Funktionsbeschreibung_KA_Hof_Erneuerung_Verdichter_Ausschreibung.pdf

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Verbandskläranlage Hof

Erneuerung der Verdichter

Funktionsbeschreibung

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Inhaltsverzeichnis

1 Zweck, Geltungsbereich und Grundlagen ............................. 4

2 Anlagenaufbau ......................................................................... 5

3 Antriebe und Messstellen ....................................................... 6

3.1 Antriebe ..................................................................................................... 6

3.2 Messstellen ............................................................................................... 7

4 Parametrierung und Festlegung in der Werk- und

Montageplanung ...................................................................... 8

5 Regelungskonzept Druckbelüftung ....................................... 9

5.1 Druckregelung .......................................................................................... 9

5.2 Feste Drucksollwertvorgabe .................................................................... 9

5.3 Gleitdruckregelung ................................................................................... 9

5.4 Luftmengensollwert und Stellgrößenverteilung .................................... 9

6 Betriebsweise und Verdichterfolge ...................................... 11

6.1 Betriebsarten je Verdichter .................................................................... 11

6.2 Normalbetrieb ......................................................................................... 11

6.3 Folgeauswahl und Redundanz .............................................................. 12

6.4 Betrieb ohne Luftanforderung ............................................................... 12

7 Start-, Stopp- und Störabläufe .............................................. 13

7.1 Startfreigaben ......................................................................................... 13

7.2 Geordneter Start ..................................................................................... 13

7.3 Geordneter Stopp ................................................................................... 13

7.4 Kommunikations- und Messwertausfall ............................................... 14

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8 Luftverteilung und Schnittstelle Biologie ............................ 15

9 Ansaug- und Abluftsystem ................................................... 16

9.1 Ansaugluft ............................................................................................... 16

9.2 Abwärmeabführung ................................................................................ 16

10 Sicherheits- und Überwachungsfunktionen ........................ 17

10.1 Not-Aus .................................................................................................... 17

10.2 Maschinen-Stopp und interne Schutzfunktionen ................................ 17

10.3 Elektrische Überwachung ...................................................................... 17

10.4 Wiederanlauf nach Spannungsausfall .................................................. 17

11 PLS, Kommunikation und Dokumentation .......................... 18

11.1 Mindestumfang Visualisierung .............................................................. 18

11.2 Dokumentation ........................................................................................ 18

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Übersicht der vorgesehenen Verdichteraggregate und Leistungsbereiche ...... 5

Tabelle 2: Übersicht der Antriebe und ihrer Funktionen .................................................... 6

Tabelle 3: Übersicht der Messgrößen und ihrer funktionalen Verwendung ....................... 7

Tabelle 4: Betriebsarten der Verdichter und zugehörige Funktionen ............................... 11

Tabelle 5: Systemreaktionen bei Kommunikations- und Messwertausfällen ................... 14

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1 Zweck, Geltungsbereich und Grundlagen

Die vorliegende Funktionsbeschreibung definiert die funktionalen Mindestanforderungen an

die Erneuerung der Verdichteranlage der Verbandskläranlage Hof. Sie beschreibt die

geforderte Gesamtfunktion der Lufterzeugung einschließlich der Verdichteraggregate, deren

Ansaug-, Druck- und Abluftperipherie sowie der erforderlichen Schnittstellen zur

Energieversorgung, Automatisierung, bestehenden Luftdosierung und zum

Prozessleitsystem. Der Auftragnehmer hat die zur vollständigen und bestimmungsgemäßen

Funktion erforderlichen Detailfestlegungen im Zuge der Werk- und Montageplanung

beziehungsweise E-MSR-Detailplanung auszuarbeiten, mit dem Auftraggeber abzustimmen,

umzusetzen und zu dokumentieren. Änderungen der beschriebenen Funktion bedürfen der

schriftlichen Zustimmung des Auftraggebers.

Die neuen Verdichter fördern ölfreie Prozessluft in die mittig an die Belebungsanlage

angebundene Luftsammelleitung. Von dort erfolgt die Verteilung über die bestehenden

Leitungsstränge in Richtung der Kaskaden 1 bis 6. Die herstellerinterne Maschinenregelung

bleibt Bestandteil der Verdichteraggregate, während die übergeordnete Automatisierung die

Anforderung, Freigabe, Folgeführung, Druckregelung, Störumschaltung sowie die Bedien-,

Diagnose- und Archivierungsfunktionen übernimmt. Herstellerseitige Schutz- und

Überwachungsfunktionen sind uneingeschränkt wirksam und dürfen durch die übergeordnete

Steuerung nicht umgangen werden.

Ziel der Anlage ist die sichere und kontinuierliche Sauerstoffversorgung der biologischen

Reinigungsstufe über den gesamten Lastbereich. Hierzu sind die Verdichter bedarfsgerecht

und energieeffizient zu betreiben, wobei die Kombination der einzelnen Aggregate sowie die

Druckregelung einen stabilen Betrieb ohne unzulässige Druckstöße, Pumpzustände oder

häufige Schaltvorgänge sicherstellen müssen. Bei Störungen ist eine automatische

Umschaltung auf verfügbare Aggregate vorzusehen. Sämtliche Betriebs-, Diagnose-,

Alarmierungs- und Nachweisfunktionen sind über das Prozessleitsystem bereitzustellen.

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2 Anlagenaufbau

Vorgesehen sind drei neue, drehzahlgeregelte Turboverdichter, ein Grundlastverdichter und

zwei baugleiche Hauptlastverdichter. Die Automatisierungs- und NSHV-Struktur ist für einen

späteren zweiten Grundlastverdichter vorzurüsten. Die Verdichter saugen über den

gemeinsamen Ansaugkanal an und fördern über jeweils eigene Druckleitungen DN 350 mit

Rückschlagklappe, Schalldämpfer, Kompensator und motorischer Absperrklappe in die

gemeinsame Prozessluftsammelleitung.

Tabelle 1: Übersicht der vorgesehenen Verdichteraggregate und Leistungsbereiche

Die Auslegungsdruckdifferenz beträgt 655 mbar. Der ausgeschriebene zulässige

Arbeitsbereich liegt bei 610 bis 680 mbar einschließlich der druckseitigen Einbauten. Die

endgültigen dauerhaften Kennfeldgrenzen, Mindestvolumenströme, Start-/Stoppbedingungen

und temperaturabhängigen Leistungsbegrenzungen ergeben sich aus den freigegebenen

Herstellerunterlagen. Die Aggregate müssen für mindestens zehn Starts je Stunde

beziehungsweise die strengere Herstellergrenze geeignet sein.

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3 Antriebe und Messstellen

3.1 Antriebe

Tabelle 2: Übersicht der Antriebe und ihrer Funktionen

Die endgültigen Anlagenkennzeichnungen (AKZ), Datenpunkte sowie Mess- und

Antriebsstellen sind im Zuge der Werk- und Montageplanung beziehungsweise E-MSR-

Detailplanung festzulegen, mit dem Auftraggeber abzustimmen und in einer Mess-, Antriebs-

und Datenpunktliste zu dokumentieren. Alle Antriebe sind im Prozessleitsystem mindestens

mit Betriebszustand, Orts-/Fernstatus, Störung sowie den für die jeweilige Funktion

erforderlichen Rückmeldungen darzustellen.

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3.2 Messstellen

Tabelle 3: Übersicht der Messgrößen und ihrer funktionalen Verwendung

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4 Parametrierung und Festlegung in der Werk- und

Montageplanung

Verbindliche Kurzzeichen, Einstellbereiche und Vorbelegungen sind in den vorliegenden

Ausschreibungsunterlagen nicht abschließend festgelegt. Der Auftragnehmer hat die für den

sicheren Betrieb erforderlichen Sollwerte, Grenzwerte, Rampen und Zeitglieder im Zuge der

Werk- und Montageplanung auf Grundlage des angebotenen Verdichterfabrikats zu

erarbeiten, mit dem Auftraggeber abzustimmen und in einer Parameterliste zu

dokumentieren. Hierzu zählen insbesondere der Sammeldrucksollwert, die Grenzen der

Gleitdruckregelung, Zu- und Abschaltbedingungen, Mindestlauf- und Mindeststillstandszeiten

sowie Überwachungszeiten. Nicht abgestimmte Kennzeichnungen oder Parameterwerte

dürfen nicht aus anderen Projekten übernommen werden.

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5 Regelungskonzept Druckbelüftung

5.1 Druckregelung

Die Verdichterregelung ist entsprechend den Ausschreibungsunterlagen mit einer

übergeordneten Druck- und Luftmengenregelung auszuführen. Für Inbetriebnahme, Prüfung

und Ersatzbetrieb ist eine feste Drucksollwertvorgabe vorzusehen. Der Normalbetrieb erfolgt

über die ausgeschriebene Gleitdruckregelung. Die konkrete Sollwertbildung, Umschaltlogik

und Parametrierung sind im Zuge der Werk- und Montageplanung festzulegen.

5.2 Feste Drucksollwertvorgabe

Bei fester Drucksollwertvorgabe wird der Sammeldruck auf einen im PLS einstellbaren Wert

geregelt. Die zulässigen Grenzen ergeben sich aus den ausgeschriebenen Druckbereichen,

den Herstellerdaten der Verdichter und den zulässigen Betriebsbedingungen des Luftnetzes.

5.3 Gleitdruckregelung

Die Gleitdruckregelung hat den Sammeldruck bedarfsgerecht innerhalb des zulässigen

Druckbereichs vorzugeben. Dabei sind die vorhandene Luftverteilung, die tatsächlich

belüfteten Kaskaden und die beiden Leitungsrichtungen vom mittigen Einspeisepunkt zu

berücksichtigen: K3-K2-K1 sowie K4-K5-K6. Nicht aktiv betriebene beziehungsweise

gesperrte Kaskaden dürfen die Drucksollwertbildung nicht beeinflussen. Die detaillierte

Bildung des gleitenden Drucksollwertes einschließlich Freigaben, Auswahl der verwendeten

Bestandswerte, Begrenzungen und Ersatzwertverhalten ist im Zuge der Werk- und

Montageplanung mit dem Betreiber festzulegen.

Für die Gleitdruckregelung dürfen ausschließlich gültige und freigegebene Bestandswerte

verwendet werden. Das Verhalten bei fehlenden oder gestörten Eingangswerten ist in der

Werk- und Montageplanung festzulegen. Drucksollwertänderungen sind so auszuführen,

dass unzulässige Drucksprünge vermieden werden.

5.4 Luftmengensollwert und Stellgrößenverteilung

Die übergeordnete Regelung übernimmt die Luftanforderung aus der vorhandenen

Anlagenautomatisierung und verteilt die erforderliche Leistung auf die verfügbaren

Verdichter. Nicht aktiv betriebene beziehungsweise gesperrte Kaskaden sind bei der Bildung

der Luftanforderung nicht zu berücksichtigen. Die konkrete Schnittstelle, die verwendete

Sollwertgröße und die Aufteilung auf die einzelnen Aggregate sind mit dem angebotenen

Verdichterfabrikat in der Werk- und Montageplanung festzulegen.

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Die Stellgrößenverteilung muss die vom Hersteller freigegebenen Arbeitsbereiche einhalten.

Die Zu- und Abschaltung der Verdichter ist so auszuführen, dass der erforderliche Luftbedarf

gedeckt und unnötiges Takten vermieden wird. Die endgültige Schaltfolge, Übergabepunkte

und Zeitglieder sind anhand der Herstellerkennfelder in der Werk- und Montageplanung

festzulegen.

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6 Betriebsweise und Verdichterfolge

Jeder Verdichter ist entsprechend dem Maschinen-LV mit einem Vor-Ort-/Fern-Schalter

direkt am Aggregat auszustatten. Die örtliche Bedienung hat Vorrang vor Fernbefehlen; der

gewählte Bedienort ist an das PLS zu melden.

6.1 Betriebsarten je Verdichter

Tabelle 4: Betriebsarten der Verdichter und zugehörige Funktionen

Die nachfolgend beschriebenen Betriebsarten und Bedienprioritäten sind entsprechend den

vorhandenen Hofer PLS-Standards, den Funktionen des angebotenen Verdichterfabrikats

und dem abgestimmten Pflichtenheft umzusetzen. Abweichende Herstellerbezeichnungen

sind zulässig, sofern die beschriebene Funktion vollständig erfüllt wird.

6.2 Normalbetrieb

Bei Luftanforderung wird zunächst der Grundlastverdichter angefordert. Nach bestätigter

Startfreigabe öffnet dessen druckseitige Absperrklappe, die Abluftführung nimmt die

erforderliche Stellung ein und der Verdichter startet auf seinem zulässigen Mindest-

beziehungsweise Übernahmewert. Anschließend übernimmt die übergeordnete Regelung.

Übersteigt der Bedarf die wirtschaftlich beziehungsweise technisch verfügbare Leistung des

Grundlastverdichters, wird lastneutral auf einen Hauptlastverdichter übergeben oder dieser

zugeschaltet. Bei weiter steigendem Bedarf werden Grundlast- und Hauptlastverdichter

beziehungsweise beide Hauptlastverdichter kombiniert. Bei Spitzenlast können alle drei

Verdichter betrieben werden. Die Rückschaltung erfolgt in umgekehrter Reihenfolge und nur,

wenn die verbleibenden Aggregate Bedarf und Regelreserve sicher übernehmen können.

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6.3 Folgeauswahl und Redundanz

HLV 1 und HLV 2 werden nach Verfügbarkeit, Betriebsstunden, Startzahl und Wirkungsgrad

gleichberechtigt geführt. Der Verdichter mit geringerer gewichteter Laufzeit erhält

grundsätzlich Vorrang. Ein Folgewechsel wird nur bei einer ohnehin erforderlichen

Schalthandlung durchgeführt. Gestörte, lokal betriebene oder gesperrte Aggregate werden

automatisch aus der Folge entfernt.

Fällt ein laufender Verdichter aus, wird dessen Sollwert sofort aus der Verteilung entfernt.

Die verbleibenden Verdichter übernehmen die Last mit begrenzter Störrampe; soweit

erforderlich, wird der nächste verfügbare Verdichter gestartet. Kann der Sollwert nicht

erreicht werden, ist „Luftleistung eingeschränkt“ zu alarmieren.

6.4 Betrieb ohne Luftanforderung

Liegt aus keiner Kaskade eine gültige Luftanforderung vor und ist kein Mindestluftbetrieb

vorgegeben, werden die Verdichter nach Ablauf einer einstellbaren Nachlaufzeit geordnet

abgefahren. Die Druckabsperrklappen schließen erst nach sicherem Stillstand und

Druckabbau. Ein Mindestluftbetrieb für Becken, Belüfter oder Messsysteme ist als

übergeordnete Anforderung zu berücksichtigen.

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7 Start-, Stopp- und Störabläufe

7.1 Startfreigaben

• Fern-Automatik beziehungsweise zulässige Fern-Hand-Betriebsart angewählt

• Verdichtersteuerung, Frequenzumrichter und Hilfsaggregate betriebsbereit

• Kein Not-Aus, keine verriegelnde Störung und Leistungsschalter betriebsbereit

• Feldbuskommunikation verfügbar; diskrete Start-/Stopp- und Sammelstörschnittstelle

funktionsfähig

• Mindeststillstandszeit und Startzahlbegrenzung eingehalten

• Druckseitige Absperrklappe in Freigabestellung; Luftweg zur Sammelleitung offen

• Ansaugweg und Abluftweg freigegeben; keine kritische Hallen- oder Aggregattemperatur

• Sammeldruck und Sollwert innerhalb der zulässigen Grenzen

7.2 Geordneter Start

Die SPS wählt das Aggregat, prüft sämtliche Freigaben, öffnet erforderliche Klappen und gibt

anschließend Start frei. Nach Rückmeldung „läuft“ und „Sollwert bereit“ wird der Sollwert

zunächst auf den Mindestwert gesetzt und anschließend mit einstellbarer Rampe

übernommen. Wird innerhalb der Überwachungszeit keine Laufmeldung erreicht, ist der Start

abzubrechen, das Aggregat zu sperren und das nächste verfügbare Aggregat anzufordern.

7.3 Geordneter Stopp

Vor dem Stopp wird die Last auf die verbleibenden Verdichter übertragen. Der

abzuwählende Verdichter fährt auf Mindestleistung, erhält Stopp und führt den

herstellerseitigen Nachlauf aus. Erst nach bestätigtem Stillstand darf die zugehörige

Druckabsperrklappe schließen. Abluftfunktionen laufen nach Herstelleranforderung

beziehungsweise Zeitglied nach.

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7.4 Kommunikations- und Messwertausfall

Tabelle 5: Systemreaktionen bei Kommunikations- und Messwertausfällen

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8 Luftverteilung und Schnittstelle Biologie

Die Luftverteilung auf die sechs Kaskaden bleibt funktional von der Lufterzeugung getrennt.

Die Verteilung erfolgt im ausgeschriebenen Ist-Zustand über die vorhandenen

Blendenregulierschieber und die vorhandene Bestandsregelung. Die neue

Verdichtersteuerung übernimmt ausschließlich die für die Lufterzeugung erforderlichen

Anforderungen und Rückmeldungen aus der Bestandsautomation.

Die beidseitige Leitungsführung vom mittigen Einspeisepunkt und die unterschiedlichen

Betriebszustände der Kaskaden sind bei der Gleitdruckregelung zu berücksichtigen. Nicht

aktiv betriebene beziehungsweise gesperrte Kaskaden sind aus der Drucksollwertbildung

auszuschließen. Die vorhandene Luftverteilung und biologische Bestandsregelung werden

durch diesen Auftrag nicht verfahrenstechnisch verändert.

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9 Ansaug- und Abluftsystem

9.1 Ansaugluft

Die Verdichter saugen aus dem gemeinsamen Ansaugkanal an. Filter, Schalldämpfer und

Kanal müssen für den Summenvolumenstrom und die Herstellergrenzen ausgelegt sein. Die

Filterüberwachung ist nur bei relevantem Luftdurchsatz zu aktivieren. Überschreitung der

Wartungsgrenze erzeugt einen Hinweis, Überschreitung der Alarmgrenze eine Warnung.

Kritische Ansaugbedingungen führen nach Herstelleranforderung zur Leistungsbegrenzung

oder Startsperre.

9.2 Abwärmeabführung

Die Verdichterabwärme wird entsprechend dem ausgeschriebenen Abluftkonzept über

verdichterbezogene Abluftanschlüsse und motorische Klappen abgeführt. Für die

Hauptlastverdichter sind Abluftanschlüsse DN 250, für den Grundlastverdichter DN 200

vorgesehen; die Zusammenführung erfolgt in den gemeinsamen Abluftkanal.

Rückströmungen zwischen den Zweigen sind durch Rückschlagklappen zu verhindern.

Vor Verdichterstart muss der erforderliche Abluftweg freigegeben sein. Bei hoher Hallen-

oder Aggregattemperatur ist die Abluft vollständig nach außen zu führen. Fehlende

Klappenstellung oder unzureichende Wärmeabfuhr führt zunächst zur Warnung und

Leistungsbegrenzung, bei Erreichen der Hersteller-Abschaltgrenze zum geordneten

beziehungsweise unmittelbaren Stopp des betroffenen Verdichters.

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10 Sicherheits- und Überwachungsfunktionen

10.1 Not-Aus

Jeder Verdichter erhält einen zugeordneten Not-Aus-Schlagtaster. Die Betätigung schaltet

über das sicherheitsgerichtete Schaltgerät den zugehörigen Leistungsschalter in der NSHV

unverzüglich ab. Die Funktion ist unabhängig von SPS und Feldbus. Rückstellung und

Quittierung dürfen keinen automatischen Wiederanlauf auslösen.

10.2 Maschinen-Stopp und interne Schutzfunktionen

Der herstellerseitige Maschinen-Stopp wirkt ausschließlich auf das zugehörige Aggregat und

wird an das PLS gemeldet. Die herstellerinternen Schutz- und Überwachungsfunktionen sind

vollständig wirksam zu halten und die wesentlichen Betriebs-, Warn- und Störmeldungen an

die übergeordnete Steuerung zu übertragen.

10.3 Elektrische Überwachung

Die in den Ausschreibungsunterlagen vorgesehenen Zustände und Messwerte der

elektrischen Einspeisung sind an die SPS beziehungsweise das PLS zu übertragen. Umfang

und Datenpunkte ergeben sich aus dem E-MSR-LV und der im Zuge der Werk- und

Montageplanung abgestimmten Datenpunktliste.

10.4 Wiederanlauf nach Spannungsausfall

Ein unkontrollierter Wiederanlauf ist unzulässig. Nach Spannungswiederkehr werden

Automatisierung, Kommunikation, Sicherheitskreis und Verdichtersteuerungen auf

Betriebsbereitschaft geprüft. Anschließend startet die Folgeführung zeitlich gestaffelt und nur

entsprechend dem aktuellen Luftbedarf.

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11 PLS, Kommunikation und Dokumentation

Die Verdichter werden über Profinet an die neue Automatisierungsstation angebunden;

vorhandene Profibusteilnehmer sind entsprechend dem Automatisierungskonfigurator

einzubinden. Start, Stopp und Sammelstörung sind zusätzlich hart verdrahtet vorzusehen.

Für die Kommunikation ist gemäß E-MSR-LV je Verdichter ein Datenumfang von 48 Byte

Eingangsdaten und 40 Byte Ausgangsdaten vorgesehen. Die konkrete Belegung des

herstellerspezifischen Datenmodells ist vor Programmierung mit Auftraggeber,

Verdichterlieferant und E-MSR-Auftragnehmer abzustimmen.

11.1 Mindestumfang Visualisierung

• Übersichtsbild Lufterzeugung mit Verdichtern, Sammelleitung, Armaturen und

Hauptmesswerten

• Detailbedienung je Verdichter mit Betriebsart, Freigaben, Verriegelungen, Soll-/Istwerten

und Klartextdiagnose

• Folge- und Verfügbarkeitsmatrix einschließlich Vorhaltung GLV 2

• Regelbild Gesamtluftmenge, Sammeldruck und Gleitdruckregelung

• Abluft- und Temperaturübersicht

• Trends für Luftmenge, Druck, Leistung, Drehzahl, Temperaturen, Stellgrade,

prozessrelevante Bestandswerte

• Archivierung von Starts, Laufzeiten, Energie, Warnungen, Störungen und

Abschaltursachen

11.2 Dokumentation

Der Auftragnehmer übergibt eine fortgeschriebene Funktionsbeschreibung, Pflichtenheft,

R&I, Mess-/Antriebs- und Datenpunktlisten, Busbelegung, Kennfelder, Parameterliste,

Softwaredokumentation einschließlich Quellprogrammen, Prüfprotokolle sowie Bedienungs-

und Wartungsunterlagen. Die Revisionsunterlagen müssen die tatsächlich eingestellten

Grenzwerte und Zeitglieder enthalten.

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