MKK Kühlanlage TTF 2 Heliumkompressoren

1. MKKKühlanlageTTF 2 Heliumkompressoren Gebäude 47a Schichtvortrag

2. MKK 1 - Automation und Leittechnik Wichtige Sicherheitsbestimmungen • Arbeiten, Bedienung und Einstellungen dürfen nur von qualifizierten Fachkräften vorgenommen werden! Sie müssen alle Funktionen der Anlage kennen, damit keine Gefahren für Personen oder Sachschäden entstehen. • Die Behebung einer Störungsursache kann dazu führen, dass die Anlage wieder selbstständig anläuft! Schichtvortrag

3. MKK 1 - Automation und LeittechnikInhalt 1: • Beschreibung der Anlage • Prinzipieller Aufbau • Die Kühlkreise • Kühlturmkreis • Kompressorkreis • Funktionsbeschreibung • Betrieb • Automatisches Auffüllen • Automatisches Entleeren • Frostgefahr • Temperaturregelung Kompressorkreis (B 40) http://www-mkk/Kontrollen Schaltschrank: Kühlanlage TTF 2 Helium-Kompressoren Schichtvortrag

4. MKK 1 - Automation und LeittechnikInhalt 2: • Funktionsbeschreibung • Regelung Leitfähigkeit (B 30) • Sollwertumschaltung Druck (B 45) • Operator-Panel OP 27 • Warnhinweise • Allgemein • Allgemeine Bedienung • Navigation • Spezielle Bedienfunktionen Kompressorkreis-Pumpen mit HYDROVAR Regeleinheit Schichtvortrag

5. MKK 1 - Automation und LeittechnikInhalt 3: • Bussysteme • Profibus • MPI-Bus • RS 485 - Schnittstellen • Industrial Ethernet • Übersicht • EPICS • Aufruf • Kühlturmkreis • Regler Frequenzumrichter Ventilatoren • Kompressorkreis • Regler Absalzung Y 1.0 Schichtvortrag

6. MKK 1 - Automation und LeittechnikInhalt 4: • EPICS • Alarmhandler • Strip History UNIX • Anlagenbilder • Schaltschrank • Kompressorhalle • Komponenten im Kühlturmkreis • Kühlturmkreis-Komponenten • Verantwortliche Personen Schichtvortrag

7. Prinzipeller Aufbau • Die Anlage ist im Gebäude 47a zwischen der PETRA Halle NO und dem TTF 2-Tunnel zur Expo-Halle aufgebaut. Sie dient zur Kühlung der Helium-Kompressoren für TTF 2. • Es sind zwei Kühltürme auf dem Dach des Gebäudes, zwei Kühlturmpumpen, zwei Wärmetauscher, und vier Kompressorpumpen im Gebäude installiert. • Wassertechnisch besteht die Anlage aus zwei Kühlkreisen. Der Kühlturmkreis und der Kompressorkreis sind durch die zwei Wärmetauscher voneinander getrennt. Dies ist notwendig weil im Kompressorkreis ein höherer Druck “gefahren” werden muss. Schichtvortrag

8. Die Kühlkreise • Kühlturmkreis • Regelung der Kompressorkreis-Temperatur (B 40) durch 4 Ventilatoren die mit Frequenzumrichtern angesteuert werden. • Kompressorkreis • Druck-Regelung durch 4 Kompressorkreis-Pumpen mit angeflanschten HYDROVAR-Regeleinheiten. Sie sind über eine RS 485-Schnittstelle miteinander verbunden und können unabhängig von der SPS die Regelung übernehmen und zusätzlich Pumpenwechsel nach Betriebsstundenintervallen ausführen. Schichtvortrag

9. Funktionsbeschreibung • Betrieb • Im Normalbetrieb läuft eine Kühlturmpumpe und alle vier Ventilatoren werden parallel von einem Regler angesteuert. Hierzu müssen die Bypassklappen Y 1.1 und Y 1.2 geschlossen sein. • Im Schwachlastbetrieb wird die Freigabe der Frequenzumrichter weggenommen, die FU‘s fahren auf ihre Minimalfrequenz, gehen dann in die Betreibsart „rdy“, jetzt werden die Bypassklappen Y 1.1 und Y 1.2 geöffnet. • Im Winterbetrieb wird die Freigabe der Frequenzumrichter weggenommen, die FU‘s fahren auf ihre Minimalfrequenz, gehen dann in die Betreibsart „rdy“, jetzt läuft für eine bestimmte Zeit nur warmes Wasser zum abtauen über die Brause, es sei denn die Temperatur im Kompressorkreis steigt über eine eingestellte Grenze. Dann geht die Anlage wieder in den Normalbetrieb. Der Winterbetrieb ist nun je nach Außentemperatur (B 38) für eine bestimmte Zeit gesperrt. Schichtvortrag

10. Funktionsbeschreibung • Automatisches Auffüllen • Wenn die Anlage leer ist kann durch betätigen des Softkey “Füllen Start” die Anlage automatisch aufgefüllt werden. Der Vorgang ist beendet wenn eine Kühlturmpumpe im Dreieck läuft. • Der Vorgang kann mit dem Softkey “Füllen Stop” unterbrochen werden, wenn Probleme auftreten z.B. Wasseraustritt. Der Zustand des “Automatischen Auffüllen” wird durch ein dynamisches Feld am OP angezeigt. Schichtvortrag

11. Funktionsbeschreibung • Automatisches Entleeren • Wenn die Anlage für Wartungsarbeiten oder im “shut down” entleert werden soll wird dies durch den Softkey “Leeren Start” eingeleitet und bis zur Meldung “Anlage Leer” abgearbeitet. Es beginnt mit dem Abschalten der Kühlturmpumpen. • Der Vorgang kann mit dem Softkey “Leeren Stop” unterbrochen werden. Der Zustand des “Automatischen Leeren” wird durch ein dynamisches Feld am OP angezeigt. Schichtvortrag

12. Funktionsbeschreibung • Frostgefahr • Da einige Rohrleitungen im Außenbereich verlaufen, muss bei entsprechenden Temperaturen dafür gesorgt weren, dass sie nicht einfrieren. • Füllleitungen • Sie werden automatisch entleert, wenn die Niveaus beider Kühltürme OK sind, indem zuerst Y 2.0 geschlossen wird und dann die Magnetventile Y 2.1 und Y 2.2 und das Kugelventil Y 4.0 geöffnet werden. Schichtvortrag

13. Funktionsbeschreibung • Frostgefahr • Kühltürme mit Saug- und Druckleitungen • Da hier im Normalfall das Wasser zirkuliert, müssen sie nur entleert werden, wenn die Kühlturmpumpen ausfallen oder abgeschaltet werden. Hier wird zuerst ein Timer gestartet, bevor das Entleeren anläuft. Während dieser Zeit hat man die Möglichkeit wieder eine Pumpe einzuschalten. Wird während dieser Zeit keine Pumpe wieder zugeschaltet, schließt zuerst Y 2.0 und dann werden die Magnetventile Y 2.1, Y 2.2 und die Kugelventile Y 3.0, Y4.0 und Y 5.0 geöffnet, bis die Kühltürme und die Rohrleitungen im Außenbereich entleert sind. !! Die Kompressorpumpen fallen auch nach einer gewissen Zeit aus, wenn keine Kühlturmpumpe läuft!! Schichtvortrag

14. Funktionsbeschreibung • Temperaturregelung Kompressorkreís (B 40) • Im Normal-Betrieb werden die vier Ventilatoren über einen Regler in der Frequenz geändert um die Temperatur im Kompressorkreis konstant zu halten. Dies ist nur der Fall wenn die Rücklauftemperatur (B 46) um eine bestimmte Schwelle (Befh=0.5°C) höher ist als der Sollwert. • Im Schwachlast-Betrieb, Rücklauftemperatur (B 46) ist <= Sollwert + Schwelle (Befl=0.1°C), dann wird die Freigabe der Ventilatoren weggenommen und die Bypassklappen Y 1.1 und Y 1.2 geöffnet. • Im Winter-Betrieb wird in Abhängigkeit von der Außentemperatur (B 38) die Freigabe der Ventilatoren weggenommen und für eine festgelegte Zeit (t Wi=2Min) das Wasser über die Brause geleitet. Abgebrochen wird dieser Zustand, wenn die Vorlauftemperatur (B 40) zu groß wird (Rfh=1°C). Der Winterbetrieb kann erst nach einer Sperrzeit t sp x (1=2h/2=1h/3=30’/4=20’)erneut ablaufen. Schichtvortrag

15. Funktionsbeschreibung Schichtvortrag

16. Wärmetauscher, Vorratsbehälter; Regelklappe Y 1.0 Funktionsbeschreibung • Leitfähigkeitsregelung Kühlturmkreís (B 30) • Mit einem Standard Software-Regler “CONT_S” wird die Leitfähigkeit mit der Regelklappe Y 1.0 auf 1.6 mS/cm konstant gehalten. Schichtvortrag

17. Funktionsbeschreibung • Sollwertumschaltung Druck Kompressorkreís (B 45) • Mit Standard Software-Bausteinen “SP_GEN und LIMALARM” wird der 2. Sollwert je nach Kühlleistungsbedarf automatisch geändert, um Energie einzusparen. Wenn die Differenz zwischen Rücklauf und Vorlauf eine einstellbare obere Grenze überschreitet wird der Druck-Sollwert sofort hochgefahren, wenn die Differenz eine untere Grenze für eine bestimmte Zeit unterschreitet, wird der Druck-Sollwert heruntergefahren. Wird beim verfahren eine kritische Frequenz der Kompressorpumpen erreicht, fährt der Sollwert automatisch einen Schritt wieder hoch. Schichtvortrag

18. Funktionsbeschreibung • Sollwertumschaltung Druck Kompressorkreís (B 45) Einstellbarer Druck (hoch) Fahr-Befehl (bei kritischer Frequenz) Rückmeldung Kompressorpumpen-Frequenz Einstellbarer Druck (niedrig) Fahr-Befehl (bei Kühlleistungsbedarf) Schichtvortrag

19. Operator Panel “OP 27” • !! ACHTUNG !! • Alle Funktionstasten und Eingabefelder die auf das Steuerungsprogramm wirken sind Passwort geschützt. • Das eingegebene Passwort wird für einen Zeitraum von 10 Min. nach der letzten Betätigung einer Taste gespeichert. • Während dieser Zeit wirken alle Eingaben ohne Rückfrage! Schichtvortrag

20. Operator Panel “OP 27” • Allgemein • Für das Bedienen und Beobachten der Anlage ist das OP unbedingt erforderlich. Hier werden Wert eingestellt, Komponenten bedient, Prozesse gestartet und gestoppt. Bei dieser Anlage ist die Bedienung für einige Komponenten nur noch über das OP möglich und nicht mehr über Taster bzw. Schalter am Schaltschrank. Schichtvortrag

21. Alpha-Numerische Tasten Einschalten Umschalten Alpha-Tasten Escape-Taste (Abbrechen) Acknoledge Quittieren wenn LED leuchtet SM-Seite/Puffer Datum/Uhrzeit anzeigen Enter Eingabe bestätigen BM-Seite/Puffer Monitor Dunkelschaltung Störmeldepuffer löschen (Nur Superuser) Help Hilfe aufrufen wenn LED leuchtet Alpha-Tasten abwählen Betriebsmeldepuffer löschen (Nur Superuser) Operator Panel “OP 27” • Allgemeine Bedienung Schichtvortrag

22. Global Softkey Hand/Autom. Kugelventile LED leuchtet = Automatik Global Softkey Hand/Autom. Regelklappen LED leuchtet = Automatik Kühlturm Kühlturm- pumpen Passwort MKK2 Regler- anwahl Regler Y 1.0 2 Std. Kurve Kühlturmkr. Regelklappen Hand 24 Std. Kurve Kühlturmkr. Global Softkey Interner/Externer Druck Sollwert Kompressorkreis-Pumpen LED leuchtet = Extern Kompressor- kreis Wärme- tauscher Passwort „Superuser“ Regler FU Lüfter Passwort MKK2 2 Std. Kurve Kompr.kr. Kompr.Kr. Druck einstlg. Füllen Leeren Passwort „Superuser“ 2 Std. Kurve Kompr.kr. 4 Min. Kurve P Kompr.kr. Kugelventile Hand System- Einstellungen Operator Panel “OP 27” • Navigation Schichtvortrag

23. Operator Panel “OP 27” • Spezielle Bedienfunktionen • Kugelventile Hand • Voraussetzung hierfür ist, dass die LED am Softkey K1 nicht leuchtet. Nun hat die Steuerung keinen zugriff mehr auf alle Kugelventile. Wenn man jetzt das Bild “Hand” aus “Füllen Leeren” aufruft, können alle Kugelventile über die entsprechenden Softkeys bedient werden. Achtung nach dem Bedienen K1 wieder betätigen, um den Zugriff für die Steuerung wieder freizugeben. • Regelklappen Hand • Voraussetzung hierfür ist, dass die LED am Softkey K2 nicht leuchtet. Nun hat die Steuerung keinen zugriff mehr auf alle Regelklappen. Wenn man jetzt das Bild “Regelklappen Hand” aufruft, können alle Klappen über die entsprechenden Softkeys bedient werden. Hier sind die Softkeys als Taster programmiert und wirken am Softwareregler. Dieser sperrt für eine angezeigte Zeit die nächste Ansteuerung. Achtung nach dem Bedienen K2 wieder betätigen, um den Zugriff für die Steuerung wieder freizugeben. • Interner Sollwert Kompressorkreis-Pumpen • Mit dem Softkey K 10 kann der Druck-Sollwert auf intern umgeschaltet werden. Wenn die LED nicht leuchtet wirkt nur der programmierte Sollwert der HYDROVAR-Regeleinheit. Schichtvortrag

24. Bussysteme • Profibus • Drei WAGO-Buskoppler mit Digitalen und analogen I/O-Modulen zum Steuern und Regeln der Anlage • Ein SCHNEIDER-Electric Modul zur Ankopplung der vier Frequenzumrichter für die Ventilatoren (noch nicht in Betrieb) • MPI-Bus • Kommunikation zwischen Steuerung (CPU 314C-2 DP) und OP 27 • RS 485 Schnittstelle nach ISO 1745 • Kommunikation der HYDROVAR-Regeleinheiten untereinander zur Druckregelung und automatischem Pumpenwechsel nach Betriebsstundenintervall. Schichtvortrag

25. Bussysteme • Industrial Ethernet • Ein S7 CP 343-1 IT für Industrial Ethernet ISO und TCP/IP Protokoll zur Datenübertragung an das Kontrollsystem EPICS und Uhrzeitsynchronisation vom ER 1 (BKR). Schichtvortrag

26. CP 143 ER 1 (BKR) mkkPPC02 Geb. 55 Industrial Ethernet Profibus OP 27 WAGO Feld 1 Adr. 3 WAGO Feld 2 Adr. 4 SCHNEIDER Feld 2 Adr. 6 WAGO Feld 3 Adr. 5 ALTIVAR 28 Feld 1 2A1 ALTIVAR 28 Feld 2 2A2 ALTIVAR 28 Feld 2 2A3 ALTIVAR 28 Feld 2 2A4 HYDROVAR Regeleinheit M 4.1 HYDROVAR Regeleinheit M 4.2 HYDROVAR Regeleinheit M 4.3 HYDROVAR Regeleinheit M 4.4 Bussysteme • Übersicht CPU 314C-2 DP MPI 2 DP 2 CP 343-1 IT Schichtvortrag

27. Hier klicken für das Übersichtsbild TTF 2 Helium Kühlange Geb. 47a EPICS • Aufruf Schichtvortrag

28. EPICS • Kühlturmkreis Schichtvortrag

29. EPICS • Regler FU‘s Ventilatoren Schichtvortrag

30. EPICS • Kompressorkreis Schichtvortrag

31. EPICS • Regler Absalzung Y 1.0 Schichtvortrag

32. Alarmhandler • TTF 2 Heliumkühlung im ALH Schichtvortrag

33. Sollwert+einstellbarer oberer Wert Am OP einstellbarer Wert für die Druckumschaltung Festt programmierte Werte Sollwert+einstellbarer unterer Wert Sollwert+0,5°C Sollwert+0,1°C Strip History UNIX • Betriebsarten Schichtvortrag

34. Feld 1: Leistungsschalter; FU 2A1 Feld 2: FU‘s 2A2, 2A3 und 2A4 Feld 3: SPS; OP Anlagenbilder • Schaltschrank Schichtvortrag

35. Blick in die Kompressorhalle Anlagenbilder • Kompressorhalle Schichtvortrag

36. Kugelventile; Leitfähigkeitsmessung Komponenten im Außenbereich Anlagenbilder • Komponenten im Kühlturmkreis Schichtvortrag

37. Kühlturmpumpen Kühltürme Anlagenbilder • Kühlturmkreis-Komponenten Schichtvortrag

38. Zuständige Personen • ralf.warncke@desy.de Schichtvortrag