O PLC (controlador lógico programável) é um componente central da tecnologia de automação e desempenha um papel crucial no tratamento industrial de água e de águas residuais. Permite o controlo, a monitorização e a regulação de processos através do processamento de sinais de entrada, da execução de lógica de controlo programável e da saída de sinais de controlo. Na prática, o PLC é utilizado em quase todos os sistemas de tecnologia da água para organizar os processos de forma segura, eficiente e flexível.
Índice
Noções básicas sobre o PLC
O PLC é um dispositivo eletrónico capaz de realizar tarefas complexas de controlo e regulação. Substitui a lógica de cablagem convencional, como anteriormente realizada com relés e contactores, e oferece significativamente mais flexibilidade e opções de personalização. Um autómato é normalmente constituído pelos seguintes componentes:
Componentes de hardware
- Unidade central de processamento (CPU): A CPU é o "cérebro" do PLC e executa o programa de controlo. Processa os sinais de entrada e saída e controla os processos no sistema.
- Módulos de entrada: Registam sinais de sensores como os de pressão, temperatura, fluxo ou nível.
- Módulos de saída: Controlam actuadores como bombas, válvulas ou sistemas de dosagem.
- Módulos de comunicação: Utilizados para a transmissão de dados para outros sistemas de controlo, sistemas de controlo (SCADA/PLS) ou para a nuvem.
- Memória: A memória integrada armazena o programa de controlo e os dados do processo.
Software e programação
O PLC é programado utilizando ambientes de desenvolvimento especiais que implementam as instruções lógicas e de controlo na CPU. As linguagens de programação mais comuns são as normalizadas de acordo com a norma IEC 61131-3:
- IL (lista de instruções): Uma linguagem baseada em texto, adequada para tarefas de controlo simples.
- KOP (diagrama em escada): Uma linguagem gráfica baseada na lógica clássica de cablagem.
- FBD (diagrama de blocos funcionais): Representações gráficas para ligações lógicas complexas.
- ST (Structured Text): Uma linguagem de alto nível que é particularmente adequada para cálculos matemáticos e algoritmos sofisticados.
- AS (linguagem de sequência): Ideal para mapear processos sequenciais, tais como controlos de cadeia de passos.
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.
Perspectivas futuras para os PLCs na tecnologia da água
O desenvolvimento da tecnologia PLC está a integrar cada vez mais os conceitos da digitalização e da Internet das Coisas (IoT):
- Conectividade IoT: Os sistemas PLC são ligados diretamente a plataformas baseadas na nuvem para permitir análises de dados globais e monitorização remota.
- Inteligência artificial (IA): os algoritmos de IA são utilizados para analisar dados operacionais em tempo real e gerar sugestões para a otimização dos processos.
- Cibersegurança: Com a crescente ligação em rede dos sistemas de controlo, a tónica é colocada em conceitos de segurança como a comunicação de dados encriptados e a gestão dos direitos dos utilizadores.
Conclusão
O PLC é uma ferramenta indispensável na tecnologia industrial de água e águas residuais. Oferece uma solução flexível, escalável e fiável para controlar, monitorizar e otimizar processos. Ao combiná-lo com sistemas modernos de controlo de processos e tecnologias como a IoT ou a IA, o PLC continua a ser um elemento central para o desenvolvimento da automação na tecnologia da água. A utilização orientada de sistemas PLC líderes de mercado de fabricantes como a Siemens, Beckhoff, WAGO ou ABB torna possível implementar soluções de controlo personalizadas e poderosas para cada sistema.
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