O controlo refere-se ao processamento de variáveis de entrada (por exemplo, pontos de regulação, entradas de sensores ou do operador) para influenciar as variáveis de saída (por exemplo, posições das válvulas, saída da bomba) através de um elemento de controlo (por exemplo, PLC, interrutor ou relé). Ao contrário do controlo em circuito fechado, não existe feedback contínuo das variáveis de saída; em vez disso, o controlador funciona estritamente de acordo com instruções definidas.
Componentes de um sistema de controlo
Um sistema de controlo inclui normalmente os seguintes elementos:
- Dispositivos de entrada: Sensores, interruptores ou painéis de controlo que registam as variáveis de entrada ou as especificam manualmente.
- Elemento de controlo: A unidade central que implementa a lógica de controlo (por exemplo, PLC - controlador lógico programável ou controlo de relés).
- Dispositivos de saída: Actuadores como válvulas, bombas doseadoras ou accionamentos que executam o comando de controlo.
- Alimentação eléctrica: Assegura o funcionamento dos componentes de controlo.
Índice
Contexto técnico e tipos de controlo
Tipos de controlo
São utilizados vários tipos de controlo no tratamento industrial de água e de águas residuais, dependendo dos requisitos do processo:
- Controlo temporal: O controlo baseia-se numa programação fixa, por exemplo, retrolavagem cíclica de filtros.
- Controlo de operações lógicas: As operações lógicas (AND, OR, NOT) determinam a sequência, por exemplo, para funções de segurança que monitorizam vários estados.
- Controlo sequencial ou de sequência: O controlo é efectuado sequencialmente em várias etapas, por exemplo, ao encher, agitar e esvaziar um tanque de neutralização.
- Controlo por eventos: sinais externos (por exemplo, nível de enchimento, pressão) desencadeiam comandos de controlo, por exemplo, a abertura de uma válvula em caso de enchimento excessivo.
Controlador lógico programável (PLC)
O PLC é a tecnologia de controlo mais comum no tratamento de águas. Permite sequências de controlo flexíveis e personalizáveis através de programação. Vantagens do PLC:
- Elevada fiabilidade e precisão.
- Fácil adaptabilidade às mudanças de processo.
- Integração com sistemas SCADA e DCS para monitorização e registo de dados.
Foto: O nosso quadro elétrico com o software ALMA Controle desenvolvido internamente - tecnologia de sistemas, planeamento e programação de quadros eléctricos - tudo a partir de uma única fonte (processo: sistema CP ALMA CHEM MCW)
Áreas de aplicação da unidade de controlo na tecnologia da água e das águas residuais
No tratamento de água e de águas residuais, as soluções de tecnologia de controlo são de importância central para operar os processos complexos e muitas vezes altamente variáveis de forma segura e eficiente. O sistema de controlo assume a tarefa central de ligar todos os componentes do sistema entre si e de assegurar uma comunicação sem problemas entre sensores, actuadores e sistemas de controlo de processos. A utilização de controladores lógicos programáveis (PLCs) permite uma automatização flexível, precisa e fiável dos sistemas.
Sistemas de controlo baseados em PLC
Os controladores lógicos programáveis (PLC) são a peça central da moderna tecnologia de automação e tornaram-se indispensáveis na tecnologia da água e das águas residuais. Executam tarefas como
- Controlo de processos operacionais: Desde o doseamento de produtos químicos até ao controlo de bombas e válvulas.
- Monitorização da segurança: Deteção de violações dos valores-limite e início de medidas de emergência.
- Monitorização e otimização do sistema: Aquisição e tratamento de dados de medição para analisar as condições de funcionamento e otimizar os processos.
A integração do sistema de controlo em sistemas de controlo de processos, como o SCADA, permite monitorizar, controlar e documentar todo o sistema de forma centralizada.
Abordagem holística: planeamento do sistema, construção e programação do quadro de controlo
Uma vantagem particularmente grande na implementação de soluções de controlo na tecnologia de água e águas residuais reside na combinação do design do sistema, planeamento do quadro de controlo e programação PLC. A estreita integração destas áreas garante uma interação óptima entre os sistemas, o que elimina fontes de erro frequentes, como problemas de comunicação nas interfaces.
Os nossos pontos fortes na interação:
- Conceção do sistema: A automatização é integrada no conceito global logo na fase de planeamento dos processos do sistema.
- Construção do quadro de comando: O planeamento e a construção precisos dos quadros de comando têm em conta todos os requisitos do PLC e dos sensores/actuadores.
- Programação: A programação do PLC é especialmente adaptada aos requisitos individuais do sistema e concebida para uma comunicação sem problemas.
Esta abordagem holística resulta numa solução de controlo sem erros e bem coordenada que não só funciona eficientemente, como também é fácil de manter e escalável.
Fabricantes de PLC e linguagens de programação
Os fornecedores líderes de mercado de sistemas PLC fornecem soluções de controlo fiáveis e flexíveis que foram especialmente desenvolvidas para aplicações industriais. Os fabricantes mais importantes incluem
Siemens
Com a sua série SIMATIC S7 e o software de programação TIA Portal, a Siemens é um dos principais fornecedores de sistemas PLC. A plataforma permite uma programação intuitiva e oferece funções abrangentes para a automatização de processos. As soluções Siemens são particularmente populares em grandes sistemas e aplicações complexas.
Automação Beckhoff
Com os seus controladores CX e o software TwinCAT, a Beckhoff oferece soluções de automação flexíveis e baseadas em PC. O elevado grau de abertura e escalabilidade torna a Beckhoff particularmente interessante para sistemas que requerem personalização.
Rockwell Automation (Allen-Bradley)
Com os sistemas ControlLogix e CompactLogix, a Rockwell Automation oferece soluções PLC robustas que são utilizadas principalmente em aplicações internacionais e na indústria de processos. A programação é efectuada com o potente software Studio 5000.
Schneider Electric
A série Modicon da Schneider Electric, em combinação com o software EcoStruxure Control Expert, foi especialmente concebida para soluções de controlo energeticamente eficientes. Os sistemas PLC da Schneider são frequentemente utilizados em sistemas de água e águas residuais de média dimensão.
WAGO
Com os sistemas PLC 750 e 760, a WAGO oferece uma solução particularmente compacta e modular, que é adequada para sistemas de pequeno e médio porte. A arquitetura aberta e o suporte de protocolos como Modbus, BACnet ou OPC UA permitem uma fácil integração em sistemas existentes. A programação é realizada através do software e!COCKPIT ou com base no CODESYS, o que permite uma adaptação flexível a diferentes requisitos de aplicação.
ABB
Com a sua série AC500, a ABB fornece soluções PLC de última geração que se caracterizam pela sua robustez e flexibilidade. Os sistemas PLC da ABB são particularmente adequados para utilização em ambientes industriais exigentes. A programação é efectuada utilizando o Automation Builder, uma plataforma poderosa que oferece funções abrangentes para automação de processos, monitorização de energia e integração.
Foto: O nosso quadro elétrico com o software ALMA Controle desenvolvido internamente - tecnologia de sistemas, planeamento e programação de quadros eléctricos - tudo a partir de uma única fonte (processo: sistema de osmose inversa ALMA OSMO)
Integração do controlo em sistemas de controlo de processos
A integração de sistemas de controlo em sistemas de controlo de processos (PCS) ou sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) é um passo decisivo para dominar a complexidade dos modernos sistemas de água e de águas residuais. Esta integração permite a monitorização e o controlo centralizados de todos os componentes da instalação, promove a transparência dos estados operacionais e optimiza a eficiência e a segurança do funcionamento da instalação.
Funções e vantagens dos sistemas de controlo de processos
1. visualização
Uma das maiores vantagens de um sistema DCS ou SCADA é a capacidade de apresentar graficamente as sequências de controlo e os estados do sistema em tempo real.
- Imagens interactivas do processo: Todos os dados relevantes, tais como níveis de enchimento, pressões, temperaturas, valores de pH ou caudais, são apresentados em gráficos claros. Os operadores podem reagir rapidamente a desvios.
- Mensagens de alarme: Os estados críticos são destacados a cores e os alarmes fornecem informações em tempo real sobre potenciais falhas. Isto facilita o diagnóstico de falhas e acelera a resolução de problemas.
- Simulações: Muitos DCSs permitem a realização de simulações para testar processos antes de serem postos em prática.
2. registo de dados
O registo e armazenamento de dados de processo numa base de dados central é um componente central dos sistemas modernos de controlo de processos.
- Análise de dados históricos: Os dados a longo prazo, como os valores de CQO, os caudais ou o consumo de energia, podem ser avaliados a fim de reconhecer tendências e identificar o potencial de otimização.
- Geração de relatórios: Os relatórios gerados automaticamente permitem uma documentação transparente dos estados de funcionamento e servem de prova para as autoridades ou clientes.
- Planeamento da manutenção: Através da análise dos dados de funcionamento, os intervalos de manutenção podem ser planeados com base na carga real (manutenção preditiva), o que reduz os tempos de paragem.
3. controlo remoto
Os sistemas DCS e SCADA tornam possível monitorizar e controlar sistemas remotamente através de redes, incluindo a Internet.
- Acesso remoto: Os operadores ou técnicos de assistência podem aceder ao sistema a partir de qualquer local, efetuar diagnósticos e ajustar os parâmetros de controlo.
- Eficiência de custos: O acesso remoto reduz a necessidade de visitas ao local e permite uma resposta rápida às avarias.
- Medidas de segurança: As ligações encriptadas e a gestão dos direitos dos utilizadores garantem que apenas as pessoas autorizadas têm acesso aos dados e controlos críticos do sistema.
Integração técnica do sistema de controlo e DCS/SCADA
O PLC e o sistema de controlo de processos estão normalmente ligados através de protocolos industriais que asseguram uma troca de dados fiável e normalizada. Os protocolos frequentemente utilizados são
- Modbus (TCP/RTU): Amplamente utilizado na tecnologia da água e das águas residuais, especialmente para o controlo de bombas e válvulas.
- OPC UA (Arquitetura Unificada): Permite a comunicação independente da plataforma entre sistemas de controlo e sistemas de controlo com arquitetura de segurança integrada.
- PROFINET/Profibus: Particularmente adequado para comunicação rápida dentro de sistemas, por exemplo, para controlo em tempo real.
A implementação é tipicamente realizada através de sistemas de controlo centralizados (por exemplo, Siemens SIMATIC ou ABB AC500), que registam todos os dados relevantes dos sensores e actuadores e os enviam para o sistema DCS/SCADA.
Conclusão
O sistema de controlo é uma ferramenta indispensável na tecnologia da água e das águas residuais industriais. Oferece uma forma simples e fiável de coordenar os componentes do sistema e automatizar os processos. Especialmente em sistemas com condições constantes ou processos claramente definidos, o sistema de controlo é uma solução económica e eficaz. Para processos complexos ou dinâmicos que requerem uma adaptação constante, o sistema de controlo é frequentemente complementado por um controlo em circuito fechado. Um conhecimento profundo dos princípios de controlo é essencial para operar sistemas de forma eficiente, segura e económica.
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