Modular automation in de watertechnologie

In vier stappen naar modular automation

Natuurlijk kunt u niets veranderen aan het feit dat verbruik en kwaliteit van het onbehandelde water sterk schommelen. U kunt er echter voor zorgen dat uw waterbehandeling intelligent hiermee omgaat. Hier speelt de door netwerken gekoppelde Industrie 4.0 een rol – en modulaire automatisering van Festo.

Modular automation met CPX

Festo heeft automatiseringstechniek slim gemaakt. Dankzij digitalisering kunnen wij geautomatiseerde modules in het veld nu eenvoudig, veilig en betrouwbaar met elkaar verbinden en laten samenwerken. De trefwoorden: intelligente componenten die flexibel combineerbaar zijn – precies naar behoefte en eisen. Elke module beschikt over de volledige automatisering die voor de afhandeling van zijn eigen processen noodzakelijk is.

Daarbij fungeert ons automatiseringsplatform CPX als de draaischijf van de decentrale signaalverwerking en functionele besturing. Op deze manier krijgt u schommelingen van waterverbruik en kwaliteit van het onbehandelde water veel beter en rendabeler onder controle dan met een centraal controlesysteem. Was ontbreekt, wordt gewoon aangekoppeld en bijgeschakeld, of het nu om een filtersysteem of aanvullende processtappen gaat (numbering-up in plaats van uitgebreide scaling-up).

Intelligentie in het veld

Vergelijking: modulair versus centraal

Watertechnologie: modular automation

Meestal verlopen het ontwerp en de engineering van procestechnische installaties als volgt: men bepaalt een productiehoeveelheid in een vooraf ingestelde tijdseenheid en ontwikkelt daarvoor een technisch proces. Het hele proces wordt daarbij door een centraal controlesysteem geregeld en bewaakt. Dat werkt prima – zolang de vereiste productiehoeveelheid gelijk blijft.

Maar dat is bij u natuurlijk niet het geval. Of de kwaliteit van het onbehandelde water varieert. Ingrijpen in een dergelijke centrale automation is extreem omslachtig en kostbaar, omdat de gehele proces- en automatiseringstechniek dan moet worden gewijzigd. Bovendien hebt u iemand nodig die deze speciale configuratie en de programmering ervan beheerst. Ook een lager debiet kan invloed hebben op de productkwaliteit en de rentabiliteit van de installatie in gevaar brengen. En ten slotte zijn onderhoud en instandhouding moeizaam en duur, omdat men steeds het hele systeem moet uitschakelen en weer inschakelen.

Het concept modular automation biedt nu een echt alternatief voor alle sectoren die water behandelen en gebruiken: elke door netwerken gekoppelde installatiemodule is een zelfstandige functionele eenheid, werkt onafhankelijk en bevat de volledige besturing van Festo. Dit betekent dat u eenvoudig en naar behoefte componenten kunt aan- of afkoppelen, snel en voordelig. Daardoor kan de productiehoeveelheid flexibel worden aangepast. Hernieuwde programmering en configuratie van de applicatiesoftware zijn niet noodzakelijk. Ook de onderhoudskosten worden duidelijk verlaagd.

Praktijkvoorbeeld: drankproductie

Drankproductie

De samenstelling van onbehandeld water verschilt afhankelijk van de locatie van de fabriek. Soms is het water ook vervuild. Daarom zijn passende waterbehandelingsstappen nodig, zodat u beschikt over kwalitatief hoogwaardig water voor de productie. Daarnaast is een precies op elkaar afgestemde combinatie van filtratiesystemen vereist: grindfilters, ionenwisselaars, ultrafiltratie- of omgekeerde-osmosesystemen etc.

Modular automation heeft daarbij duidelijk voordelen, omdat deze snel op veranderende omstandigheden kan worden ingesteld en de benodigde filtratiemodules simpel kunnen worden geïntegreerd. Want elk van deze modules bevat reeds de telkens vereiste automatiseringsfuncties, die door het remote I/O-systeem met geïntegreerde PLC van Festo worden gestuurd. Daarom kunnen deze naar behoefte en eenvoudig worden toegevoegd.

Op weg naar modular automation

Hier tonen wij u aan de hand van een waterfiltratie hoe u in slechts vier stappen een conventionele, grootschalige procestechnische installatie met centrale automation omtovert in een modulaire, decentraal geautomatiseerde oplossing. Wij gaan daarbij uit van een typische waterbehandelingsinstallatie die precies voor eerder gedefinieerde eisen werd ontworpen en nu maar moeilijk kan worden veranderd (scale-down of scale-up). Modular automation verandert deze installatie in een flexibele installatie waarbij de productiehoeveelheid eenvoudig en snel kan worden aangepast door modules te verwijderen (numbering-down) of toe te voegen (numbering-up).

Als voorbeeld nemen wij de tot nu toe gebruikelijke uitvoering van een waterfiltratiesysteem met centrale besturing en controlesysteem. Daarop is via veldbus het ventieleiland als remote I/O-systeem met geïntegreerde pneumatische eenheid aangesloten. In de schakelkast zijn de componenten voor de aansturing van de veldapparaten gemonteerd.

Stap 1: Opdelen in deelprocessen

Dergelijke traditionele waterbehandelingsinstallaties kan men eenvoudig modulariseren. Daarvoor deelt men het technisch proces eerst op in deelprocessen. Voor elk deelproces wordt vervolgens een module gedefinieerd, die alle mechanische en automatiseringstechnische componenten bevat die voor een autonome werking noodzakelijk zijn.

Stap 2: automation modulariseren

Op dezelfde manier wordt de automation gemodulariseerd: de schakelkastcomponenten en de centrale besturing (de procestechnische applicatiesoftware) worden zo gesplitst dat elke module met eigen controllers, remote I/O-componenten en pneumatische aansturingen is uitgerust.

Stap 3: Het gehele systeem coördineren

Nadat door verbinding van de modules een procestechnische installatie is ontstaan, stelt elke module zijn specifieke functionaliteit gekapseld via een gegevensinterface ter beschikking. Zo kunnen bedrijfsmodus, status, procesmeetwaarden, alarmen etc. worden uitgelezen resp. geschreven, zodat de installatie goed werkt.

Daarvoor hebt u bovendien een procesmanagementsysteem nodig, dat de functionaliteiten van de modules in het totale systeem coördineert en waardoor de aansturing van het technische proces pas mogelijk wordt. Dat kan echter duidelijk 'slanker' dan bij centrale besturingen. Zoals gezegd: de modules zelf zijn al uitgerust met de processpecifieke besturingsfuncties.

Stap 4: Modulaire installaties flexibel aanpassen

Met behulp van de beschreven modules bouwt u installaties met willekeurige configuraties geheel naar uw wensen en de actuele eisen – gewoon door toevoeging van qua bouw en functie identieke modules. Dat is van begin af aan flexibel, en blijft het ook: numbering-up in plaats van scaling-up.

Modular automation is relatief eenvoudig. En met Festo is dat nog gemakkelijker: onze specialisten adviseren u graag.

Argumenten voor modular automation

Het beschreven voorbeeld van de modularisering van een eerder centraal aangestuurde installatie komt uit de waterfiltratie. Het principe is echter vanzelfsprekend ook op andere industriesegmenten van toepassing. En niet alleen de exploitanten van deze installaties en systemen profiteren van de flexibiliteit die modulaire procesautomation van Festo biedt. Ook voor installatiefabrikanten is een modulair concept een win-win-situatie.

Voordelen voor exploitanten en OEM's

  • Numbering-up/down: modular automation maakt wijzigingen van de gehele installatie veel eenvoudiger. Daardoor wordt ook de engineering sneller en voordeliger.
  • Transparantie: de afzonderlijke modules van Festo zijn nauwkeurig gedefinieerde eenheden met duidelijk overzichtelijke functionaliteit.
  • Flexibiliteit: de modules kunnen daarom ook eenvoudig worden aangepast. Dat vereenvoudigt en versnelt de integratie van aanvullende processtappen.
  • Eenvoud: de modules zijn al voorzien van hun specifieke applicatiesoftware. Dat vermindert de complexiteit van de gehele IT.
  • Onafhankelijkheid: de modules van Festo worden met Codesys volgens IEC 61131 geprogrammeerd. Zo ontstaan geen licentiekosten en kunt u de automatiseringshardware geheel vrij kiezen.
  • Synergie: OEM's kunnen uniforme modules ook in kleine series vervaardigen en vóór levering uitgebreid testen. Dit levert schaalvoordelen bij de productie en montage op alsmede kostenbesparingen en kunt u de producten tijdig op de markt brengen.

Watertechnologie staat pas aan het begin

Ontwerp en engineering van procestechnische installaties zullen naar verwachting grondig veranderen. Het Namur-advies NE 148 heeft met het oog op Industrie 4.0 al „Eisen aan de automatiseringstechniek door de modularisering van procestechnische systemen“ geformuleerd. Met andere woorden: in de gehele procesindustrie moeten exploitanten en fabrikanten altijd controleren of modulaire concepten ook al voor hun systemen en installaties kunnen worden geïmplementeerd.

White Paper: Installaties volgens het Lego-principe

Wij leggen de overschakeling naar modulaire automation bij procestechnische installaties uit aan de hand van een waterfiltratie in een overzichtelijke White Paper.

De PDF kunt u hier downloaden.