水处理工程的模块化自动化方案

只需四个步骤即可实现模块化自动化

对于原水的用水量和水质的大幅波动,您无法改变。但您能做的是确保您的水处理系统能够对此进行智能地管理。这就是网络化工业・4.0・以及・Festo・的模块化自动化发挥作用的地方。

利用・CPX・实现模块化自动化

Festo 赋予自动化技术智能。借助数字化,我们现在可以在现场层轻松、安全、可靠地将自动化模块相互连接,并使它们协同工作。这里的关键词是“智能元件”,它们可以准确根据需要和要求灵活组合。每个模块都包含执行自己的过程所需的所有自动化元件。

我们的自动化平台・CPX・是所有分散信号处理和功能控制活动的核心。与中央控制系统相比,它能更好、更经济地控制波动的用水量和原水水质。如果缺少任何东西,无论是过滤系统还是其它过程步骤,都可以简单地连接并激活(即增加数量,而不是复杂的规模扩展)。

现场层智能

比较:模块化自动化与集中式自动化

水处理工程:模块化自动化

到目前为止,要完成基于过程的系统设计和工程,通常需要:定义一个必须在特定时间内完成的生产量,然后创建一个过程来实现它。一切都由集中式控制系统控制和监控。只要所需的生产量保持不变,这种方法就行之有效。

但情况往往并非这样。或者原水的水质有波动。介入这样的集中式安装的自动化系统极其费力,因为这意味着需要修改所有过程和自动化技术。并且还需要非常熟悉特定设计和编程方式的人。此外,被拉低的生产量会影响产品质量,并危及系统的盈利能力。最后但同样重要的一点是,维修和维护既繁琐又昂贵,因为您总是不得不关闭并重启整个系统。

模块化自动化的概念现在为所有处理和使用水的行业提供了一个合适的替代方案。每个连接的系统模块本身就是一个功能单元,独立运行,包含 Festo 的成套控制系统。这意味着您可以根据需要快速、轻松、经济地连接和断开它。因此,可以灵活地变更生产量。无需重新编程或重新配置应用软件,维护成本也大幅下降。

实例:饮料生产

饮料生产

原水的成分因工厂所在地而异。偶尔也会发生污染。这意味着需要采取适当的步骤来处理水,并确保生产中使用优质的水。这需要适用的过滤系统组合:砂石滤池、离子交换器、超滤或反渗透系统等。

在这种情况下,模块化自动化具有明显的优势,因为它可以快速适应不断变化的条件,并且所需的过滤模块易于集成。这是因为这些模块中的每一个都已经包含了必要的自动化功能,通过带有・Festo・集成式可编程逻辑控制器的远程・I/O・系统实施。因此,它们很容易根据实际需要进行扩展。

您通往模块化自动化之路

以水过滤为例,这些图表说明了如何通过四个步骤将传统的、基于大规模过程的集中式自动化系统转变为模块化、分散式自动化解决方案。为此,我们将采用典型的水处理系统,旨在满足先前指定而现在很难修改的要求(即规模扩大或缩小)。模块化自动化将其转变为灵活的系统,允许您通过删除模块(减少)或添加模块(增加)来快速轻松地调整生产量。

对于我们的实例,我们将采取一种带中央控制器和控制系统的水过滤系统设计,这种设计曾经经常使用。阀岛通过带有内置气动部分的现场总线作为远程・I/O・系统与之相连。用于控制现场设备的元件安装在控制柜中。

第・1・步:分为几个子过程

这些类型的常规水处理系统易于模块化。首先,将整个过程分为几个子过程。为每个子过程定义一个模块,其中包含自主操作所需的所有机械和自动化技术元件。

第・2・步:模块化自动化

自动化以同样的方式模块化。对控制柜元件和中央控制器(基于过程的应用软件)进行划分,确保每个模块都配备有自己的控制器、远程・I/O・元件和气动控制装置。

第 3 步:匹配整个系统

一旦模块完成连接以形成基于过程的系统,每个模块通过数据接口以封装形式信号执行其特定功能。因而可以读出或写入操作模式、状态、过程测量值、警报等,以便系统正确运行。

此外,您还需要一个过程管理系统来协调整个系统中的模块功能,并允许您管理整个过滤过程。这种方法可能比使用中央控制器更精简。如前所述,过程相关的控制功能已经包含在模块本身中。

第・4・步:灵活定制模块化系统

使用上述模块,您可以通过添加在结构和功能方面相同的模块来构建任意结构的系统,以满足您的精确需求和实际需要。通过数量增加而非规模扩张来实施,系统从一开始就保持了灵活性。

模块化自动化相对容易。有了 Festo 的协作,这样的改造就更容易实现了。我们的专家将很乐意为您提供建议。

支持模块化自动化的理由

此处所述的模块化是基于过去集中控制的水过滤系统的实例。然而,这一基本原则也适用于其它工业领域。不仅系统运营者受益于・Festo・模块化过程自动化提供的灵活性, 系统构建者也将从模块化概念中获益。

运营商和原始设备制造商从中的获益

  • 数量增加/减少:模块化自动化使得整个系统修改变得更加容易。因此,可以更快、更经济地完成工程设计任务。
  • 透明:Festo・的各个模块是精确定义的单元,功能清晰。
  • 灵活:这也意味着模块易于定制。这简化并加快了其它过程步骤的集成。
  • 简单:模块包含其自身专用的应用软件。这降低了整个・IT・环境的复杂性。
  • 自主控制:Festo 模块使用 CODESYS 进行编程,符合 IEC 61131 标准。这意味着没有许可费,您可以自由选择所需的自动化硬件。
  • 协同增效:原始设备制造商也可以小批量生产标准化模块,并在交付前进行全面测试。因此,受益于生产和装配的规模经济,您降低了成本,可以在合适的时间为市场服务。

水处理工程只是开始

预计基于过程的系统设计和工程将有一个根本性的转变。NAMUR・Recommendation・NE・148・已经针对工业・4.0・制定了“与过程工厂模块化相关的自动化要求”。换句话说,整个过程行业的系统运营商和制造商应该检查其系统是否已经适于实现模块化概念。

白皮书:基于乐高原理的系统

在这份清晰而全面的白皮书中,我们以水过滤为例,阐释了基于过程的系统向模块化自动化的转变。

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