ■ ■ \OB1 - 07/09/1998 12:50:44

OB1 -

Name: Author: Ti nr

Family: Version: 00.01 DT#1998 — 07 — 09 —12:42:17.000

stamp Code:

Interface: DT#1998-07-09-12:12:44.060 Length (Block / MC7Code / Data): 00126 00014 00020

Block: OB1 I 0.0 I 0.1

( Sl ( 32

Enkel styring av motor. er bryter for dreieretning mot venstre. er bryter for dreieretning mot høyre

Motoren går så lenge en av knappene holdes inne. Trykkes begge inn, stopper motoren.

NetWork: 1

A AN =

Network: 2

AN A =

Dreieretnign mot venstre

"Sl" ”32" "M_Venstre”

10.0 10.1 QO.O

-- Bryter for dreieretning mot venstre — Bryter for dreieretning mot høyre - Motoren går mot venstre

Dreiertning mot høyre

"Sl" "32" "M_Høyre"

10.0 10.1 Q0.1

-- Bryter for dreieretning mot venstre — Bryter for dreieretning mot høyre — Motoren går mot høyre

Figur 6.5 Siemens STL PLS-program for styring av ein motor

Som vi ser, er programmet bygt opp av adresser og komman­ doar eller operandar og operasjonar. Ein operand er bygd opp av ein bokstav og eit sett med tal. Bokstaven kallar vi operandkjenneteikn. Han fortel kva vi har med å gjere: Er det ein inn­ gang, ein utgang eller eit merke (minne)? Kva dei ulike bok­ stavane tyder, varierer frå leverandør til leverandør, men standarden er no slik:

I = inngang Q = utgang M = merke (minne) Somme leverandørar bruker I = inngang, O = utgang, F - flagg (minne).

Styring

ved hjelp av

PLS

121

Instruksjonar Ein instruksjon er den minste eininga i eit PLS-program og har ein operasjonsdel og ein operanddel.

Styreinstruksjon

Operasjon

Operand

(Kva skal gjerast?)

(Kva skal det gjerast med?)

Operasjonsdelen i ein instruksjon (her eit OG-samband) avgjer kva for ein funksjon som skal gjerast med ein styreinstruksjon når han blir arbeidd med.

Operanddelen i ein instruksjon (i dette tilfellet inngang 10.0) inneheld den nød­ vendige tilleggsinformasjonen. Han har ein kjenneteikndel og ein parameterdel.

Operandkjenneteikn

Operandkjenneteiknet markerer eit område i PLS-en. Her blir det til dømes gjort noko med inngang I. Andre om­ råde er utgangar Q eller merke M.

Parameter

Parameteren er adressa til operanden. Han kan ha byteadresse og bit adresse.

Korleis ein operand er bygd opp

10.2

10.2 Bitadresse: Punkt: Byteadresse: Operandkjenneteikn (områdeindentifikasjon) moglege område:

Bitnummer i ein byte (0...7) Skil byteadresse og bitadresse Nummer i ein gruppe på åtte bitar

Inngangar, utgangar, interne merke, spesialmerke, lagringsområde for variablar

Figur 6.6 Korleis stigeprogrammet er bygt opp

Frå digitalteknikken veit vi at vi organiserer område i bitar og bytar. Det er åtte bitar i ein byte. Biten lengst til høgre har den minste verdien. PLS-adressene er bygde opp på nett same måten. Kvar inngang, kvar utgang og kvart minne er ein bit i ein viss byte. Når vi så skal adressere ein verdi, 0 eller 1, frå ein inngang eller til ein utgang, må vi først seie kva for ein byte og deretter kva for ein bit i byten. Det er det same for minne. Dersom vi bruker fleire inngangar, utgangar eller minne, kan vi lage verdiar ved hjelp av det binære talsystemet. På den måten kan vi lagre til dømes verdien 5 i ein byte. Da er bitane 0 og 2 sette til 1 og resten til null.

1 22

Korleis PLS-en

verkar, og

PLS-utstyr

Talkoden som kjem etter operandkjenneteiknet, kallar vi para­ meter. Her fortel talet føre punktumet kva for ein byte det er, mens talet etter punktum står for biten i den aktuelle byten.

Ein slik operand seier berre kva for ei klemme PLS-program­ met skal spørje etter eller leggje ut ein verdi til. Desse adres­ sene bruker vi når vi koplar PLS-en inn i anlegget. Når vi tek til å programmere, seier ikkje ein operand noko om kva som faktisk er kopla til den klemma. Det er jo det som faktisk er kopla på klemma, som er interessant i samband med program­ met. Vi lagar da ei tilordningsliste over dei komponentane som er tilordna dei ulike inngangane og utgangane. I ei slik tilord­ ningsliste står det ikkje berre kva for ein komponent som er knytt til kva for ein inngang, men også kva for eit symbol som er knytt til den spesielle inngangen. Dette symbolet kan da nyttast for den komponenten i programmet i staden for den absolutte adressa. I programvara frå somme leverandørar er det berre mogleg å ha åtte siffer eller bokstavar i eit symbol, men i ny programvare er det inga avgrensing her. Slike symbol bør vere bygde opp på ein slik måte at ein som er ukjend med programmet og anlegget, lett finn fram i programmet og kvar den aktuelle komponenten er ute i anlegget. Ein del firma har standardar på dette. Somme stader fortel faktisk kvart symbol kvar komponenten er frå, om produsentland, avdeling, anlegg og delanlegg, ja, heilt ned til kva for ei skjene komponenten er fest på. Det blir ofte gjort med talkodar. Det er enklast å setje seg inn i dette dersom det er brukt fornuftige forkortingar.

Ferdigprogrammerte funksjonar I dei aller fleste PLS-ane følgjer det med ferdiglaga programblokker. I mange tilfelle kan det lette programmeringa mykje. Det varierer mykje kva som følgjer med, men oftast er det i alle fall ein PID-regulator. Det kan vere ein nyttig funksjon i sam­ band med styringa av eit kuldeanlegg. PLS-en kan da erstatte ikkje berre styringsreléa, men også sjølve PID-regulatoren. Døme på andre førehandsprogrammerte blokker er klokkefunksjon, posisjoneringsregulering, samanlikningsfunksjonar og teljefunksjonar. Alle desse funksjonane hentar vi fram frå programvara til leverandøren av PLS-en og legg dei inn i pro­ grammet på rett stad.

Styring

ved hjelp av

PLS

123

Programmering og overføring Dei logiske funksjonane som høyrer til eit program, blir pro­ grammerte på ein PC. Hos somme leverandørar kan program­ met simulerast på PC-en før vi testar det på sjølve anlegget. Når programmet er funksjonstesta og vi har funne at det er i orden, overfører vi det til PLS-en gjennom ein adapter som gjer at PC-en og PLS-en kan kommunisere med kvarandre.

Feilsøking Etter at programmet er overført til PLS-en, ønskjer vi ofte å sjå kva som skjer i programmet når anlegget går. Det gjer vi sær­ leg ved feilsøking, anten når det er feil i programmet, eller når det har vorte ein feil ute i anlegget. Da kan vi gå direktekopla (online) med PLS-en. Det vil seie at vi ser kva statusen er på dei interessante inngangane og utgangane nett no. Da ser vi fort kor langt eit signal har komme, eller kva som manglar for at noko skal skje.

Ulike programstrukturar Det er mange teoriar om korleis vi skal organisere eit PLS-program for at det skal fungere på den sikraste måten. Ein av metodane er det vi kallar stegprogrammering. Da deler vi opp prosessen i steg og seier at eit steg ikkje kan starte før det har komme eit kvitteringssignal frå det føregåande steget. På den måten kan vi svært enkelt sjå kvar programmet stoppa, og kva signal det er noko gale med.

Når vi skal byrje å programmere ein PLS, er det viktig å vite korleis PLS-en les programmet. Det er nemleg litt ulikt frå leverandør til leverandør. Det kan vere avgjerande for pro­ gramfunksjonen om vi legg til dømes tidsmålarar (timerar), teljarar eller alle utgangar først eller sist i programmet. For å finne ut korleis kvart program opererer, kan vi kontakte leve­ randøren.

Inngangar Ein PLS arbeider digitalt, det vil seie av eller på. Heile tanke­ gangen med logiske styringar byggjer på veldefinerte signal, som «er» eller «ikkje er». I visse samanhengar ønskjer vi å kunne behandle analoge signal også. For at PLS-en skal kunne

1 24

Programmering

og overføring

arbeide med dei, må dei konverterast til digitale signal. Eit digitalt signal har berre to nivå: HØG/LÅG, PÅ/AV, 1/0, STILL/ TILBAKESTILL. Eit analogt signal kan derimot ha uendeleg mange nivå mellom ein minimumsverdi og ein maksimumsverdi.

Digitale inngangar Digitale signal på ein av inngangane til PLS-en blir definerte som AV når det er mellom - 3 V og +5 V, og som PA når det er mellom +11 V og 30 V. Signal mellom +5 V og +11 V er udefi­ nerte og usikre, og vi bør derfor ikkje bruke dei. Volt i i

30 -

Det faktiske signalet

Korleis PLS-en oppfattar signalet

PLS

Figur 6.7 Nivå for digitale signal

PLS-en ser på potensialet mellom signalet og sin eigen referan­ severdi. Følarane (sensorane) og inngangsmodulen på PLS-en må da ha det same referansepunktet for at eit signal skal bli oppfatta rett. o

Som følar på digitale innganger har vi ofte AV/PA-givarar med utsignal på +24 V, og dei kan vere induktive, kapasitive, lysfølsame, av bimetall eller liknende. Ein signalgivar kan vere ein følar eller ein brytar.

Styring

ved hjelp av

PLS

125

Analoge inngangar Analoge signalgivarar kan også nyttast, men signala frå dei må formast om (konverterast) til digitale før PLS-en kan bruke informasjonen. Denne konverteringa kan ein ekstern A-Domformar (analog-til-digital-omformar) ta seg av, eller vi kan bruke ein spesiell inngang der konverteringa går for seg i PLSen. Eit slikt analogt signal kan vere spenning eller straum. Kva det er, har å gjere med givaren og omformaren vi har. I eit ana­ logt signal endrar verdien seg jamt frå minimum til maksi­ mum. Digitale signal har i utgangspunktet berre to nivå, HØG eller LAG. For at vi skal kunne skildre ulike verdiar med berre to nivå, må vi bruke ein kombinasjon av høge og låge signal. Det er derfor laga eit talsystem med berre 1 og 0, og vi kallar det naturleg nok det binære talsystemet. Det er bygt opp rundt 2X , bitar og bytar. Det er åtte bitar i ein byte, og kvar bit er eit signal, mens kombinasjonar av dei blir verdiar. Når vi set inn tal frå 0 til uendeleg for x, blir 2X = 1, 2, 4 ,8, 16 og så vidare. Dette er verdien bitane frå høgre mot venstre står for. Når vi så kombinerer dette, kan vi få alle heiltala. Kva denne verdien representerer, om det er volt, ampere, skruemengd eller gradar celsius, må vi fortelje PLS-en dersom det er nødvendig. Men oftast må vi berre informere PLS-en om korleis signalet er, om det er volt eller ampere han skal lese. Ein analog inngang kan forme om anten eit spenningssignal eller eit straumsignal. Ver­ diane ligg ofte mellom 0 og +10 V og mellom 4 og 20 mA. Begge desse signala får ein tilhøyrande verdi i programmet. 27

2^ 2^ 2$ 22 21 2^

00000000 Bit Byte

Total Tital 0000000 o| =0

00000001 00000010 0 0 0 0 0 0 1 1 00000100 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 00000111

=1 =2 =3 =4 =5 =6 =7

Figur 6.8 Det binære talsystemet

Digitale signal går i steg, men har vi mange nok små steg som endrar seg fort nok, verkar det som det går jamt frå minimum til maksimum. Tappar vi vatn i eit badekar frå springen, har vi ein analog verdi på nivået i karet. Auser vi derimot vatnet opp i badekaret med ei teskei, er det eigentleg digitalt. Nivået i

126

Inngangar

badekaret har faste nivåsteg, men dei er så små i høve til stor­ leiken at det ser ut som om nivået endrar seg jamt. Vi er ikkje i stand til å sjå nivåskilnaden frå teskei til teskei. Derfor verkar nivået i badekaret framleis analogt. Det er det same som skjer når vi konverterer eit analogt signal til eit digitalt. Vi deler det opp i mange nok små signal og sender dei ut fort nok til at dei verkar som ein jamn straum.

Figur 6.9 Digital tilnærming til eit analogt signal. Blir søylene smalare, blir tilnærminga betre

I PLS-en stiller vi eit minneområde til disposisjon for den ana­ loge inngangen, til dømes eit ord (16 bitar). I nokre PLS-ar er verdiområdet definert på førehand, men er det ikkje det, må vi definere verdiområdet for inngangen. Med 16 bitar har vi no 65 536 nivå mellom maksimum og minimum. Har vi ein varia­ sjon frå -10 V til +10 V, fortel vi det til PLS-en, og ein spenningsverdi på inngangen får ein tilhøyrande talverdi i pro­ grammet. Ein samanheng mellom spenningsverdiar og talverdiar på ein analog inngang er vist på figur 6.10. Spenningsforhold c o 20,

S w, ? U 0,00 c CD S-i -io,oo 9- c -20,00

Talverdi til den analoge utgangen (i 1000)

Figur 6.10 Samanhengen mellom ei spenning og ein talverdi på ein analog inngang

Signalgivarar her kan vere følarar for til dømes temperatur, gass, trykk og luftmengd.

Styring

ved hjelp av

PLS

127

Utgangar Digitale utgangar Den digitale utgangen på dei aller fleste PLS-ane er for 24 V og maksimalt 500 mA. Ein del utstyr skal ha +24 V og dreg ikkje meir enn 500 mA. Slikt utstyr kan hektast direkte på utgangen til PLS-en. Ofte må vi ha kontaktorar, relé, tyristoreiningar eller andre former for forsterking mellom utgangen og kompo­ nenten. Digitale utgangar er ofte nytta til lys, lyd, retning, avog på-signal og open- og lukka-signal.

Analoge utgangar I mange tilfelle ønskjer vi fleire nivå på ein utgang, til dømes dersom vi skal styre turtalet på ein viftemotor. Da tek vi i bruk ein analog utgang. På same måten som ved ein analog inngang tilordnar vi eit minneområde i PLS-en og fortel dessutan kva for eit verdiområde utgangen skal ha. Utgangen leverer da spenning som blir brukt til å styre ein effekt- og proporsjonalitetsforsterkar. På figur 6.11 ser du samanhengen mellom spen­ ning frå ein analog utgang og den verdien som er lagd til han. Dette dømet er på ein utgang som går frå -10 V til +10 V. Spenningsforhold

c 20,00 run

blå

5lt blå

r aud

>run

t)r jn

raud raud

)ls

JU

gul

raud

jrøn

c r