Sterownik PLC (programowalny sterownik logiczny) jest centralnym elementem technologii automatyzacji i odgrywa kluczową rolę w przemysłowym oczyszczaniu wody i ścieków. Umożliwia sterowanie, monitorowanie i regulację procesów poprzez przetwarzanie sygnałów wejściowych, wykonywanie programowalnej logiki sterowania i wysyłanie sygnałów sterujących. W praktyce sterownik PLC jest wykorzystywany w prawie wszystkich systemach technologii wodnej w celu bezpiecznej, wydajnej i elastycznej organizacji procesów.
Spis treści
Podstawy sterownika PLC
Sterownik PLC to urządzenie elektroniczne zdolne do wykonywania złożonych zadań sterowania i regulacji. Zastępuje konwencjonalną logikę okablowania, realizowaną wcześniej za pomocą przekaźników i styczników, i oferuje znacznie większą elastyczność i opcje dostosowywania. Sterownik PLC składa się zazwyczaj z następujących elementów:
Komponenty sprzętowe
- Jednostka centralna (CPU): CPU jest "mózgiem" sterownika PLC i wykonuje program sterujący. Przetwarza sygnały wejściowe i wyjściowe oraz steruje procesami w systemie.
- Moduły wejściowe: Rejestrują one sygnały z czujników, takich jak czujniki ciśnienia, temperatury, przepływu lub poziomu.
- Moduły wyjściowe: Sterują siłownikami, takimi jak pompy, zawory lub systemy dozowania.
- Moduły komunikacyjne: Wykorzystywane do transmisji danych do innych systemów sterowania, systemów kontroli (SCADA/PLS) lub chmury.
- Pamięć: Zintegrowana pamięć przechowuje program sterujący i dane procesowe.
Oprogramowanie i programowanie
Sterownik PLC jest programowany przy użyciu specjalnych środowisk programistycznych, które implementują instrukcje logiczne i sterujące w CPU. Powszechne języki programowania obejmują te znormalizowane zgodnie z normą IEC 61131-3:
- IL (lista instrukcji): Język tekstowy, odpowiedni do prostych zadań sterowania.
- KOP (schemat drabinkowy): Język graficzny oparty na klasycznej logice okablowania.
- FBD (schemat blokowy funkcji): Graficzna reprezentacja złożonych połączeń logicznych.
- ST (Structured Text): Język wysokiego poziomu, który jest szczególnie odpowiedni do obliczeń matematycznych i zaawansowanych algorytmów.
- AS (język sekwencji): Idealny do mapowania procesów sekwencyjnych, takich jak sterowanie łańcuchem kroków.
Zdjęcie: Nasza rozdzielnica z opracowanym przez nas oprogramowaniem ALMA Controle - technologia systemowa, planowanie i programowanie szaf sterowniczych - wszystko z jednego źródła (proces: system CP ALMA CHEM MCW)
Obszary zastosowań jednostki sterującej w technologii wody i ścieków
W branży uzdatniania wody i oczyszczania ścieków rozwiązania z zakresu technologii sterowania mają kluczowe znaczenie dla bezpiecznej i wydajnej obsługi złożonych i często wysoce zmiennych procesów. System sterowania ma za zadanie połączyć ze sobą wszystkie komponenty systemu i zapewnić płynną komunikację między czujnikami, siłownikami i systemami sterowania procesem. Zastosowanie programowalnych sterowników logicznych (PLC ) umożliwia elastyczną, precyzyjną i niezawodną automatyzację systemów.
Systemy sterowania oparte na PLC
Programowalne sterowniki logiczne (PLC) są centralnym elementem nowoczesnej technologii automatyzacji i stały się niezbędne w technologii wodno-ściekowej. Wykonują one zadania takie jak
- Kontrola procesów operacyjnych: Od dozowania chemikaliów po sterowanie pompami i zaworami.
- Monitorowanie bezpieczeństwa: wykrywanie naruszeń wartości granicznych i inicjowanie środków awaryjnych.
- Monitorowanie i optymalizacja systemu: Pozyskiwanie i przetwarzanie danych pomiarowych w celu analizy warunków pracy i optymalizacji procesów.
Integracja systemu sterowania z systemami kontroli procesu, takimi jak SCADA, umożliwia centralne monitorowanie, kontrolowanie i dokumentowanie całego systemu.
Podejście holistyczne: planowanie systemu, budowa szaf sterowniczych i programowanie
Szczególnie dużą zaletą we wdrażaniu rozwiązań sterowania w technologii wodno-ściekowej jest połączenie projektowania systemu, planowania szaf sterowniczych i programowania sterowników PLC. Ścisła integracja tych obszarów zapewnia optymalną interakcję między systemami, co eliminuje częste źródła błędów, takie jak problemy z komunikacją na interfejsach.
Nasze mocne strony w interakcji:
- Projektowanie systemu: Automatyzacja jest zintegrowana z ogólną koncepcją już na etapie planowania procesów systemowych.
- Konstrukcja szafy sterowniczej: Precyzyjne planowanie i konstrukcja szaf sterowniczych uwzględnia wszystkie wymagania sterownika PLC i czujników/elementów wykonawczych.
- Programowanie: Programowanie sterownika PLC jest specjalnie dostosowane do indywidualnych wymagań systemu i zaprojektowane z myślą o płynnej komunikacji.
To holistyczne podejście skutkuje bezbłędnym, dobrze skoordynowanym rozwiązaniem kontrolnym, które nie tylko działa wydajnie, ale jest również łatwe w utrzymaniu i skalowalne.
Producenci sterowników PLC i języki programowania
Wiodący na rynku dostawcy systemów PLC zapewniają niezawodne i elastyczne rozwiązania sterowania, które zostały opracowane specjalnie do zastosowań przemysłowych. Do najważniejszych producentów należą
Siemens
Dzięki serii SIMATIC S7 i oprogramowaniu do programowania TIA Portal, Siemens jest jednym z wiodących dostawców systemów PLC. Platforma umożliwia intuicyjne programowanie i oferuje wszechstronne funkcje automatyzacji procesów. Rozwiązania Siemens są szczególnie popularne w dużych systemach i złożonych aplikacjach.
Beckhoff Automation
Dzięki sterownikom CX i oprogramowaniu TwinCAT firma Beckhoff oferuje elastyczne rozwiązania automatyzacji oparte na komputerach PC. Wysoki stopień otwartości i skalowalności sprawia, że Beckhoff jest szczególnie interesujący dla systemów wymagających dostosowania.
Rockwell Automation (Allen-Bradley)
Dzięki systemom ControlLogix i CompactLogix, Rockwell Automation oferuje solidne rozwiązania PLC, które są wykorzystywane głównie w aplikacjach międzynarodowych i przemyśle procesowym. Programowanie odbywa się za pomocą wydajnego oprogramowania Studio 5000.
Schneider Electric
Seria Modicon od Schneider Electric w połączeniu z oprogramowaniem EcoStruxure Control Expert jest specjalnie zaprojektowana do energooszczędnych rozwiązań sterowania. Systemy PLC Schneider są często stosowane w średniej wielkości instalacjach wodno-kanalizacyjnych.
WAGO
Dzięki systemom 750 i 760 PLC WAGO oferuje wyjątkowo kompaktowe i modułowe rozwiązanie, które jest odpowiednie dla małych i średnich systemów. Otwarta architektura i obsługa protokołów takich jak Modbus, BACnet lub OPC UA umożliwiają łatwą integrację z istniejącymi systemami. Programowanie odbywa się za pomocą oprogramowania e!COCKPIT lub w oparciu o CODESYS, co pozwala na elastyczne dostosowanie do różnych wymagań aplikacji.
ABB
Dzięki serii AC500 ABB dostarcza najnowocześniejsze rozwiązania PLC, które charakteryzują się solidnością i elastycznością. Systemy PLC ABB są szczególnie odpowiednie do stosowania w wymagających środowiskach przemysłowych. Programowanie odbywa się za pomocą Automation Builder, potężnej platformy, która oferuje kompleksowe funkcje automatyzacji procesów, monitorowania energii i integracji.
Zdjęcie: Nasza rozdzielnica z opracowanym przez nas oprogramowaniem ALMA Controle - technologia systemowa, planowanie i programowanie szaf sterowniczych - wszystko z jednego źródła (proces: system odwróconej osmozy ALMA OSMO)
Integracja sterowania w systemach kontroli procesów
Integracja systemów sterowania z systemami sterowania procesami (PCS) lub systemami SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) jest decydującym krokiem w kierunku opanowania złożoności nowoczesnych systemów wodno-ściekowych. Integracja ta umożliwia scentralizowane monitorowanie i sterowanie wszystkimi komponentami instalacji, promuje przejrzystość stanów operacyjnych oraz optymalizuje wydajność i bezpieczeństwo pracy instalacji.
Funkcje i zalety systemów kontroli procesów
1. wizualizacja
Jedną z największych zalet systemu DCS lub SCADA jest możliwość graficznego wyświetlania sekwencji sterowania i stanu systemu w czasie rzeczywistym.
- Interaktywne obrazy procesów: Wszystkie istotne dane, takie jak poziomy napełnienia, ciśnienia, temperatury, wartości pH lub natężenia przepływu, są wyświetlane w postaci przejrzystych grafik. Operatorzy mogą szybko reagować na odchylenia.
- Komunikaty alarmowe: Stany krytyczne są podświetlane na kolorowo, a alarmy dostarczają w czasie rzeczywistym informacji o potencjalnych usterkach. Ułatwia to diagnozowanie usterek i przyspiesza rozwiązywanie problemów.
- Symulacje: Wiele systemów DCS umożliwia przeprowadzanie symulacji w celu przetestowania procesów przed ich wdrożeniem w praktyce.
2. rejestrowanie danych
Rejestrowanie i przechowywanie danych procesowych w centralnej bazie danych jest głównym elementem nowoczesnych systemów kontroli procesów.
- Analiza danych historycznych: Dane długoterminowe, takie jak wartości ChZT, natężenia przepływu lub zużycie energii, mogą być oceniane w celu rozpoznania trendów i zidentyfikowania potencjału optymalizacji.
- Generowanie raportów: Automatycznie generowane raporty umożliwiają przejrzystą dokumentację statusów operacyjnych i służą jako dowód dla władz lub klientów.
- Planowanie konserwacji: Analizując dane operacyjne, można zaplanować okresy konserwacji na podstawie rzeczywistego obciążenia (konserwacja predykcyjna), co skraca czas przestojów.
3. pilot zdalnego sterowania
Systemy DCS i SCADA umożliwiają zdalne monitorowanie i sterowanie systemami za pośrednictwem sieci, w tym Internetu.
- Zdalny dostęp: Operatorzy lub technicy serwisowi mogą uzyskać dostęp do systemu z dowolnego miejsca, przeprowadzić diagnostykę i dostosować parametry sterowania.
- Efektywność kosztowa: Zdalny dostęp zmniejsza potrzebę wizyt na miejscu i umożliwia szybką reakcję na usterki.
- Środki bezpieczeństwa: Szyfrowane połączenia i zarządzanie uprawnieniami użytkowników zapewniają, że tylko upoważnione osoby mają dostęp do krytycznych danych systemowych i elementów sterujących.
Integracja techniczna systemu sterowania i DCS/SCADA
Sterownik PLC i system sterowania procesem są zwykle połączone za pomocą protokołów przemysłowych, które zapewniają niezawodną i znormalizowaną wymianę danych. Często używane protokoły to
- Modbus (TCP/RTU): Szeroko stosowany w technologii wodno-ściekowej, zwłaszcza do sterowania pompami i zaworami.
- OPC UA (Unified Architecture): Umożliwia niezależną od platformy komunikację między systemami sterowania i systemami sterowania ze zintegrowaną architekturą bezpieczeństwa.
- PROFINET/Profibus: Szczególnie nadaje się do szybkiej komunikacji w ramach systemów, np. do sterowania w czasie rzeczywistym.
Wdrożenie odbywa się zazwyczaj za pośrednictwem scentralizowanych systemów sterowania (np. Siemens SIMATIC lub ABB AC500), które rejestrują wszystkie istotne dane z czujników i siłowników i przesyłają je do systemu DCS/SCADA.
Perspektywy dla sterowników PLC w technologii wodnej
Dalszy rozwój technologii PLC w coraz większym stopniu integruje koncepcje cyfryzacji i Internetu rzeczy (IoT):
- Łączność IoT: systemy PLC są podłączone bezpośrednio do platform opartych na chmurze, aby umożliwić globalną analizę danych i zdalne monitorowanie.
- Sztuczna inteligencja (AI): Algorytmy AI są wykorzystywane do analizy danych operacyjnych w czasie rzeczywistym i generowania sugestii dotyczących optymalizacji procesów.
- Cyberbezpieczeństwo: Wraz z rosnącą siecią systemów sterowania, nacisk kładziony jest na koncepcje bezpieczeństwa, takie jak szyfrowana komunikacja danych i zarządzanie prawami użytkowników.
Wnioski
Sterownik PLC jest niezbędnym narzędziem w przemysłowej technologii wodno-ściekowej. Oferuje elastyczne, skalowalne i niezawodne rozwiązanie do sterowania, monitorowania i optymalizacji procesów. Dzięki połączeniu z nowoczesnymi systemami sterowania procesami i technologiami, takimi jak IoT lub AI, sterownik PLC pozostaje centralnym elementem dalszego rozwoju automatyzacji w technologii wodnej. Ukierunkowane wykorzystanie wiodących na rynku systemów PLC takich producentów jak Siemens, Beckhoff, WAGO czy ABB umożliwia wdrożenie niestandardowych i wydajnych rozwiązań sterowania dla każdego systemu.
Aby uzyskać więcej informacji na temat naszych produktów, prosimy skontaktować się z nami w dowolnym momencie!
