El control se refiere al procesamiento de las variables de entrada (por ejemplo, valores de consigna, entradas de sensores u operarios) para influir en las variables de salida (por ejemplo, posiciones de válvulas, salida de bombas) a través de un elemento de control (por ejemplo, PLC, interruptor o relé). A diferencia del control en bucle cerrado, no hay realimentación continua de las variables de salida, sino que el controlador funciona estrictamente según instrucciones definidas.
Componentes de un sistema de control
Un sistema de control suele constar de los siguientes elementos:
- Dispositivos de entrada: sensores, interruptores o paneles de control que registran las variables de entrada o las especifican manualmente.
- Elemento de control: La unidad central que implementa la lógica de control (por ejemplo, PLC - controlador lógico programable o control por relé).
- Dispositivos de salida: Actuadores como válvulas, bombas dosificadoras o accionamientos que ejecutan la orden de control.
- Alimentación eléctrica: Garantiza el funcionamiento de los componentes de control.
Índice
Antecedentes técnicos y tipos de control
Tipos de control
En el tratamiento industrial de aguas y aguas residuales se utilizan varios tipos de control, en función de los requisitos del proceso:
- Control temporal: El control se basa en un programa fijo, por ejemplo, el retrolavado cíclico de los filtros.
- Control de operaciones lógicas: las operaciones lógicas (AND, OR, NOT) determinan la secuencia, por ejemplo para funciones de seguridad que supervisan varios estados.
- Control secuencial o de secuencia: El control tiene lugar secuencialmente en varios pasos, por ejemplo, al llenar, agitar y vaciar un depósito de neutralización.
- Control por eventos: las señales externas (por ejemplo, nivel de llenado, presión) activan órdenes de control, como la apertura de una válvula en caso de sobrellenado.
Controlador lógico programable (PLC)
El PLC es la tecnología de control más común en el tratamiento de aguas. Permite secuencias de control flexibles y personalizables mediante programación. Ventajas del PLC:
- Alta fiabilidad y precisión.
- Fácil adaptabilidad a los cambios del proceso.
- Integración con sistemas SCADA y DCS para supervisión y registro de datos.
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Campos de aplicación de la unidad de control en la tecnología del agua y las aguas residuales
En el tratamiento de aguas y aguas residuales, las soluciones de tecnología de control son de vital importancia para que los procesos, complejos y a menudo muy variables, funcionen de forma segura y eficiente. El sistema de control asume la tarea central de enlazar todos los componentes del sistema entre sí y garantizar una comunicación fluida entre sensores, actuadores y sistemas de control de procesos. El uso de controladores lógicos programables (PLC) permite una automatización flexible, precisa y fiable de los sistemas.
Sistemas de control basados en PLC
Los controladores lógicos programables (PLC) son la pieza central de la moderna tecnología de automatización y se han hecho indispensables en la tecnología del agua y las aguas residuales. Realizan tareas como
- Control de procesos operativos: Desde la dosificación de productos químicos hasta el control de bombas y válvulas.
- Supervisión de la seguridad: detección de infracciones de los valores límite e inicio de medidas de emergencia.
- Supervisión y optimización de sistemas: adquisición y tratamiento de datos de medición para analizar las condiciones de funcionamiento y optimizar los procesos.
La integración del sistema de control en sistemas de control de procesos como SCADA permite supervisar, controlar y documentar todo el sistema de forma centralizada.
Enfoque holístico: planificación del sistema, construcción de armarios de distribución y programación
Una ventaja especialmente grande en la implantación de soluciones de control en la tecnología del agua y las aguas residuales reside en la combinación del diseño del sistema, la planificación del armario eléctrico y la programación del PLC. La estrecha integración de estas áreas garantiza una interacción óptima entre los sistemas, lo que elimina fuentes de error frecuentes como los problemas de comunicación en las interfaces.
Nuestros puntos fuertes en interacción:
- Diseño del sistema: La automatización se integra en el concepto global ya en la fase de planificación de los procesos del sistema.
- Construcción de armarios de control: La precisa planificación y construcción de los armarios de control tiene en cuenta todos los requisitos del PLC y los sensores/actuadores.
- Programación: La programación del PLC está especialmente adaptada a los requisitos individuales del sistema y diseñada para una comunicación fluida.
Este enfoque holístico da como resultado una solución de control sin errores y bien coordinada que no sólo funciona con eficacia, sino que además es fácil de mantener y escalable.
Fabricantes de PLC y lenguajes de programación
Los proveedores líderes del mercado de sistemas PLC ofrecen soluciones de control fiables y flexibles especialmente desarrolladas para aplicaciones industriales. Entre los fabricantes más importantes se encuentran
Siemens
Con su serie SIMATIC S7 y el software de programación TIA Portal, Siemens es uno de los principales proveedores de sistemas PLC. La plataforma permite una programación intuitiva y ofrece funciones completas para la automatización de procesos. Las soluciones de Siemens son especialmente populares en grandes sistemas y aplicaciones complejas.
Automatización Beckhoff
Con sus controladores CX y el software TwinCAT, Beckhoff ofrece soluciones de automatización flexibles y basadas en PC. El alto grado de apertura y escalabilidad hacen que Beckhoff sea especialmente interesante para sistemas que requieren personalización.
Rockwell Automation (Allen-Bradley)
Con los sistemas ControlLogix y CompactLogix, Rockwell Automation ofrece soluciones de PLC robustas que se utilizan principalmente en aplicaciones internacionales y en la industria de procesos. La programación se realiza mediante el potente software Studio 5000.
Schneider Electric
La serie Modicon de Schneider Electric en combinación con el software EcoStruxure Control Expert está especialmente diseñada para soluciones de control energéticamente eficientes. Los sistemas PLC de Schneider se utilizan con frecuencia en sistemas de agua y aguas residuales de tamaño medio.
WAGO
Con sus sistemas PLC 750 y 760, WAGO ofrece una solución especialmente compacta y modular adecuada para instalaciones pequeñas y medianas. La arquitectura abierta y el soporte de protocolos como Modbus, BACnet u OPC UA permiten una integración sencilla en sistemas existentes. La programación se realiza mediante el software e!COCKPIT o sobre la base de CODESYS, lo que permite una adaptación flexible a los diferentes requisitos de aplicación.
ABB
Con su serie AC500, ABB suministra soluciones PLC de última generación que se caracterizan por su robustez y flexibilidad. Los sistemas PLC de ABB son especialmente adecuados para su uso en entornos industriales exigentes. La programación se realiza mediante Automation Builder, una potente plataforma que ofrece funciones completas para la automatización de procesos, la supervisión de energía y la integración.
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Integración del control en los sistemas de control de procesos
La integración de los sistemas de control en sistemas de control de procesos (PCS) o sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) es un paso decisivo para dominar la complejidad de los sistemas modernos de agua y aguas residuales. Esta integración permite la supervisión y el control centralizados de todos los componentes de la planta, fomenta la transparencia de los estados operativos y optimiza la eficiencia y la seguridad del funcionamiento de la planta.
Funciones y ventajas de los sistemas de control de procesos
1. visualización
Una de las mayores ventajas de un sistema DCS o SCADA es la capacidad de mostrar gráficamente secuencias de control y estados del sistema en tiempo real.
- Imágenes interactivas del proceso: Todos los datos relevantes, como niveles de llenado, presiones, temperaturas, valores de pH o caudales, se muestran en gráficos claros. Los operarios pueden reaccionar rápidamente ante las desviaciones.
- Mensajes de alarma: Los estados críticos se resaltan en color y las alarmas proporcionan información en tiempo real sobre posibles fallos. Esto facilita el diagnóstico de fallos y acelera la localización de averías.
- Simulaciones: Muchos DCS permiten realizar simulaciones para probar los procesos antes de ponerlos en práctica.
2. registro de datos
El registro y almacenamiento de datos de procesos en una base de datos central es un componente fundamental de los sistemas modernos de control de procesos.
- Análisis de datos históricos: pueden evaluarse datos a largo plazo, como valores de DQO, caudales o consumo de energía, para reconocer tendencias e identificar el potencial de optimización.
- Generación de informes: los informes generados automáticamente permiten documentar de forma transparente los estados operativos y sirven como prueba ante las autoridades o los clientes.
- Planificación del mantenimiento: el análisis de los datos de funcionamiento permite planificar los intervalos de mantenimiento en función de la carga real (mantenimiento predictivo), lo que reduce los tiempos de inactividad.
3. mando a distancia
Los sistemas DCS y SCADA permiten supervisar y controlar sistemas a distancia a través de redes, incluida Internet.
- Acceso remoto: los operadores o técnicos de servicio pueden acceder al sistema desde cualquier lugar, realizar diagnósticos y ajustar los parámetros de control.
- Rentabilidad: el acceso remoto reduce la necesidad de visitas in situ y permite responder rápidamente a las averías.
- Medidas de seguridad: Las conexiones cifradas y la gestión de los derechos de los usuarios garantizan que solo las personas autorizadas tengan acceso a los datos y controles críticos del sistema.
Integración técnica del sistema de control y DCS/SCADA
El PLC y el sistema de control de procesos suelen estar conectados mediante protocolos industriales que garantizan un intercambio de datos fiable y normalizado. Los protocolos más utilizados son
- Modbus (TCP/RTU): Muy utilizado en la tecnología del agua y las aguas residuales, especialmente para el control de bombas y válvulas.
- OPC UA (Arquitectura Unificada): Permite la comunicación independiente de la plataforma entre sistemas de control y sistemas de control con arquitectura de seguridad integrada.
- PROFINET/Profibus: Especialmente adecuado para la comunicación rápida dentro de los sistemas, por ejemplo, para el control en tiempo real.
La implantación suele realizarse a través de sistemas de control centralizados (por ejemplo, Siemens SIMATIC o ABB AC500), que registran todos los datos relevantes de sensores y actuadores y los transmiten al sistema DCS/SCADA.
Conclusión
El sistema de control es una herramienta indispensable en la tecnología industrial del agua y las aguas residuales. Ofrece una forma sencilla y fiable de coordinar los componentes del sistema y automatizar los procesos. Especialmente en sistemas con condiciones constantes o procesos claramente definidos, el sistema de control es una solución rentable y eficaz. Para procesos complejos o dinámicos que requieren una adaptación constante, el sistema de control suele complementarse con un control en bucle cerrado. Un profundo conocimiento de los principios de control es esencial para hacer funcionar los sistemas de forma eficaz, segura y económica.
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