3. Instrument System I
3.2 LabVIEW
3.2.7 Styrning reaktor II(omröraren) och vattenpump2
Omröraren består av en motor, en motorstyrenhet med frekvensomrikatare och en blandare.
Genom att ändra frekvens kan man kontrollera varvtal för mixern/blandaren. Frekvensen hos omröraren bestäms av inspänningen till motorregulatorn. Genom att ändra utspänningen från DAQ-kortet så kan vi ändra blandningsvarvtalet. Man vill göra utgången ändringsbar, därför finns en numerisk styrenhet framför varje DAQ-assistents utgång. Ändras styrvarvtalet på frontpanelen (Fig.29), så ändras utspänningen, vilket leder till att hastigheten eller frekvensen på motorn ändras.
Fig.28 Blockdiagram omröraren
32
Fig. 29 Frontpanel omröraren
33 3.2.8 Feedback reaktor I
Visar information kring reaktor I, datorn får respons från alla enheter genom signaler.
Fig.30 Blockdiagram Feedback
34 3.2.9 Feedback reaktor II
Visar information kring reaktor II, datorn får respons från alla enheter genom signaler.
Fig.31 Blockdiagram Feedback
35 3.2.10 Flödesmätaren reaktor I och reaktor II
Signaler skickas in till datorn, som registrerar mätvärden för flödet genom flödesmätarna via RS232, sedan loggar datorn mätvärden för flödet med avseende av tiden, då kan man se det totala flödet i processen.
Man kan även se och studera temperatur, tryck, gas, gastemperatur och volymflöde med hjälp av flödesmätaren
Fig.32 Blockdiagram flödesmätare
36
Fig.33 Frontpanel flödesmätaren
37 3.2.11 Loggar/sparar
Alla enheter i processen sänder signaler in till datorn och datorn loggar all information på en mapp, där kan man analysera informationen. När man analyserat och gått genom
informationen, kan man se vad och var i processen fel uppstår och åtgärda det.
Fig.34 Blockdiagram log
38
Fig.35 Blockdiagram log
Fig.36 Frontpanel Log
39 3.2.12 Larm
Fig.37 Blockdiagram Larm
Fig.38 Frontpanel Larm
40
4. Uppbyggnad av System II för biogasproduktion 4.1 System II
Fig.39 Översikt anläggningen
4.2 Ingående komponenter
Objekt ID Data
1. Substrattillförsel Manuellt
2. Vattenpump Hagen Aqua Clear 24V 1A
3. Vattenbad GrantOLS200 230V
4. Frekvensomriktare INE 230V
5. Elvärmare 230 V, 1.5kW
6. Lakbäddspump SK 80S/4 3x230 V
7. Belastningspump 71A-6 400V
8. Bortledning av gas Manuellt
9. Flödesmätare Lakbädd Alicat Scientific M-500SCCM_D 24V 1A
10. Avfuktning av rågas Slang
11. DB9-mini DIN dropbox 24V 1A
12. Spänningsaggregat 2x30V 3A
13. Dator/Reglerprogram 230V 1.8A
Hyperlänkar finns för de understrukna objekten
41
4.2.1Beskrivning av System II med reaktor lakbädd och reaktor UASB (Fig.39)
Fig.39 visar att lakbäddsreaktorn bland annat innehåller ett värmeelement som ligger i botten tillsammans med en doppvärmare och de används för att stabilisera temperaturen för
mikroorganismerna. Vid sidan av lakbäddsreaktorn är en termostart installerad som är kopplad till värmeelementet. Termostarten är inställd på ett temperaturgränsvärde vilket gör att värmeelementet går igång när temperaturen understiger det satta gränsvärdet och stängs av när temperaturen kommer upp i gränsvärdet igen.
Nivågivaren kontrollerar mängden substrat i lakbädden. Den skickar signaler till PLC:n för att avbryta processen vid för liten mängd substrat för att sedan återstartas när lakbädden är påfylld.
Flödet genom processen styrs av lakbäddspumpen (objekt 6) och belastningspumpen (objekt 7) som uppfyller olika funktioner i flödesprocessen. Båda pumparna är kopplade till separata frekvensomriktare. De är manuellt inställda, så att man kan styra varvtal för pumparna genom att variera frekvensen.
Vid lakbäddsreaktorn är lakbäddspumpen inkopplad. Den används till recirkulering kring lakbädden där substratet flödar genom den smala slangen med grå färg. Lakbädspumpen har enbart en uppgift, vilket är att cirkulera substratet runt lakbädden på grund av masstransport skäl. Efter att substratet har analyserats i lakbädden är det redo att föras vidare till den andra reaktorn. Belastningspumpen pumpar då substratet vidare till en tredje reaktor, metanreaktorn (UASB). När substratet förts vidare kopplas Lakbäddspumpen bort. Endast
belastningspumpen, som pumpar substratet runt reaktor UASB och Lakbäddsreaktorn genom ventilväxling av flödet, används.
Det går inte att använda belastningspumpen för att cirkulera flödet runt båda reaktorerna konstant då hydrolusen i lakbäddsreaktorn gör att löst organsikt material ökar. Detta gör att mikro-organismerna i metanreaktorn kan få för mycket mat.
De bakterier som finns i lakbäddsreaktorn utför förarbetet med nedbrytningen av substratet.
Sedan pumpas det vidare med belastningspumpen till metanreaktorn. Mikroorganismerna i metanreaktorn slutför nedbrytningen av substratet och biogas produceras.
42
Temperaturgivare (T1,T3,T4) Pt-100 mäter temperaturen på olika ställen av rören eller i processen. T4 mäter temperaturen från lakbäddsreaktorn, T3 mäter temperaturen innan reaktor UASB och T1 mäter temperaturen ut från reaktorn UASB. Temperaturen i reaktorn UASB är viktigt att hålla reda på eftersom slutproduktionen sker där.
Vidare finns det två el-värmare vid reaktorn UASB genom vilka flödet passerar på vägen in till reaktorn. värmarnas uppgift är att hålla värmen stabil för bakterierna i reaktorn. El-värmarna är insatta på ett temperaturvärde 40°C där T3 fungerar som en termostart. Signaler till PLC:n skcikas då temperaturen understiger det satta värdet. PLC:n i sin tur, aktiverar ett relä varvid el-värmarna sätts i gång och stängs av när temperaturen är återställd.
Vattenpumpen och vattenbadet vid sidan av reaktorn UASB är till för att cirkulera vatten i slangen som går runt hela reaktorn. Detta för att minska värmeflödet som uppstår när flödet passerar genom reaktorn och ger upphov till temperaturnedstigning i reaktorn UASB.
DIN dropbox (objekt11), kopplingslådan, är till för spänningsförsörjning för flödesmätarna (objekt9). DIN dropbox är kopplad till spänningsaggregatet (objekt12) och till datorn (objekt13) som registrerar mätvärden av flödet genom flödesmätarna via RS232 (seriell kommunikation). Sedan loggar datorn mätvärden av flödet med avseende av tiden vilket gör att man kan se det totala flödet i processen.
43
4.2.2 Reaktor lakbädden och metanreaktor UASB (Up-flow Anaerobic Sludge Blanket)
Fig.40 Lakbädden
Fig.41 UASB
44
4.2.3 Lakbäddspumpen
Fig.42 Lakbäddspumpen
Lakbäddspumpen med dubbelpump är en kortsluten asynkronmotor som används för att recirkulera substratet runt lakbäddsreakotorn. Pumpen är i drift bara när substratet cirkuleras runt lakbädden annars är den avstängd.
45
4.2.4 Belastningspumpen
Fig.43 Belastningspumpen
Belastningspumpen är alltid i drift och används dels för att pumpa substratet genom reaktor UASB och dels för att pumpa substratet genom båda reaktorerna vid ventilväxling.
46
4.2.5 Frekvensomriktaren till belastningspumpen
Fig.44 Frekvensomriktaren
Fig.45 Skåp
Frekvensomriktaren och skåpet som innehåller PLC:n, 24Volt AC/DC (växelspänning som omvandlas till likspänning) omvandlaren är monterade på baksidan av metanreaktorn UASB.
47
5. Resultat
Resultatet av denna studie som tagits upp i rapporten blev följande:
Ett nytt elektriskschema
Sedan projektet av biogasanläggningen sattes igång så har den förändrats bitvis. Från början hade man bara Lakbäddsreaktorn och UASB reaktorn men senare tillkom även Reaktor I och reaktor II. Det innebar att många nya apparater tillkomit med fler mätledningar och el-kablar vilket ledde till att ett nytt elektriskschema behövdes.
Uppbyggnadsritning av systemen
Det har tillkomit många nya apparater som fullbordade systemen. Det behövdes en ny
översiktsbild för att kunna se hur alla objekt hänger ihop och hur systemen är uppbyggt. Med identifiering av komponenter, utrustningar samt hur de är sammanfogade samt utförlig
information om dem med hjälp av hyperlänkarna Teknisk beskrivning av systemen
En kort beskrivning av systemen och dess funktion vilket saknades tidigare.
En ny mjukvaruprogrammeringsbeskrivning
Innan hade man bara förslag på hur man skulle gå tillväga för att programmera enheterna så att systemen skulle fungera. Man började programmera varje enskild enhet i systemen vilket ledde till att det blev många programmeringar på olika platser och mappar. Vissa av
programmeringarna var fel men under tiden åtgärdades det. Nu är alla enheter programmerade och finns på en och samma plats med en kortfattad beskrivning vilket underlättar förståelsen för hur enheterna samt systemen är programmerade.
Detaljerad dokumentation av biogasanläggningen
Inriktningen av min studie var att kartlägga och dokumentera biogasanläggningen vilket nu är genomfört.
48
6. Sammanfattning
Målet var att med hjälp av elscheman, ritningar och bilder försöka klargöra den elektriska funktionen för biogasanläggningen och på så sätt underlätta för de som deltar och arbetar med projektet. Arbetet beskriver även funktionen av den elektriska delen av anläggningen som kablage och inkoppling av trefasnätet.
Elinstallationen i anläggningen borde ha gjorts med bättre dokumentation från början.
Kabelledningarna saknade numering med tillhörande elektriska scheman. Ett flertal kablar borde läggas upp på en kabelstege i taket i stället för nere på golvet. Detta kommer förmodligen att ändras inom en snar framtid.
Biogasanläggningen är en experimentell anläggning som är i ständigt förändring. Det har lett till att nya utrustningar tillkommit, elinstallationen ändrats, systemen ändrats och även
mjukvaruprogrammet korrigerats under tiden. På grund av förändringarna har man ibland fått problem med system I eftersom apparaterna som ingår i systemen är mjukvaruprogrammerade och är känsliga för förändring. Det gör det svårt och krångligt för dem som inte har kunskaper inom programmering. Vilket leder till att, om något går fel under drift av processen så är det svårt att åtgärda det.
49
7. Slutsats och diskussion
Inriktningen av min studie var att kartlägga, dokumentera biogasanläggningen och komma med förslag på eventuella förbättringar och åtgärder för att underlätta arbetet med projektet.
Fokus låg först och främst på att kartlägga och dokumentera anläggningen.
Slutsatsen av min studie är att man kan förbättra den elektriska delen av biogasanläggningen så att man lättare kan få en inblick av det samt kvalitén av systemen.
Vid den andra sidan av anläggningen i närheten av system II finns det gott om plats till att montera ett nytt automatskåp. I det nya automatskåpet kan man flytta in några enheter som t.ex. frekvensomriktarna som är involverade i system II, skåpet(Fig.45) som innehåller PLC:n, AC/DC omvandlaren med mera. Det skulle underlätta projektet markant genom att man samlar ihop viktiga enheter som tillhör system II på en och samma plats/avdelning. I det gamla automatskåpet kan man ha kvar enheter som har med system I att göra och på så sätt får man bättre struktur som gör att man lättare kan analysera och observera systemen. Det blir mindre rörligt i anläggningen, man får en bättre översiktsbild av den elektriska delen
I nuläget använder man bara system II för produktion av biogas, medan system I där reaktor I och reaktor II ingår inte är driftsatt. Systemen är mjukvaru programmerade vilket kräver att man är insatt och kunnig på programmvaran. Det kan leda till att man får svårt att hantera problem som uppstår i processen under driftsättning .
Man kan även få problem med de apparater som ej är drifsatta vilket kan medföra att deras livslängd minskar samt att de eventuellt börjar fungera dåligt som i vid uppstart. Man kan undvika de här problemen om man underhåller apparaterna och driftsätter system I emellanåt så att apparaterna och mjukvaruprogrammet får arbeta. Det är viktigt för
mjukvaruprogrammet att man testkör emellanåt så att prestandan ökar och att man är insatt i programmet.
Överlag så är dokumentationen av biogasanläggningen genomförd och de inblandade på bioenergiavdelningen får nu ett bättre översiksbild av systemet kring reaktorerna och bättre inblick av anläggningen elektriskt och tekniskt sätt.
50
51