6.2 Instrumentointi

Instrumentoinnin suunnittelu

Yksityiskohtainen instrumentointisuunnittelu voidaan aloittaa, kun yksityiskohtainen mekaaninen suunnittelu on riittävän pitkällä. Instrumentointisuunnittelija tarvitsee tiedot tuotantoprosessista ja vaadittavista valvonnoista. 

Nämä tiedot saadaan toiminnallisesta kuvauksesta ja mekaanisista piirustuksista. Tarve asentaa tuntoelin tai muu instrumentointiin liittyvä komponentti tiettyyn paikkaan voi aiheuttaa tarpeen päivittää mekaanista suunnitelmaa, jolloin tarvitaan myös eri vaiheiden välistä yhteistyötä. 

Instrumentointi

Instrumentoinnin peruskäsitteiden määritelmiä:

Mittauspiste: Se prosessin kohta, jossa mittaus suoritetaan.

Instrumentti: Laite tai laiteyhdistelmä, jota käytetään muuttujan suoraan tai epäsuoraan mittaukseen, säätöön, ohjaukseen, näyttöön tai viestin muokkaukseen. Tätä termiä ei käytetä instrumentin sisäisistä komponenteista, kuten vastuksista.

Valvomoinstrumentti: Instrumentti, joka on asennettu valvomoon, ja joka on siellä operaattorin käytettävissä.

Paikallisessa ohjauspaikassa sijaitseva instrumentti: Instrumentti, joka sijaitsee kentällä olevassa mittaritaulussa, -kaapissa tai alavalvomossa.

Paikallisesti asennettu: Instrumentti, jota ei voi käyttää valvomosta.

Toimiyksikkö: Yksikkö, joka sisältää toimilaitteen ja -elimet vaikuttaen toimisuureeseen esim. säätäjältä tulevan viestin suhteessa.

Toimintasuure: Prosessin toimintaan vaikuttava neste-, kaasu-, sähkö- yms. virta.

Toimilaite: Se osa toimiyksiköstä, joka vaikuttaa toimielimeen, esim. sylinteri tai moottori.
Pneumaattisia toimilaitteita ovat esimerkiksi sylinterit, paineilmamoottorit ja paineenmuuntimet. Sylinterien ja moottorien avulla muutetaan pneumaattinen energia mekaaniseksi työksi. Paineenmuuntimien avulla paine muunnetaan suuremmaksi paineeksi ja paineensiirtimien avulla paine siirretään väliaineesta toiseen. Pneumaattisten toimilaitteiden nopeutta, voimaa tai vääntömomenttia on helppo säätää. Etuna on myös se, että niillä ei ole rikkoutumisvaaraa kuormitettaessa niitä pysähdyksiin saakka. 

Hydraulisten toimilaitteiden, sylintereiden ja moottoreiden, nopeuksien ja voimien/momenttien säätö edellyttää hydraulisten suureiden eli paineen ja tilavuusvirran säätöä. Yksinkertaisin ja toteutuskustannuksiltaan edullisin tapa on käyttää yksinkertaisia venttiileitä, jolloin painesäätö saadaan toteutettua paineenrajoitusventtiilin, tilavuusvirtasäätö virtaventtiilin ja tehosäätö tai näiden yhdistelmän avulla. Säätömenettelyjä ovat venttiilisäätö ja pumppusäätö.

Sähkökäyttöisiä toimilaitteita käytetään esimerkiksi sellaisissa kohteissa, missä ei ole paineilmaa

käytettävissä. Niitä käytetään myös turvaventtiileissä, jotka toimivat varavoiman varassa sähkökatkon sattuessa ja pääsulkuventtiileissä. Sähkökäyttö soveltuu erinomaisesti myös vaativiin ohjaus- ja säätötehtäviin.

Sähkötoimilaitteiden käyttökohteita ovat mm.:

• Voimalaitokset

• Savukaasujen käsittely

• Kaukolämpölaitokset

• Kemikaali-, petrokemian- ja lääketeollisuus

• Vesilaitokset, pumppuasemat, padot, sulut

• Ilmastointi

• Sellu- ja paperiteollisuus.

Toimielin: Se osa toimiyksiköstä, joka vaikuttaa toimisuureeseen, esim. venttiili.

Hälytys: Toiminta, joka kiinnittää huomion havaittuun epänormaaliin tilaan kuuluvalla tai näkyvällä signaalilla, mutta joka ei puutu korjaavaan toimintaan.

asetusarvo, tavoitearvo: Säätäjään asetettu, prosessin haluttua tilaa vastaava viesti tai osoitus.

Ohjesuure: Prosessin haluttu tila.

Ohjeviesti: Viesti, joka vastaa ohjesuuretta.

Johdotuskaavio: Kaavio, joka esittää järjestelmän eri yksiköiden väliset kytkennät.

PI-kaaviot

Tarkoitus:

-          antaa tiedot prosessin teknillisestä ratkaisusta .

-          esittää putkien ja muiden kuljetusteiden yksityiskohtainen kulku

-          antaa perustiedot putki-, instrumentointi- ja asennuspiirustusten laatimista varten

-          antaa tiedot materiaaliluettelon ja kustannusarvion laatimista varten

-          ym.

Sisältö:

-          kaikki laitteet

-          putket ja muut kuljetustiet

-          kaikki venttiilit

-          mittauspisteet ja säätöpiirit yleispiirrosmerkkejä käyttäen

-          laitenumerot

-          putkitunnukset

-          venttiilien tunnukset

-          tulevien ja lähtevien virtojen osoitteet

-          ym.

Piirtäminen:

-          Lomakkeen jako kenttiin on eo. kuvan mukainen ilman aine- ja energiavirtakenttää.

Piirustuskentän täyttäminen:

-          laitetiedoista merkitään PI-kaavioon nimi ja laitenumero

Yleisjärjestely:

-      prosessin mukaisesti yleensä vasemmalta oikealle

-      putket piirretään mahdollisimman lyhyiksi välttäen mutkia ja risteilyä

-   virtausnuoli piirretään putkien liittymiin, laitteeseen tuloon sekä yleensä putkien kulmiin välittömästi ennen suunnan muutosta

-     tekstissä suositellaan käytettäväksi isoja kirjaimia

Putkitunnusten merkitseminen PI-kaavioon:

-      merkitään putkea kuvaavalle viivalle

-      tunnuksesta tulee käydä selville putken numero, virtaava aine,  putken koko ja putkiluokka

-      putkien osoitteet

-      tulevien ja lähtevien putkien osoitteet merkitään

Instrumentoinnin kirjainmerkinnät

PI -kaavioissa kirjainten merkitys ympyrän sisällä on standardoitu. Mittaussuureilla ja valvomolaitteilla on omat kirjaintunnuksensa. 

Instrumentoinnissa syntyvä dokumentaatio

Suunnittelutyössä syntyy paljon dokumentaatiota. Yrityksillä ja tehtailla voi olla erillaisia tapoja dokumentoinnin hallintaan ja dokumentoinnin asetteluihin. Tärkeää kuitenkin on, että dokumentit ovat loogisia, version hallinta on ajantasaista ja tieto on oikeaa.

Dokumentaatio sisältää yleensä mm. Virtapiirikaaviot, kaapeliluettelot, instrumenttipiiriluettelot, kojeluettelot. Lisäksi dokumentaatio sisältää runkokaapeloinnin, ristikytkentäkaappien kytkennät, sijoituspiirustukset, kenttäkoteloiden sekä IO- kytkentä kuvat. Dokumentaatioon voi sisältyä myös tarkemmat työ- ja asennusohjeet.

Suuri osa dokumentaatiosta syntyy automaattisesti suunnitteluohjelmistojen tuotoksena. Kun esim. cad-ohjelmistolla tehdään sähkö- ja piirikaaviot niistä syntyy samalla kaapeliluettelot, piirikaaviot ja osalistaukset keskuksia varten.

Piirikaaviot

Piirikaavioon (liite 2) merkitään kaikki kyseiseen piiriin tai piirinosaan kuuluvat laitteet, liittimet, kaapelit, kotelot tai tilat, joissa piiri sijaitsee. Kaaviossa ei välttämättä esitetä laitteiden sisäisiä kytkentöjä, vaan ne esitetään laatikoina. Piirikaaviossa esitetään myös pala prosessikaaviota, johon kaavio liittyy sekä piirin laiteluettelo ja prosessiarvot. Tällä helpotetaan mahdollista vianetsintää, koska koko piirin tiedot näkyvät yhdessä kaaviossa. 

Kaapeliluettelo

Kaapeliluettelot sisältävät kaapeleiden numerot, tyypit, koot, pituudet sekä tiedon siitä, mistä kaapeli tulee ja mihin se menee. Lisäksi luettelosta löytyy kohta, johon voi merkitä kaapeliin kuuluvaa erityistietoa tai tarkennusta. 

Instrumenttipiiriluettelo

 Instrumenttipiiriluettelosta varataan kaikille uusille instrumenttipiireille positionumerot. Instrumenttipiiriluettelosta löytyy myös revisio, PI-kaavion piirustusnumero, johon instrumenttipiiri viittaa, piirin tunnus, instrumenttipiirin tiedot, kohteen piirustusnumero sekä osio, johon voidaan esimerkiksi merkata, jos piiri on poistettu käytöstä. 

Kojeluettelo 

Kojeluettelosta löytyy instrumenttikojeiden tunnusnumerot, kohteen yksilöintitiedot, kuten kohteen toimintaa kuvaava nimi, viittaus PI-kaavioon, putki/laitenumero, piirikaavion piirustusnumero sekä säätö/logiikkakaavion piirustusnumero. Luettelosta käy ilmi myös tietoja prosessista, kuten virtaava aine, käyttölämpötila, käyttöpaine, tukkiva aine, saattotyyppi/lämpötila, suunniteltu lämpötila/-paine sekä PED-luokka. Kojeluetteloon on merkitty myös lähettimen sijainti, mittauselementti, prosessiliitäntä, materiaalit, rakennepiirustus, paineenvälitin/kapillaari, mittausalue, viritys, lähtöviesti, syöttöjännite, IP-luokka, valmistaja, malli sekä hankintamäärittelyn yksilöintitiedot. Lisäksi kojeluettelosta löytyy tiedot järjestelmästä, kuten prosessiaseman tunnus, I/O-asema, tulokortin tyyppi, lähtökortin tyyppi, asteikko sekä piirin toiminnat. 

Ristikytkentäkaappien kytkentä 

Ristikytkentäkaapin kytkentäpiirustuksesta ilmenee ristikytkentäkaapista lähtevän runkokaapelin osoite, kaapelinumero sekä kaapelin tyyppi, koko sekä johdin pari. Dokumentista ilmenee myös ristikytkentäkaapin riviliitin tunnus, ristikytkentä sekä kenttälaitteen tunnus. 

Instrumentoinnin sijoitus 

Instrumentoinnin sijoituspiirustuksesta ilmenee instrumentoinnin sijainti kentällä, instrumentoinnin piiritunnus, korkeustieto, millä korkeudella pisteet sijaitsevat, kytkentäkotelot, instrumenttisuojakaapit sekä muut instrumentteihin liittyvät laitteet.

Kenttäkoteloiden kytkentä 

Kenttäkoteloiden kytkentäpiirustuksesta ilmenee kytkentäkotelosta lähtevän runkokaapelin osoite, kaapelinumero, sekä kaapelin tyyppi, koko sekä johdin pari. Dokumentista ilmenee myös kytkentäkotelon riviliitin tunnus, kenttälaitteen kaapeli tyyppi, koko, johtimien värit sekä kenttälaitteen tunnus 

Järjestelmän I/O-kaappien kytkentälistat 

I/O kaappien kytkentälistoista ilmenee Järjestelmäkaappitunnus, prosessiasema sekä siihen liittyvät korttikehikko, korttipaikka, korttityyppi/liitinryhmä, kanava, AXN-liitin, sulake/maadoitus sekä X-liitinrima ja liitin. Lisäksi kytkentälistoista ilmenee järjestelmäkaapin sekä ristikytkentäkaapin välisen kaapelin tunnukset, johtimet, Xliitinrima/liitin, kenttäinstrumentin tunnus sekä merkintä, onko kortti passiivinen tai potentiaalivapaalla kytkimellä varustettu. 

Työmäärittely 

Työmäärittelystä ilmenevät työkohteen yksilöintitiedot, työn toteuttamisajankohta, suunnittelijan sekä muiden projektiin liittyvien yhteystiedot. Lisäksi työmäärittelystä ilmenevät asennukseen liittyvät työvaiheet, materiaalien hankintaan, työn laajuuteen sekä rajaukseen liittyviä seikkoja. Työmäärittelystä ilmenevät myös kaikki kyseiseen työhön liittyvät dokumentit. Yleensä työmäärittelyihin määritellään myös koestuksiin liittyviä tarkennuksia. 

Stantdardit

SFS-ISO 14617-6
määrittelee kaavioissa esitettävien mittaus- ja ohjaustoimintojen piirrosmerkit. Samoilla piirrosmerkeillä voidaan toimintojen sijaan esittää yksinkertaisissa sovelluksissa sen kaltaisia toimintoja toteuttavia komponentteja tai laitteita.  Löydät standardit SFS Online palvelusta. Online palveluun pääset OAMK Finna palvelun kautta.

SFS-ISO 14617-5
Mittaukseen ja ohjaukseen käytettävien komponenttien ja laitteiden piirrosmerkit on nähtävissä standardissa. Löydät standardit SFS Online palvelusta. Online palveluun pääset OAMK Finna palvelun kautta.

PSK 3601 Prosessiteollisuuden virtauskaavioiden piirrosmerkit. Standardit löydät PSK:n kotisivuilta. Standardit ovat käytössä opiskelijoille kun olet koulun verkossa tai käytät koulun VPN palvelua.